钙钛矿过渡族氧化物体系中存在许多奇特和有趣的物理现象，以及诸多丰富而复杂的物理内涵，成为当今凝聚态物理学和材料物理学等学科的前沿研究领域。由于存在自旋自由度、轨道自由度与晶格自由度之间的耦合与相互作用，钙钛矿型稀土钛酸盐RTiO₃体系（R=稀土元素或Y）表现出许多奇特的物理性质。通过对RTiO₃体系的充分研究与理解，有助于澄清在强关联电子体系中轨道自由度所起的作用，以及揭示磁性与轨道自由度之间相互耦合的奥秘，进而提升对强关联电子体系中存在的复杂相互作用的认识。在RTiO₃体系中，随着稀土离子半径的减小，Ti3+离子自旋序从反铁磁（R=La, Pr, Nd, Sm）转变为铁磁（R=Gd,…, Lu, Y），该体系中磁有序渡越（crossover）行为的来源还有待探讨；RTiO₃体系在磁有序温度处表现出磁化强度的陡峭变化以及轨道有序-无序转变，因此该体系是否存在大的磁热效应以及磁热效应是否与轨道有序存在关联等问题都非常值得研究；临界行为的研究将有助于加深对RTiO₃中存在的铁磁相变以及磁相互作用类型等问题的理解。但是，由于磁性稀土离子对磁性测量的影响，在利用传统的Arrott图方法研究铁磁相RTiO₃的临界行为时遇到了困难，这就要求我们探索一种新的方法来确定铁磁相RTiO₃的临界行为。因此，综合上述研究背景，本论文主要围绕稀土钛酸盐RTiO₃体系反铁磁到铁磁相转变的渡越行为、体系的磁热效应以及临界行为进行了研究和分析，主要研究内容包括：通过对SmTiO₃低温比热和磁性数据的分析，揭示了处于RTiO₃体系中反铁磁到铁磁相转变边界的SmTiO₃中复杂的磁结构，以及自旋有序、轨道有序和晶格之间的耦合相互作用。研究表明SmTiO₃处于反铁磁到铁磁转变的渡越区，特殊的晶体场环境以及自旋轨道结构导致SmTiO₃的二维各向异性特征。在c轴方向上施加强磁场时出现的比热反常来源于反铁磁背景中出现的铁磁性成分。研究发现RTiO₃（R=Dy-Yb）体系中存在大的低场磁热效应：例如，DyTiO₃材料在2T的磁场下，磁熵变ΔSM达到9.64J kg^-1K^-1，绝热温度改变ΔTad达到4.14K。RTiO₃材料的低场磁熵变在氧化物磁热材料中还是比较可观的，表明该体系材料可以作为潜在的磁制冷工材料。对RTiO₃材料中磁熵变的来源以及物理机制进行了分析，结果表明该体系中轨道有序引起的晶格参数的异常以及磁性与晶格之间的耦合都对磁熵变具有重要的影响。利用标度关系（Scaling Relations）理论对磁熵变随温度和磁场变化关系曲线（ΔSM-H-T）存在的归一化行为进行了解释。利用磁热效应与临界行为之间的关系，将磁热效应标度律应用于磁相变临界行为的研究中。在铁磁相RTiO₃（R=Dy-Yb）中，由于受到磁性稀土离子R3+的影响，利用传统的Arrott图方法研究该体系的临界行为时遇到困难，无法得到正确的临界指数。通过分析RTiO₃的磁热效应以及利用磁热效应标度律方法，得到了准确的临界指数，并确定RTiO₃中的铁磁耦合相互作用可以用三维的海森堡模型来描述，加深了对该体系中存在的铁磁相互作用类型的理解。通过分析GdTiO₃的低温比热对温度和磁场的依赖关系，发现低温下的肖特基（Schotty）比热反常对GdTiO₃的磁制冷能力（Refrigeration Capacity）具有重要影响。零场比热在TC=35K处出现的λ型反常来源于Ti3+离子磁矩亚晶格的铁磁合作有序；在TS≈8K附近存在的肖特基比热反常来源于Gd3+离子基态双重态在Gd-Ti交换场作用下的劈裂。研究表明，Gd3+基态双重态的劈裂对GdTiO₃的磁熵变具有重要贡献，并且展宽了磁熵变随温度变化的曲线，进而增强了GdTiO₃的磁制冷能力。对TbTiO₃中磁场引起的变磁转变现象以及正常磁热效应和反常磁热效应共存的现象进行了分析。研究发现在居里温度TC以下TbTiO₃存在的变磁转变与其特殊的基态磁结构有关；TbTiO₃磁熵变随温度以及外加磁场发生改变，表现为正常磁热效应与反常磁热效应的共存，反常磁热效应正是来源于磁场引起的变磁转变。此外，在20K以下TbTiO₃出现的异常磁滞现象来源于材料中存在的磁晶各向异性能。