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钙钛矿结构在固态材料中是一种很常见的结构,也有很重要的科学技术地位。钙钛矿型氧化物在科学研究领域内的化学通式为ABO3,钙钛矿型氧化物由于其多样的晶体结构、丰富的物理性质而备受人们的关注,同时也正因为钙钛矿型氧化物丰富的物理和化学性质,比如其独特的铁电、压电、电磁效应、巨磁阻效应、声光、电光等物理性质,以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等化学性质,在物理、材料和化学领域内引起了人们的广泛关注。钙钛矿型氧化物是一种重要的无机非金属材料,同时此类过渡金属钙钛矿材料还是一类重要的磁阻材料和催化材料,它具有独特的晶体结构,尤其是经过A-位或B-位掺杂后,形成的晶体缺陷结构和性质,如阴离子缺陷或不同价态的B位离子,可被广泛应用到固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器以及贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域。同时通过A-、B-位阳离子的替代、改变其阳离子的种类和比例等措施,很容易地调节这类氧化物的物理性质,比如选择合适的合金（如选择不同价态、不同离子半径的原子）对这种材料的结构、电子特性、磁性、极化等性质会有显着地影响。因而钙钛矿型氧化物是一种性能优异、用途广泛的新型功能性材料。近年来,关于钙钛矿型氧化物的铁电、铁电/铁磁复合材料、铁电/铁磁掺杂陶瓷材料的制备、性质和应用研究,已成为凝聚态物理和材料物理的重要研究方向。本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算和分析了A-位、B-位替位掺杂以及本征空位自掺杂单相多铁材料BiFeO3后,掺杂元素对掺杂体系的相对稳定性、电子结构、磁性特性的影响,通过分析和讨论得到如下主要结果:（1）基于第一性原理的自旋密度泛函理论的计算方法,我们计算和分析了Co替位掺杂BiFeO3中的Fe原子以及本征空位自掺杂后,掺杂体系的电子结构和磁性特点。计算表明,单个Co原子替位Fe原子后在原来的带隙间产生的杂质态,并呈现出典型的半金属性质,其总磁矩为1.0μB。当两个Co原子替位Fe原子掺杂后,系统呈现亚铁磁态耦合且是半金属性质,这亚铁磁性起源于Fe3+和Co3+的局域磁矩不同、以及Co原子的3d轨道和O原子的2p轨道的杂化,打破了原有的反铁磁结构。我们发现本征空位VFe、VBi在BiFeO3体系中激发了2.0和1.0μB的净磁矩,而VO对BiFeO3以及含Co掺杂的BiFeO3体系的磁性几乎没有影响,但使得Co掺杂的BiFeO3体系转变成了导体。电荷补偿和Fe位自旋翻转是VFe产生2μB净磁矩的原因,而VO释放的电子在体系带隙形成电子配对杂质态,故而净磁矩为零。（2）基于自旋极化的密度泛函理论的第一性原理计算,我们计算了用一个B、C、N、F原子分别替位BiFeO3体系中一个O原子后,掺杂体系的相对稳定性、电子特性和磁性,同时也计算了本征O空位对掺杂体系的影响。计算表明用B、C、N、F原子替位O原子掺杂后,体系分别出现了3.0、2.0、1.0、1.0μB的总磁矩,分析表明这些净磁矩是由于替位掺杂后打破原来体系中子晶格中磁矩平衡。同时,从计算结果中也可以得知用B、C、N、F原子替位O原子掺杂后,掺杂体系呈现出不同的电子特性且其基态磁结构也与未掺杂体系不同,其中C原子替位掺杂后,掺杂体系表现出半金属的电子特性,且其基态磁序为C-AFM型,这种替位掺杂使得掺杂后的体系出现了半金属特性,而B原子和N原子替位掺杂后,体系的电子特性为半导体的亚铁磁态,他们的基态磁序分别为A-AFM和G-AFM型,至于F原子替位掺杂后,体系表现为金属的电子特性和G-AFM型基态磁结构。因为电中性的O空位产生的悬挂键在BiFeO3体系的带隙中形成了a态,它的一对电子刚好是自旋反平行的,所以O空位对非金属原子掺杂的BiFeO3体系的磁性几乎没有影响,但有O空位的掺杂体系都变成了金属性。带电情况下的掺杂BiFeO3体系稍微有点复杂,由于电荷的补偿机制,B、C和N掺杂的体系每注入一个电子就猝没一个空穴,相应地减少一个玻尔磁子的磁矩大小。对于F掺杂情况,注入一个电子和F替位O产生的电子构成了类氧空位态,故而净磁矩消失。（3）基于自旋极化的密度泛函理论的第一性原理,我们计算和分析了Cu和Zn掺杂BiFeO3体系的电子结构和磁性。从计算的体系总能表明,Cu原子趋向于替位BiFeO3中的Fe原子,而Zn原子趋向于替位BiFeO3中的Bi原子,所有的掺杂体系其基态都是G-AFM。用一个Cu和Zn原子分别替位Fe原子时,掺杂后的体系分别出现了3.0μB和4.0μB,这磁矩主要是因为掺杂原子破坏了原来的反铁磁序排列,使得不同子晶格中的磁结构不平衡产生的。而对于用一个Cu和Zn替位Bi原子时,其总磁矩主要是来源于掺杂原子以及掺杂原子所产生的空穴。当用两个Cu或Zn原子掺杂BiFeO3时,掺杂后的体系表现出多样的磁性特点,而这些磁性特点与掺杂的位置有关。当O空位离掺杂原子足够远时,O空位对掺杂体系Cu@FeVo和Zn@FeVo的磁性影响不大,但对Cu@BiVo和Zn@BiVo的磁性影响较大,而且因为O空位,掺杂后的体系都变成的导体。我们的计算和分析表明,用非磁性原子Cu和Zn替位掺杂BiFeO3,掺杂后的体系表现出多样和复杂的电磁特征,而这复杂多样的电磁特性与掺杂位置、掺杂原子间的距离、本征空穴等因素有关。