物理世界中相互作用的竞争总是不朽的灵魂，铁电物理和多铁性物理也是如此。围绕这个主题，我们将本论文分成七章进行探讨讲述。　　第一章首先综述钙钛矿结构氧化物的研究意义、晶格结构、电磁性质，非化学计量比效应和基于钙钛矿晶格结构的性能调控。接着重点介绍钛基量子顺电材料SrTiO3中的量子涨落及其调控，阐述正交稀土锰氧化物o-RMnO3的晶格结构、磁电相图与物理性质，特别是多铁性质及其产生机制。最后分别从量子涨落对Ti基氧化物铁电相变临界现象的影响和非化学计量比对Mn基稀土氧化物多铁性能的调控两方面说明了本论文的开展微量成分与结构调控的目的、思路和内容。　　第二章依次介绍完成本论文思路所涉及的样品制备方法、材料结构表征方法和物理性能测试手段。　　第三、四、五、六章是我们围绕论文主题所做的工作，也是本论文的核心。　　SrTiO3是一种典型的临界量子顺电材料。它是一种特殊的电介质，介电常数随温度下降由于较强的极化涨落而持续增加，在4K达到104量级之高的饱和值。相对于正常铁电体，其内部的铁电交互作用较弱，需要在热涨落被充分抑制才可能导致长程序。然而，这种抑制在低温下又遭遇另一种涨落—量子临界涨落，使得体系直至最低温也未能形成稳定长程铁电序。不稳定的极化涨落和高强度的量子涨落在低温下共存，力量对比也在伯仲之间，所以它对内部局域无序引起的晶格失配畸变、外来极性离子的扰动甚至是内部原子的计量比等都十分敏感。在本论文的第一部分工作中，我们用Sr/Ti稍微偏离化学计量比和Ca/Ba共掺杂(Ca/Ba比例保证其离子平均半径与Sr的离子半径相等)的方法增强SrTiO3中的铁电交互作用，诱导铁电相变。研究了量子涨落和随机场无序对这类铁电相变临界指数γ和β的影响。前者增加了极化交互作用强度而保持了高量子涨落，展示了量子涨落和铁电序竞争。而后者则主要在高量子涨落下引入局域晶格失配，展示随机场无序与铁电序的竞争。在非化学计量比SrTiO3和Ca/Ba共掺杂SrTiO3中都观察到远远大于朗道平均场理论值的临界指数—γ＞＞1，β＞＞0.5，说明了强量子涨落和随机场无序都有显著增强体系临界指数的作用。以微量Ca掺杂的(CaSr)TiO3为例，用平均场横场伊辛模型计算证实了实验结果。最后用半量子半经典的方法定量地说明了经典铁电相变和量子相变的交叉通常伴随着描述序参量涨落的有效维度升高，体系序参量关联长度降低和临界指数变大。　　作为第三章的后续，第四章讨论低比例强极性杂质BaTiO3掺入量子顺电基质SrTiO3中所引起的效应。通过高温固相法和溶胶凝胶法两种合成方法制备样品BaxSr1-xTiO3(x=0.08)并测试其晶体结构、介电和热释电性能，证实出现于低比例 Ba掺杂的BaxSr1-xTiO3体系中的宽温区的介电谱峰，介电温谱和热释电电流温谱中的多峰现象是体系的本征特性。XRD、SEM元素面扫描和高分辨TEM表征表明体系中的Sr/Ba是均匀分布的。宽温区的介电谱峰我们归因于极性BaTiO3钉扎带来的随机场，介电温谱和热释电电流温谱中的多峰现象可能来源于体系在低温下的多种铁电相之间的相变。　　由于电子自旋、轨道、电荷和晶格之间的强烈耦合作用，正交稀土锰氧化物o-RMnO3中多种相互作用的共存和竞争使得体系具有复杂的电磁相图。这些锰氧化物在揭示磁致铁电的微观机制方面扮演着主要角色。多种相互作用竞争产生的非线性螺旋自旋序和共线上上下下↑↑↓↓的E型反铁磁序都能破坏空间反演对称性，产生铁电极化，分别与自旋-轨道耦合（或者反对称Dzyaloshinskii-Moriya交互作用）和自旋-声子耦合（或者对称交换收缩效应）相联系。当稀土R=Gd3+、Dy3+、Ho3+等时，R-Mn之间的交互作用诱导出R磁序，并在o-RMnO3的极化中也起着相当重要的作用。o-RMnO3多铁材料都是自旋高度失措的体系，可以通过非化学计量比的方式微调材料化学组成，实现对材料物理性能的调控。同时，非化学计量比还可以排除外来离子带来的附加效应，更有利于对体系本征性质的研究。我们通过微调R/M化学计量比，调制o-RMnO3中的R-R交互作用、Mn-Mn交互作用，进而影响Mn-R交互作用、磁序和铁电性。　　o-DyMnO3是一种典型的bc螺旋磁序多铁材料，铁电极化主要来源于Mn的螺旋磁序，同时Dy-Mn交互作用在Mn3+螺旋序锁定温度TFE之下Dy的独立公度反铁磁序温度TDy之上温区内，诱导出与Mn3+螺旋序同传播周期的Dy3+螺旋序，且Dy3+螺旋序也对极化起着重要的作用。在这部分工作中，我们用Dy/Mn非化学计量比的方法直接调节体系内多重竞争交互作用的对比和体系的磁序，研究Dy/Mn稍微偏离化学计量比对DyMnO3多铁性能的影响。结果表明，Mn缺失和Dy缺失的样品显示了不同的P-T变化规律—Mn缺失品格结构和多铁性能相对稳定，但小幅度地抑制了极化。Dy缺失扰动了Mn的主导磁结构，从而部分破坏了Mn诱导的Dy螺旋序，但同时也破坏了低温下Dy的独立自旋序，使得Dy-Mn交互作用凸显直至最低温，这些因素综合作用使得极化大幅度下降。　　o-HoMnO3是E-型反铁磁序多铁材料的典型代表，其中的Mn3+E-型反铁磁序传播波矢是0.4b，铁电极化沿c轴。Mn3+E-型反铁磁沿a轴产生的反铁电序，Ho-Mn交互作用在c轴产生铁电极化。而Ho-Mn交互作用在低于Ho3+的Neel温度THo，又会遭遇Ho-Ho公度反铁磁相互作用（不会引起空间反演对称性的破坏）的竞争。但幸运的是，Ho-Mn交互作用在它们的竞争中占优势，使得Ho-Ho反铁磁相互作用一直隐性存在，Ho3+的非线性磁序一直贡献极化到最低温。本部分工作是用Ho缺失的Ho/Mn非化学计量比方法直接改变体系内相互作用竞争的强弱对比关系，进而改变极化。研究表明，极少量的Ho缺失在体系内产生Ho空位。随着Ho缺失量增多，多余的Mn占据空缺的Ho位。Ho缺失抑制了极低温下独立的Ho-Ho反铁磁相互作用，增强Mn-Mn对称交换收缩相互作用，使得Ho-Mn对称交换收缩效应诱导的非共线Ho序在THo之下以强劲的优势战胜Ho-Ho独立反铁磁序，最终引起体系极化的大幅度增强。该工作为强4f-3d耦合的稀土锰氧化物体系的极化调制提供了一种新思路。　　第七章是结论和展望。对本文所做的研究进行总结，并提出了今后的工作设想。