在过去的几十年中,铋铁氧体作为一种多铁性材料脱颖而出,并且因其独特的性质而备受关注。块状BiFeO₃（BFO）的基态具有菱方扭曲的钙钛矿结构,这种结构源自Bi阳离子位移和FeO₆八面体倾斜。因此,该氧化物构成了极少数的情况,即铁电性和反铁磁性共存于低温。大的自发极化（90-100μC/cm²）和倾斜的G型反铁磁结构使BFO成为最具话题的多铁性材料。众所周知,离子取代是改变材料性质的有效方法。由于弱铁磁性限制了BFO的实际应用,许多尝试都集中在Bi或Fe位置进行化学掺杂以调制其螺旋磁结构。在各种掺杂剂中,过渡金属（TM）离子（通常在Fe位点掺杂）由于交换相互作用和自旋多样性而对磁性有着重要的影响,引起了各界的关注。本文主要采用第一性原理计算方法,并结合实验手段,研究过渡金属掺杂BFO对体系性质的影响。研究的体系以及主要结论概括如下:（1）本项工作中,一个30原子的BFO超晶胞被构建用于第一性原理计算,其中有一个Fe原子被Ni原子取代,相当于掺杂浓度为16.7%。计算采用的平面波方法为投影缀加波（PAW）,交换关联泛函采用的是广义梯度近似的GGA-PBE方法。从计算结果可以看出,中间自旋态（IS）的Ni²⁺可以破坏BFO的自旋结构,并引入净磁矩。此外,虽然掺杂过后BFO体系的绝缘性遭到破坏,表现出半金属性,但因而具有了电子输运方面的潜在应用前景。（2）通过第一性原理计算方法在Co³⁺掺杂的BFO中测试了Co³⁺的各种自旋态,旨在揭示Co³⁺自旋态转变在引入亚铁磁性中的作用。结果发现低自旋（LS）Co³⁺对总磁矩的贡献远大于高自旋（HS）Co³⁺（³.914μB）。计算结果表明非磁性的LS Co³⁺可以破坏BFO的摆线自旋结构。此外,LS Co³⁺具有空的3d轨道,从而增强了p-d的共价性并增强了局部的亚铁磁性。Co³⁺自旋态跃迁的可以从结构上归因于CoO₆八面体的变形。为了在实验中探究Co³⁺掺杂的影响,8%Co³⁺掺杂和未掺杂的BFO粉末被制备出来。从磁滞回线可以看出Co³⁺的取代导致磁化的轻微增加,即HS Co³⁺对BFO的磁性作出有限的贡献。（3）本项工作中,一个50原子的BFO超晶胞被构建用于第一性原理计算,其中有一个Fe原子被Co原子取代,一个Bi原子被Dy原子取代,相当于掺杂浓度为10%。其中,Co原子的磁矩分别被设置为与相邻Fe原子平行以及反平行。计算和实验结果均表明,Dy原子以及Co原子的掺入,使得体系的晶格发生畸变,从而改变了反铁磁自旋排列,并且形成Co和Fe离子的局部铁磁耦合,从而有效地增强了磁性（⁶.9μB）。