自从高温超导铜氧化物和庞磁电阻锰氧化物被发现以来，人们对多种过渡金属氧化物块材的性质已经有了比较深入的了解，尽管很多现象背后的物理基础仍然存在激烈的争议。随着材料制备技术的突飞猛进，人们开始利用过渡金属氧化物丰富的物性去设计新的氧化物器件。氧化物界面比半导体界面的物理更丰富，晶格、电荷、自旋和(或)轨道的重构可能会导致体材料中所不存在的性质。最近，人们对LaAlO3/SrTiO3界面进行了深入研究，发现了由于电荷转移而造成的二维电子气，甚至超导电性等性质。与钛基异质结相比，锰基异质结由于引入了磁性，其物理现象应该更加丰富，可以期待电荷转移所带来的自旋极化二维电子气。本论文基于第一性原理计算，系统研究了SrMnO3(001)和(111)表面上的磁性重构，以及基于SrMnO3的相关界面上所获得的高自旋极化的二维电子气。下面我们分四部分详细归纳所得主要结果：1.在SrMnO3本征的(001) MnO2表面，由于平移周期性破缺，表面和次表面上的Mn离子都出现d z2轨道占据，进而造成表面上的自旋反转，即表面内Mn离子反铁磁耦合，而表面与次表面间铁磁耦合。当表面氧空位浓度为25%时，表面和次表面上的Mn1离子都只有t2g轨道被占据，所以该位置层间仍是反铁磁耦合。而表面和次表面上的Mn2离子出现d z2轨道占据，该位置层间为铁磁耦合。这就造成25%表面氧空位浓度下特有的铁磁绝缘表面。当表面氧空位浓度增加到50%和75%时，表面上Mn离子的dx2y2轨道开始被占据，次表面仍是t2g和d z2轨道被占据。此时，表面也是自旋反转的。当表面氧空位浓度达到100%时，表面上Mn离子的五个3d轨道都被占据，而次表面上Mn离子，除了t2g和d z2轨道被占据外，dx2y2也开始被占据。此时, Mn离子之间超交换耦合机制起作用，由此得到G类反铁磁基态。外延应力对上述各种情况下的轨道占据和表面磁重构都没有影响。2.在nn型LaAlO3/SrMnO3超晶格中，LaAlO3中的极化电场驱动电子从(LaO)+层转移到SrMnO3中，并占据Mn的eg轨道，符合双交换耦合机制，从而造成nn型超晶格中的半金属铁磁性。在pp型超晶格中，LaAlO3中的极化电场使空穴从LaAlO3侧转移到SrMnO3侧，并基本平均分布在氧离子上。此时，Mn离子由于没有eg轨道占据而产生类似于体材料的G类反铁磁序。不过由于空穴的掺入，此类超晶格是金属性的。当通过外加磁场使体系变为铁磁态后，体系同时表现出电荷掺杂和空穴掺杂的特征，这表明该界面上出现了异常的磁输运性质。在np型超晶格中，随着MnO2层和LaAlO3厚度的变化，出现了复杂的磁有序。且随着LaAlO3厚度的增加，体系反铁磁基态和铁磁态之间的能量差逐渐减小，所以我们预测，在np型超晶格中，增加LaAlO3厚度，就有可能使体系的基态从反铁磁变为铁磁。同时，这些结果也表明，如果我们在np型超晶格中施加外磁场，就有可能实现庞磁电阻效应。进一步计算结果表明，对nn型超晶格界面来说，氧八面体畸变并不会改变其半金属电子态，而应力则因为会改变eg轨道的占据，从而影响基态磁结构。而对pp型和np型超晶格来说，应力会增强或减弱极化电场，从而影响到电荷转移，进而影响到基态磁构型。不过，氧八面体畸变不影响pp型超晶格的基态磁结构。而在np型超晶格中，引入氧八面体畸变后有助于增强Mn离子之间的铁磁耦合。3、在本征的以Mn为终端面的SrMnO3极性(111)表面上，由于极性灾难，表面上的Mn离子应该变为Mn2+，因此导致了(111)表面上不同的电子相。进一步研究发现，在n型LaAlO3/SrMnO3(111)超晶格中，由于SrMnO3和LaAlO3中同时存在强度不同的极化电场，导致Mn离子上不均匀分布的电子，占据eg轨道。进一步分析表明，这些电子来自于LaAlO3侧。与该体系的n型(001)超晶格类似，Mn离子之间通过双交换耦合，形成半金属铁磁性。增加SrMnO3层数，每个Mn离子的磁矩之和基本保持不变，说明转移过来的电子数是固定的常数。由于Mn的eg轨道被占据，该系统中的MnO6八面体出现旋转和倾斜。而对p型超晶格而言，SrMnO3和LaAlO3中同时存在的强度不同的极化电场使得空穴基本上是均匀分布于SrO3面和LaO3面的氧离子上，于是像体材料中那样产生G类反铁磁序，同时氧八面体基本上没有畸变。不过由于空穴的掺入，此类超晶格是金属性的。上述结果是基于SrMnO3展开的表面与界面的相关工作，这些异常的磁性质和电性质表明在锰氧化物表面和界面上出现了新颖特性，从而预示着这些体系在自旋电子学方面将有重要应用。