随着现代科技的飞速发展,互联网、大数据和云存储等技术的出现,我们的生活每时每刻都会产生成千上亿的数据。如今,我们已经进入了一个全新的大数据时代,数据已然成为人类社会发展中最重要的资源之一。人类对于数据存储的迫切需求正在推动了存储技术的蓬勃发展。因此,寻求非易失性、高密度、低功耗和高速读写的存储技术是信息存储产业发展的必然趋势。磁随机存储器（MRAM）的出现为解决这些难题的提供了可能,它不仅有静态随机存取存储器（SRAM）快速读写的能力和动态随机存取存储器（DRAM）的大容量、低成本等优势,而且具有非易失性、无限擦写等特点,是未来最有希望的存储技术方案之一。高密度信息存储一直是磁存储行业长期追求的主要研究目标之一。提高信息存储的密度意味着磁性存储单元的物理尺寸要不断缩小,而这种物理尺寸的减小将导致所存储信息的不稳定。磁各向异性是决定磁存储信息稳定性的重要参数,但高的磁各向异性又将导致信息写入困难,发展具有大的且可调的磁各向异性的磁性存储单元是解决这一困境的主要策略。本文通过第一性原理计算分别研究了Mg O/Rh2Co Sb异质结体系和X/In2Se3（X为3d过渡金属单原子）磁性单原子吸附体系的大的磁各向异性,并通过施加电压和铁电极化分别调控Mg O/Rh2Co Sb和X/In2Se3的磁各向异性能。具体的工作内容如下:（1）Rh2Co Sb是最近报道的一种新型Heusler合金,实验和计算都表明,它是一种具有大磁各向异性和高自旋极化率的硬磁体。目前,由Rh2Co Sb和Mg O衬底形成的异质结体系尚未被研究。本文利用第一性原理计算研究了Mg O/Rh2Co Sb两种界面结构（Mg O/Rh2Rh2和Mg O/CoCo Sb）的磁矩和磁各向异性,并分析了Rh元素和Co元素对磁性的贡献。此外,同时研究了Mg O/Rh2Co Sb异质结体系中磁各向异性（MA）对电场的依赖性。计算发现,以Rh为界面的Mg O/Rh2Co Sb异质结体系具有垂直MA（PMA）和7024 f J/Vm的巨大压控磁各向异性（VCMA）系数,并且VCMA系数表现出依赖于电场方向的特性。通过轨道分辨的MA和二阶微扰理论,本文分析了这些计算结果的起源机制,VCMA效应可归因于电场作用下费米面附近d轨道的重新分布。（2）通过第一性原理计算研究了吸附在二维铁电体In2Se3表面上的过渡金属原子X（X=Co、Fe、Ir、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W）的磁各向异性。计算发现,当In2Se3的铁电极化方向被切换时,Co、Ir、Nb和Ti单原子的磁各向异性强度发生改变,而Fe、Mo、Ta、V和W单原子的磁各向异性方向则发生翻转。计算的电子结构和轨道分辨磁各向异性能量表明,占据的自旋少数态的变化和通过切换铁电极化引起费米能级上d轨道的交换劈裂是X原子上磁各向异性强度和方向变化的原因。