为了理解电子关联效应（U）及晶格变形在二氧化钒（VO₂）相变过程中的作用,了解VO₂绝缘-金属相变过程中存在的单斜金属相的结构特点。本课题应用第一性原理计算的方法,基于密度泛函理论（DFT）研究了电子关联效应与VO₂的结构和电学性质之间的关系,发现了当电子关联效应很弱时（U<0.28 eV）,具有单斜结构的金属VO₂相（R相）更稳定;当电子关联效应稍弱时（0.28 eV<U<0.44eV）,一种具有单斜结构的金属VO₂相（Mm相）更稳定;当电子关联效应较强时（U>0.44 eV）,具有单斜结构的绝缘VO₂相（M相）更稳定。同时,本课题采用线性插值的方法,对R相与M相之间的结构进行了构造,并计算了不同U值情况下各个结构的总能,发现当U=0.3 eV时Mm相VO₂与R相VO₂之间存在着一定的势垒,因此即使Mm相的总能高于R相,它在这种情况下也是可以稳定存在的。此外,R相与M相之间的势垒也造成了这两相弛豫到不同结构时所对应的临界U值的不同。上述结果首次在理论上证实了单斜金属相VO₂的存在,同时证明了电子关联效应对VO₂相稳定性的重要影响,证实不发生较大结构变化的Mott相变是可能的,这些都与实验结果相吻合。另一方面,本课题应用第一性原理分子动力学的方法模拟了VO₂的升温相变过程,研究了晶格变形对VO₂相变温度的影响,发现M相晶格参数a与b比值a_M/b_M的变化会影响相变温度,a_M/b_M的增加会造成相变温度的升高,反之则会使相变温度降低,这一发现与实验结果相一致。此外本课题还进一步对晶格变形影响相变温度的机制进行了探究,给出了合理的解释。该结果使得二氧化钒相变温度的设计成为了可能。