铜氧化物中的磁性和超导共存性质,巨磁电阻锰氧化物的复杂相图,人们逐渐认识到磁性和轨道物理在过渡金属化合物体系中起着非常重要的作用。莫特绝缘体KCuF3具有钙钛矿结构,并且是轨道序的原型材料,更有趣的是三维母体材料中却表现出很强的一维反铁磁海森堡链的特性,这些性质使得KCuF3自上世纪60年代起就备受关注。对KCuF3物理性质的全面研究将会有助于理解轨道物理和磁有序在过渡金属化合物中的特殊作用。本文通过对KCuF3基态和激发态相关性质的研究,为高磁场下自旋一轨道化合物的研究工作提供有益的借鉴。　　 反铁磁材料中的自旋翻转(spin-flop)效应曾一度成为反铁磁材料研究的热点,可以预计,典型反铁磁序和轨道序化合物KCuF3中应该也存在这种外磁场诱导的相变。论文第二章对与自旋翻转相关的反铁磁机制的相关理论、实验手段以及其中的交换作用和磁各向异性效应给予了详细的介绍。　　 固体中的电子云形状很难被调控,给轨道物理的研究带来诸多不便。但是,外磁场可以很好地调控自旋。在自旋.轨道模型的超交换机制下,通过团簇自洽场自洽计算,可以发现外磁场对轨道序参量的间接影响。分析团簇自洽场计算得到的自旋序参量发现,当沿着KCuF3自发磁化的方向加磁场,在磁场达到3T左右时,出现了反铁磁材料中的自旋翻转效应；相反,如果垂直于自发磁化的方向加外磁场,则没有自旋翻转效应。但是,不论外磁场沿哪个方向,随着外磁场的进一步增加,系统中的自旋最终都固定在外磁场的方向,并且呈铁磁排列；两种情况下,基态轨道序参量随磁场的变化区别不大。　　 基于团簇自洽场方法计算得到的自旋、轨道序序参量,通过相关解析、数值方法,我们分别得到了自旋翻转前后的自旋波和轨道波色散关系。分析得出自旋翻转前后,自旋波整体上激发谱轮廓不变,具体变化有二:由于自旋翻转,各高对称点附近的激发谱曲线不同；自旋翻转之前,磁场将原来简并的反铁磁自旋波劈裂为两支,翻转之后,由于磁场和自旋方向的不一致,外磁场仅仅提高了自旋波的激发能,并不能解除反铁磁自旋波的简并。对于轨道波,自旋翻转之前之后整体轮廓也不变。但是,由于较小磁场引起自旋、轨道各自的序参量的微小变化,自旋翻转之前外磁场没有明显提高轨道波激发能,自旋翻转之后,强磁场对自旋和轨道序参量的改变相对较大,轨道波能量随外磁场显著增加。根据自旋波色散关系,还可以计算出反铁磁体内部的各向异性晶体场的大小。　　 最后,我们进行了总结并提出了KCuF3中值得进一步探索的物理问题。