多铁性材料中存在的磁电耦合效应使得它可能应用在传感器、存储器和硬盘等领域。室温下能够存在磁电耦合效应的单相多铁性材料比较稀少,磁电耦合也比较小。因此人们把目光转向复相多铁性材料。其中典型材料是铁磁／铁电异质外延结构的多铁性材料。这种类型的多铁性材料中的磁电耦合效应存在着多种物理起源。同时,铁磁／铁电异质结构也构成了多铁性隧道结。多铁性隧道结中的隧道效应具有重要的理论和实际应用价值。考虑到M(M=Fe, Co, Ni)是典型的铁磁材料,而KNbO3是典型的铁电材料,并且它们都能够在室温下就表现出铁性。因此,本文使用M和KNbO3构建M/KNbO3异质结构,采用第一性原理计算的方法研究异质结构的界面磁电耦合效应和输运性质。理论计算既能够从微观角度了解异质结构的原子结构和电子结构,还能够为下一步的实验研究提供理论指导。本文构建的异质结构包括NbO2型或者KO型界面M/KNbO3体系。在NbO2型界面的Fe/KNbO3结构中发现了起源于界面杂化成键的磁电耦合效应。界面Fe原子的少数自旋3d空带和界面Nb原子的4d空带之间的杂化作用形成了紧邻费米能级的少数自旋成键态,这使得Nb原子上产生诱导磁矩,且其方向反平行于Fe原子的磁矩。界面Fe-O键使得O原子上也产生了方向平行于Fe原子磁矩的诱导磁矩。并且界面化学键的键长受到由铁电性引起的铁电位移的调控。铁电极化反转会改变杂化强度,界面原子上的诱导磁矩也因此发生改变。体系的磁电耦合系数为2.0×10-10Gcm2/V。在KO型界面的Fe/KNbO3结构中也发现了同样起源的磁电耦合效应。在NbO2型或者KO型界面的Co/KNbO3和Ni/KNbO3体系中也发现了这种类型的磁电耦合效应。但是由于少数自旋Co 3d空带比少数自旋Fe 3d空带要窄,因此Fe-Nb键比Co-Nb键要弱。其结果是,Co/KNbO3界面Nb原子上的诱导磁矩的数值比Fe/KNbO3的界面Nb原子上的诱导磁矩的数值要小。由于非占据少数自旋Ni 3d带更窄,Ni-Nb键最弱,Ni/KNbO3结构中界面Nb原子上的诱导磁矩的数值最小。在非对称界面的M/KNbO3体系中,左侧是NbO2型界面右侧是KO型界面。经过计算发现,KNbO3层的铁电极化方向既能够指向左侧界面又能够指向右侧界面。在这种异质结构中同样存在受到铁电性调控的界面原子间的杂化作用,界面Nb和O原子上都发现了诱导磁矩。当Ni/KNbO3中的铁电极化方向指向右侧KO型界面时,KO型界面处的Ni原子形成了复杂的磁结构,铁电极化反转引起的磁矩变化高达2.66μB,磁电耦合系数为1.9×10-9Gcm2/V。通过bcc Fe、Co和Ni沿[001]方向的能带结构以及P4mm结构KNbO3晶体的复能带结构可以发现,△5态和△1态对隧穿过程起着重要作用。在NbO2型界面M/KNbO3/M体系中,两端铁磁电极的磁化方向的相对取向会影响隧穿电导的大小,由此产生了隧穿磁电阻效应(TMR)。详细的分析发现,隧穿电导受到电极、KNbO3势垒层和界面成键的共同作用。此外,透射几率的二维分布与KNbO3的渐失态和隧道结界面原子层态密度密切相关。Fe/KNbO3/Fe隧道结的隧穿磁电阻效应能达到-84%。在M/KNbO3/M多铁性隧道结中,隧穿电导不仅与两端铁磁电极的磁化方向的相对取向有关,还与KNbO3势垒层的铁电极化方向有关。因此,M/KNbO3/M体系中既存在TMR效应也存在电致隧穿电阻(TER)效应。在Ni/KNbO3/Ni多铁性隧道结中发现了复杂的输运现象。铁电极化反转引起的界面Ni原子层的磁重构现象对隧穿电导形成了过滤作用,由此而产生了巨大的TER效应。隧道结两端Ni电极磁化方向平行和反平行时的TER比率能够达到104%。两种极化态下TMR效应也比较显著。本文的创新之处是在左侧是NbO2型界面右侧是KO型界面的Ni/KNbO3结构中发现了起源于铁电极化反转的磁重构现象,由此而产生了较大的磁电耦合效应。同时还发现,铁电极化反转引起的磁重构对Ni/KNbO3/Ni多铁性隧道结的隧穿电导形成了过滤作用,由此而产生了巨大的TER效应。