Bi₂Se₃作为第二代三维强拓扑绝缘体，是目前的研究焦点。它具有非常强的自旋轨道耦合作用，在块体能带中形成反转带隙，而在表面或界面上则形成受时间反演对称性保护的金属态。在拓扑表面态中的电子具有Dirac准粒子行为，其自旋和动量方向是锁定的。这些前所未有的性质，不仅具有重大和深刻的科学意义，而且在自旋电子学和量子计算等方面具有巨大和独特的应用价值。最近的一系列实验证实在Bi₂Se₃表面上吸附Rb或CO等原子或分子时，会产生显著的Rashba效应；所观察到的Rashba自旋劈裂比传统半导体中的大一到两个数量级，引起高度关注。此为自旋电子器件在室温下的运行和小型化带来很大的希望。因为基于普通半导体的自旋场效应管中，Rashba效应一般很微弱，给器件的室温运行和小型化带来很大困难。在本学位论文中，我们提出了两个方案来调制和加强Rashba效应。其一是通过在Bi₂Se₃薄膜表面上吸附铅层或者铅原子；其二是通过外加电场来调制Bi₂Se₃薄膜中的Rashba效应。论文的内容如下：基于密度泛函理论的第一性原理计算（考虑自旋轨道耦合），我们发现吸附在Bi₂Se₃薄膜上的铅层引起了量子阱态的Rashba自旋劈裂。因铅层的厚度变化产生的量子尺寸效应使得铅层与Bi₂Se₃薄膜之间的距离，界面处的电荷密度和铅层内部的键长都发生振荡。这些变化可以调制Bi₂Se₃薄膜量子阱态中的Rashba自旋劈裂的大小。实验上预言在拓扑绝缘体和超导体的异质结构中可以发现Majorana fermions，且实验上在铅层中观测到了超导性，故我们的结果对设计拓扑绝缘体—超导体异质结是有益的指导。另外，当在Bi₂Se₃薄膜上吸附铅原子，可以在点附近量子阱态中引起Rashba分裂；同时在高对称点处也会出现表面态的Rashba劈裂，且Rashba劈裂的系数比较大。计算表明吸附铅原子的覆盖率会对以上的Rashba劈裂产生比较大的影响。基于考虑范德瓦耳斯力和自旋轨道耦合的第一性原理计算，我们研究了拓扑绝缘体Bi₂Se₃薄膜在外加电场下产生的自旋劈裂。由于外加电场打破了空间对称性，能带简并消失，不同厚度的Bi₂Se₃薄膜中的表面态和量子阱态同时发生了大的Rashba劈裂。当增加电场（电场方向指向薄膜的上表面）大小时，上表面态深入到价带，部分下表面态深入到量子阱态中，波矢的偏移量增加，Rashba劈裂系数的大小也随之改变。另外，Rashba高阶项对Bi₂Se₃薄膜中的Rashba劈裂有明显贡献。