本文利用第一性原理计算方法,分别研究了 Bi2Te3(111)表面在真空中的稳定性、Bi衬底对锡烯生长及拓扑性质的调控、铁电极化与分子吸附之间的相互作用机制。在以下几方面取得了创新性的研究成果。1.Bi2Te3表面在真空中的稳定性。我们研究了 Bi2Te3材料的本征缺陷在表面及范德瓦尔斯层间形成和扩散性质,并探讨了 Bi2Te3衬底对BiTe薄膜稳定性的影响。我们发现,在范德瓦尔斯层间的Te插层原子的形成能比在表面的吸附能高。与此相反,在范德瓦尔斯层间的Bi插层原子的形成能比在表面的吸附能低。另外,Bi和Te原子在范德瓦尔斯层间的扩散势垒与表面相当,这表明Bi和Te原子可以储存在范德瓦尔斯层中并易于扩散。Bi2Te3表面在真空中老化时生长出单层BiTe薄膜,衬底对BiTe薄膜的长程稳定性产生了影响。由于范德瓦尔斯层间具有结合强度弱和层间距大的共性,该结论为研究缺陷对范德瓦尔斯器件的稳定性和性能的影响提供了理论依据。2.Bi衬底对锡烯生长的调控。我们研究发现,Bi(111)表面可以导致锡烯形成((?)×(?))结构。重构锡烯的能带在自旋轨道耦合作用下,在费米面上方0.3eV的r点附近打开一个0.1 eV的能隙。对纳米带的边界态研究表明,((?)×(?))重构锡烯可能是一种二维拓扑绝缘体。本研究提供了一种锡烯拓扑材料生长调控方法。3.铁电极化与表面吸附之间的相互作用机制。当极化方向垂直于表面时,表面会发生电子重构或者原子重构而影响表面化学性能;当极化方向平行于表面时,表面不会发生重构。因此,极化与表面吸附之间的本征相互作用机制可以通过研究具有面内极化的表面与吸附分子之间的相互作用获得。通过研究几种分子在面内极化的TiO2(110)表面氧空位上的吸附,我们发现了极化与吸附分子之间的相互作用机制。研究结果表明,表面与吸附分子之间的电荷转移决定分子在极化与非极化表面的吸附能差。