在过渡金属氧化物的研究中,磁相变是一个非常重要的现象。磁相变包括磁性离子自旋状态的改变以及离子磁矩有序结构的转变。磁相变反映了各种能量竞争关系的变化。而这个竞争关系是由电荷密度、键长、键角、晶体对称性等非常多的物理因素决定的。因此,人们可以通过应力、掺杂、温度、外场、界面工程等手段来使材料的磁性产生变化。另一方面,磁相变意味着整体电子结构也发生了改变,那么材料的热学、力学、光学、电学性质也将产生一系列的调整。因此,对磁相变的解密可以帮助理解材料其他宏观物性的变化。这两点便是本博士论文研究的出发点。本博士论文对两类3d过渡金属氧化物中的磁相变进行了理论研究,一类是Bi2A2Co2O8(A=Ca.Sr,Ba)系列层状材料,这类材料近年来因其出色的热电性能受到了广泛关注,但其电子结构的理论研究则处于相对欠缺状态。另一类是两种ABO3型钙钛矿材料通过界面工程复合而成的多铁材料,这类材料被认为是极具应用潜力的多铁材料,实验方面的研究已非常充分,但理论上的研究仍存在不足之处。我们使用第一性原理计算作为主要研究手段,通过比较不同磁结构的能量来确定体系的基态以及可能发生的磁相变行为。以磁相变为切入点,我们解释或者预言了实验上观察到的各种物理现象。本博士论文分六章。第一章先以ABO:3型钙钛矿材料作为讨论背景,介绍了过渡金属氧化物磁性研究中所用到的基本概念和常见模型,随后介绍了两类过渡金属氧化物的研究背景和现状。第二章介绍了第一性原理计算的理论背景。第三到第五章分别阐述了博士阶段的三个主要工作。最后在第六章中做了简单的总结,并提出对未来研究方向的展望。本博士论文三个主要工作的概要如下:(1)我们理论解释了Bi2A2Co2O8(A=Ca,Sr,Ba)(BACO=BCCO,BSCO,BBCO)系列材料依赖于晶格常数的电输运性质。BACO系列材料在A离子半径增大或者温度升高的过程中会经历绝缘体-金属相变。在其相变温度附近,人们观测到了比热曲线的峰值会被磁场抑制住的现象。这说明了电输运性质的转变是和磁性自由度有着内在关联的。考虑到LaCOO3曾因Co3+离子的自旋态转变而经历了绝缘体-金属相变,我们猜想,在BACO体系中也有着类似的物理机制。我们使用LSDA+U方法对BACO中的一系列可能的自旋态和磁序结构进行筛选,最终得到了基态的两种可能性,分别为强关联低自旋绝缘态和中低自旋混合自旋金属态。低自旋绝缘态解释了BCCO和BSCO在低温时的绝缘性。晶格常数增大后,晶场劈裂降低使Co3+离子进入混合自旋金属态,解释了BCCO和BSCO升温后的绝缘体-金属相变以及BBCO全温区的金属性。混合自旋态所涉及到的自旋涨落同时解释了被磁场抑制的比热峰等一系列物性,其六角对称的磁结构也符合ARPES测量得到的费米面的对称性。(2)我们理论解释了 Bi2Sr2CO2O8纳米片系统依赖于厚度的电输运性质。实验表明Bi2Sr2Co2O8纳米片在厚度为1-3层时,在0-300K范围内始终表现为绝缘体,厚度为4层的纳米片在140K时表现出绝缘体-金属相变。通过计算我们证实了Bi2Sr2Co2O8纳米片体系的绝缘体金属相变来源于低自旋绝缘态到混合自旋金属态的转变。我们计算了各厚度纳米片的两态能量差,并将能量差和相变温度作线性标度。我们发现纳米片厚度增加时,能量差减小,对应的相变温度则降低。估算得到4层纳米片的相变温度为156K,和实验(]40K)符合的很好。而所预测的厚度小于4层的纳米片的相变温度在300K以上,如果有实验在300K以上对该体系进行测量,便可以验证我们理论的正确性。(3)我们研究了单层SrMnO3置于BaTi03铁电衬底上的复合结构中的磁性重组现象。使用铁电铁磁复合结构来实现磁电耦合效应是目前最为流行的人工多铁材料设计方案。掺杂的锰氧化物(LAMO)薄膜因其丰富的相图和对电荷涨落的敏感性而常被选择为磁性层。但选择LAMO薄膜在理论研究时会出现两方面问题。一方面,实验表明铁电衬底对磁性层的电荷调制作用长度为1个原胞层左右,因此磁性膜中的电荷分布具有不均匀性,使得其磁序可能非常复杂。另一方面,厚度小于10原胞层的掺杂薄膜非常容易发生安德森局域化,从而实际输运性质和理论计算结果又有很大的不符。而单层SrMnO3是一个无掺杂的均匀电子系统,避免了这两方面问题。我们对单层SrMnO3/BaTiO3复合结构的计算结果表明,BaTi03的铁电极化从指向SrMnO3翻转到反向的过程中,SrMnO3可以发生铁磁金属态到最近邻反铁磁绝缘态的相变。我们的研究为磁电多功能器件的设计提供了新的思路。