拓扑绝缘体由于具有奇特的表面态和自旋电子学性质,引起了相关领域研究者的极大兴趣。这类材料其块体具有绝缘体性质但其表面呈金属态,并且其拓扑表面态由于受时间反演保护而不易被破坏。这种特殊的拓扑性质,在理论研究及实际应用中都极具研究价值。多年来,研究者们致力于寻找具有拓扑性质的新材料以及这类新材料的制备方法和对电学性质调控手段等的研究。Bi₂Te₃是最热门的拓扑绝缘体材料之一。该材料的块体态在室温下具有相对较大的禁带宽度,在未来量子器件领域的应用中具有十分重要的地位。在实际生产制备过程中,样品内部产生缺陷是难以避免的。制备过程中产生的本征缺陷可以作为载流子导电,这些缺陷载流子会掩盖样品材料表面态的运输性质,致使材料的金属态表面的输运性质无法被很好地利用。过去的大量研究中,研究者们大多关注掺杂、外加电场、磁场以及应力场对拓扑绝缘体Bi₂Te₃电学性质的影响。近年来,Bi₂Te₃表面态与界面态对其能带的调控也备受关注。采用第一性原理计算方法对Bi₂Te₃表面态能带结构调控进行研究,能够为设计纳米尺度拓扑绝缘体材料的自旋电子学器件提供理论依据。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从理论上探究拓扑绝缘体Bi₂Te₃表面态与界面态的相关性质及其能带调控。主要研究工作如下:1、通过第一性原理方法分别计算了考虑和不考虑自旋轨道耦合效应时Bi₂Te₃块体的能带结构,态密度以及Bi原子和Te原子的s轨道和p轨道的分波态密度。计算结果表明在不考虑SOC效应时,计算所得Bi₂Te₃块体的电学性质与实验值相差较大。考虑SOC后计算所得Bi₂Te₃块体的电学性质与实验值较为吻合。因此在后续计算Bi₂Te₃表面态的性质时均考虑了 SOC效应。我们分别计算了 1QL-6QL的Bi₂Te₃薄膜表面本征态的电学性质,所得结果与实验及相关理论计算得到的结果符合较好。2、通过第一性原理方法并考虑SOC效应,计算了在GaAs衬底上生长拓扑绝缘体Bi₂Te₃薄膜的性质,结果表明可以得到其界面态与表面态的耦合态。调控生长Bi₂Te₃薄膜厚度参数,结果表明当Bi₂Te₃薄膜的厚度小于3QL时,Bi₂Te₃薄膜本征表面态能带结构的费米能级处在狄拉克点以下的位置,成为p型。当Bi₂Te₃薄膜的厚度大于或等于3QL时可以将拓扑绝缘体Bi₂Te₃薄膜本征表面态的费米能级调控至狄拉克点。3、通过第一性原理方法并考虑SOC效应,计算研究了 Bi₂Te₃和MoS₂二维叠层结构的自旋电子学性质。同时通过调控Bi₂Te₃的厚度参数来调控该二维叠层的电学性质。计算结果表明,当Bi₂Te₃薄膜的厚度刚好为3QL时,可将Bi₂Te₃薄膜本征表面态的费米能级调控到狄拉克点。当Bi₂Te₃薄膜厚度小于3QL时（例如为2QL时）Bi₂Te₃薄膜本征表面态为n型。当Bi₂Te₃薄膜厚度大于3QL时（例如为4QL时）Bi₂Te₃薄膜本征表面态呈p型。