凭借优异的铁电性能,铁电薄膜在非易失性存储器、铁电隧道结、铁电场效应晶体管等领域得到了广泛应用。但是铁电薄膜在低于临界厚度以下,存在难以维持自发极化和耐疲劳性差等问题。二维电子气和二维空穴气具有屏蔽退极化场,维持小尺寸铁电薄膜自发极化的作用。本论文在铁电薄膜Pb Ti O3（PTO）和衬底材料Sr Ti O3（STO）之间引入Ba(Mg1/3Nb2/3)O3（BMN）,通过BMN结构调控产生极性不连续,达到使小尺寸铁电薄膜维持自发极化并兼具良好的耐疲劳性的目的,主要研究内容与结论如下:1.采用第一性原理计算PTO/BMN/STO的电子结构。在铁电材料PTO和衬底材料STO之间插入具有非对称结构的BMN后,引起了体系的电子重构,使得PTO表面和BMN/STO界面处分别形成二维电子气（或者二维空穴气）,这些二维电子气（或者二维空穴气）具有屏蔽退极化场的作用,使远小于临界厚度的PTO薄膜中仍能够产生自发极化,1.5个晶胞厚度的PTO仍能维持25%的自发极化强度值。这一稳定PTO铁电薄膜自发极化的策略在其他钙钛矿薄膜中也能实现。此外,可以通过调整BMN中Mg原子和Nb原子的相对位置来调控形成二维电子气和二维空穴气的相对位置,进而调控铁电薄膜自发极化的方向。2.BMN的引入可以增强PTO铁电薄膜的耐疲劳性。氧空位从PTO迁移到BMN的能垒值小于从BMN迁移到PTO的能垒值,因此氧空位更容易迁移到BMN中,即在PTO与衬底之间引入BMN,可以很好地吸收PTO中的氧空位。在此基础上,我们设计了相关实验,实验结果表明,引入BMN缓冲层后,PZT薄膜的读写次数从1010次提高到1012次,BMN的引入确实具有降低PTO中氧空位浓度的作用,可以有效消除由于氧空位“钉扎”作用而导致的铁电疲劳问题。这证明我们的计算结果是正确的,氧空位迁移改善疲劳的理论解释是合理的。