铁电存储器因其超强的抗辐射性能、高速、宽温域、低功耗、长寿命的特点,使其具有巨大的潜力和非常大的应用需求。HfO₂基铁电材料作为一种全新的、与硅工艺平台完全兼容的铁电材料,它的发现能够突破铁电存储器发展的技术瓶颈。虽然HfO₂基铁电薄膜的性能具有显著的优点,但是目前HfO₂基铁电存储器在国际上仍停留于实验室阶段。这主要是由于HfO₂基铁电薄膜铁电性起源机理较为复杂,人们对HfO₂基薄膜的铁电性能调控规律认识不够。本论文采用第一性原理分子动力学计算方法研究了应力/应变下HfO₂铁电相的形成机理和极化翻转性能。本论文取得的研究成果包括以下几个方面:（1）温度和静水压力对HfO₂和Hf_0.5Zr_0.5O₂的相变的影响。研究发现,在大气压下,随着温度的升高,HfO₂在1900 K和2700K时分别从单斜相转变到四方相,进而到立方相。而在室温下随着静水压的增加,在26 GPa时单斜相转变成了正交相Pbca。HfO₂和Hf_0.5Zr_0.5O₂静水压-温度相图表明,HfO₂退火至室温后,在5 GPa以内单斜相最稳定,5 GPa下退火后能得到铁电相Pca2₁。在10¹5 GPa之间四方相最稳定,而在20 GPa³0 GPa正交相Pbca最稳定。而Hf_0.5Zr_0.5O₂在10 GPa以内四方相最稳定,15 GPa以上正交相Pbca最稳定。结果表明静水压下能得到稳定的HfO₂铁电相,而Zr的掺入使得四方相会更稳定;（2）HfO₂和Hf_0.5Zr_0.5O₂平面应变下的相图研究。结果表明,在平面压应变条件下,极化方向沿应变平面的HfO₂铁电相Pca2₁为最稳定的相结构,而拉应变下则单斜相最稳定。锆的掺入使得正交相Pbca能够在更小的压应变下出现。而极化方面垂直于应变平面的正交铁电相Pca2₁并没有出现在平面应变的相图中,这意味着极化沿面外方向的铁电相Pca2₁在平面应变条件下可能以亚稳态的形式存在;（3）外电场下HfO₂的相稳定性和极化翻转性能。由于在平面应变下退火无法得到极化方向垂直于应变平面的平衡态铁电相Pca2₁,因此我们进一步研究了HfO₂在外电场作用下的相稳定性和极化翻转性能。结果表明,在45 MV/cm激活电场的作用下,-2%¹%等轴平面应变下的HfO₂会由面内极化的铁电相转变成亚稳态四方相。激活后的四方相在周期电场下呈现反铁电性。而在3%⁴%等轴平面应变下,15 MV/cm的激活电场就能使HfO₂从极化沿面内方向的铁电相转变成极化方向垂直于应变平面的亚稳态铁电相,并且在周期电场下呈现较好的铁电性。这些研究结果与已有的实验结果符合较好。