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多铁性材料是指具备铁电性、铁磁性和铁弹性中的两个或两个以上特性的材料。作为一种室温下同时具有铁电性和铁磁性的多铁性材料,BiFeO3（BFO）薄膜具有较高的铁电居里温度（TC=1103 K）,反铁磁耐尔温度（TN=643 K）以及较大的铁电极化强度（Pr=100μC/cm2）,这些特殊性质使其在高密度、低功耗、非挥发新型传感器、多态磁电存储器、自旋电子学和光电器件等领域具有重要的应用前景。目前发现,BFO具有较小的光学带隙（2.2-2.9 e V）和较好的化学稳定性等特点,然而由于纯BFO存在电荷缺陷、第二相和高漏电流等缺点,从而阻碍了它的实际应用。因此,需要进一步研究BFO薄膜的结构特性、光学和磁学性质,以改善其性能。尽管多种掺杂元素对BFO薄膜铁电和铁磁性质的研究已经有大量的报道,但过渡金属Mn和Ni掺杂对BFO薄膜光学和磁学性能的影响还需要进一步研究。本文通过实验研究和第一性原理模拟计算探讨了Mn和Ni的掺杂以及退火气氛对BFO薄膜晶体结构和性能的影响。具体研究工作包括:（1）首先采用溶胶-凝胶法制备了BiFe1-xMnxO3（x=0.00,0.03,0.05和0.07）（BFMO）薄膜,并探讨了Mn的掺杂量对BFO薄膜晶体结构、磁学和光学性能的影响。结果显示,随着Mn掺杂量的增加,BFO薄膜结晶度变好。拉曼光谱和X射线衍射（XRD）分析表明,Mn掺杂导致BFO薄膜晶胞发生轻微畸变。BFO薄膜的饱和磁化强度随Mn掺杂量的增加而显著增大,这可能归因于Mn的掺杂导致晶胞发生轻微的畸变,从而抑制了BFMO薄膜中的此外,Mn的掺杂导致BFO薄膜的光学带隙宽度明显减小,当掺杂量x=0.07时,带隙约为2.20 e V。其次利用第一性原理模拟计算方法探讨了Mn掺杂（掺杂量为0.25和0.50）对BFO薄膜电学、光学和磁学性质的影响。计算结果表明,Mn掺杂后,BFO的带隙宽度减小。Mn掺杂后,BiFe1-xMnxO3中的Fe原子周围出现一定程度的自旋极化。同时,BiFe1-xMnxO3的光吸收系数增加。（2）采用第一性原理模拟计算探讨不同比例Ni掺杂对BFO薄膜电学、磁学和光学性能的影响。计算结果表明,BiFe1-yNiyO3（y=0.000,0.125,0.250和0.500）的带隙宽度分别为1.37 e V,0.86 e V,0.82 e V和0.65 e V,带隙宽度随着Ni掺杂量的增加而变小。电子自旋分布结果显示,当Ni掺杂量为25%时,Ni和Fe原子周围有明显的自旋极化,而当Ni掺杂量为50%时,只有Ni原子的周围有自旋极化。光吸收谱显示,随着Ni掺杂量的增加薄膜的吸收系数先降低后增加。（3）探讨退火气氛（空气,氮气和氧气）对BFO薄膜的晶体结构、磁学、光学和光催化性能的影响。XRD和拉曼光谱分析表明,氧气和空气气氛下退火能够获得单相的BFO薄膜,而氮气气氛中退火的薄膜出现Bi2O3杂峰。扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）图像表明,在氧气中退火的BFO薄膜显示出较大的晶粒尺寸和较小的表面粗糙度。磁性测量结果表明,三种气氛中退火获得的BFO薄膜均表现出弱的铁磁性,并且氧气和空气中退火的BFO薄膜由于较高的相纯度而显示出较高的饱和磁化强度。相比于氮气和空气,氧气中退火获得的BFO薄膜的光学带隙较小。光催化性能研究表明,对于三种退火气氛,氧气气氛中退火获得的BFO薄膜光催化活性最高。总之,氧气气氛下退火有利于改善BFO薄膜的结晶度、磁学、光学以及光催化性能。