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由于铁电体具有铁电、介电、压电、热释电等丰富的物理性能，所以广泛应用于非易失性铁电存储器、电容器、制动器、热释电探测器等电子器件中。为满足电子器件小型化的发展需求，铁电体必须以低维薄膜的形式集成到电子器件中，而在铁电薄膜中，界面结构及畴结构是影响其性能的两个重要因素。本论文，我们围绕经典的四方铁电材料PbTiO3，重点针对其中的界面和畴组态，设计、制备了三种不同铁电薄膜体系，并利用像差校正透射电子显微镜对其进行了深入研究。 由于在功能氧化物异质界面上，打破了原本的对称性，使界面两侧的轨道、晶格、自旋以及电荷之间重新耦合，故产生很多奇特物理性能。对于铁电薄膜而言，由于异质界面去极化场的作用，其铁电极化会显著降低，这也阻碍其集成到电子器件中。为克服界面极化降低的现象，我们设计了在界面处同时具有化学价态不连续与铁电极化不连续的PbTiO3/BiFeO3薄膜体系。像差校正透射电子显微镜研究表明，在具有头对尾极化特征的界面附近，PbTiO3中存在约～8％的面外晶格拉长现象，并伴随104％，107％以及39％的Ti，O1和O2离子位移（δTi，δO1，δO2）增加，这意味着相比块体PbTiO3高达70％的极化增强。同时，BiFeO3中的极化也比块体值显著增强。电子能量损失谱和X射线光电子谱研究显示，在界面处存在氧空位聚集以及Fe3+向Fe2+的转化。基于极化灾难模型，界面被确定为FeO2/PbO界面。第一性原理计算表明，界面处的氧空位聚集是造成极化大幅度增强的重要因素。结合实验和计算结果，我们提出异质界面极化巨大增强的电荷传递机制。该研究结果对纳米级铁电器件的发展具有很大的促进意义。 铁电畴壁是一种特殊的同质界面，它与功能异质界面及晶格缺陷的交互作用对铁电材料性能影响很大，系统研究它们之间的交互作用对理解铁电材料的极化反转过程，以及与之密切相关的铁电和压电性能至关重要。利用像差校正透射电子显微镜，我们对生长在SrTiO3(001)衬底上的PbTiO3外延薄膜中90°/180°铁电畴壁和晶格缺陷之间的空间耦合进行了系统的研究。发现通过畴壁和晶格缺陷交互作用，可以形成一些亚稳态畴组态如90°带电畴壁，这种畴结构很容易发生弛豫，转化为正常的非带电畴壁，并伴随180°畴壁的湮灭以及局部a畴和c畴的反转。另外，在90°畴壁的起源（PbTiO3薄膜和衬底界面附近）、中间和截止的位置，都容易形成特定类型的位错（如成对的1/2a[011]型和a[0-10]型），我们认为这些位错主要是由薄膜和衬底之间的水平失配以及PbTiO3中a畴和c畴之间的竖直失配引起。与此同时，研究还发现位于90°畴壁上的a[0(1)0]型位错，其沿水平方向正应变场受到90°畴壁的影响而偏离竖直方向45°，转向90°畴壁方向。这些研究结果有助于人们在原子尺度下认识铁电畴壁与晶体学缺陷之间的交互作用机制，为探索新型铁电界面效应及其动力学过程提供重要的结构信息，对基于铁电材料的纳米器件的设计与研发具有重要意义。 铁电闭合畴结构在高密度存储及其他纳米电子器件中应用前景广阔。为了使存储器中的数据可寻址，要求全闭合畴结构呈周期性规则排列。在我们前期的工作中，已发现了一维规则排列的、180°畴壁沿垂直界面方向的的竖直全闭合畴（V畴），但是这种畴结构在空间构型上是非对称的。在此，我们依据全闭合畴结构的巨大向错应变特征，设计并制备了相邻PbTiO3层具有相同和不同厚度的PbTiO3/SrTiO3多层膜。像差校正透射电子显微镜观察表明，当相邻PbTiO3层厚度相同时，形成在水平方向和竖直方向都呈周期性排列的、180°畴壁沿竖直方向的全闭合畴组态（V畴）;增大相邻PbTiO3层的厚度差，使其厚度比为2∶1时，在薄的PbTiO3层中则出现规则排列的180°畴壁沿水平方向的对称全闭合畴组态（H畴），而厚PbTiO3层依然是周期性的V畴，从而得到H畴和V畴交替排列的规则全闭合畴组态。通过调控相邻PbTiO3层厚度，我们使全闭合畴呈二维分布并构筑了两种二维全闭合畴组态。相场模拟结果从能量角度解释了这一结果并给出了该多层膜中畴组态随相邻PbTiO3层厚度比演化的相图。这种全闭合畴组态的可控调制对新型纳米级铁电电子器件的设计和发展具有很大促进作用。 从电了显微学学科发展的角度，我们还研究了晶体取向对不同离子在HAADF/BF-STEM像中相对位置的作用，发现偏离正带轴对其产生很大的影响。为了准确地获得相关铁电薄膜实验像中的信息，我们系统的研究了晶体倾斜对扫描透射电子显微学模式下的高角环形暗场、明场(HAADF/BF-STEM)成像模式下钙钛矿氧化物，特别是铁电材料PbTiO3中不同离子相对位置的影响。研究结果表明，晶体倾斜的影响与样品的厚度和倾斜角度有关:在20个单胞内，样品越厚或者倾斜角度越大，晶体倾斜的影响也越大。另外，我们发现在HAADF成像模式下，钙钛矿氧化物中A位和B位原子序数相差越大，晶体倾斜的影响也越大。在HAADF和BF-STEM成像模式下，晶体倾斜的影响已在实验中得到了验证。