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自旋电子学的特点是利用电子的电荷和自旋两种自由度。基于半导体自旋电子学材料，诸如与半导体相容的半金属(half-metal)铁磁体和稀磁半导体，有望设计出性能更加优异的器件。半金属铁磁体和稀磁半导体中有着极为丰富的磁相互作用，对其进行研究有助于进一步认识这些材料的磁性本质；此外，铁基超导相关材料的磁性也是一个重要的研究领域。本文以第一性原理方法为主研究与半导体相关的新型铁磁材料以及新型铁基材料的结构、电子和磁性质。
研究了Cr、Mn、Fe、Co、Ni掺杂纤锌矿GaN的五种三元化合物，发现CrGa7N8是一种金属铁磁体，MnGa7N8是一种典型的半金属性铁磁体，而其余三种化合物是反铁磁性的。该铁磁性起源于p-d杂化所引起的自旋交换劈裂，这两种铁磁材料具有高度自旋极化。这些结果对研究基于GaN的稀磁半导体的高温铁磁性具有重要作用。
研究了基于闪锌矿反铁磁半导体MnTe的五种新型铁磁材料，提出了一种通过用磁性原子或非磁性原子取代MnTe中部分Mn获得铁磁材料的新途径。这五种新型磁性材料均具有较高的自旋极化率，具有潜在的应用价值。
用第一性原理方法研究了N缺陷对Cr掺杂AIN稀磁半导体铁磁性质的影响，发现N空位在一定条件下可以增强(Al，Cr)N的铁磁性，与实验结果相一致。用蒙特卡罗模拟方法，以RKKY自旋相互作用为模型研究了Mn掺杂闪锌矿GaN稀磁半导体的铁磁性质，发现RKKY相互作用对(Ga，Mn)N的高温铁磁性有重要作用。
研究了新型铁基超导体母体化合物SrFeAsF的结构、电子和磁性质。发现带状反铁磁序是磁性基态，Fe层间的磁性相互作用很小，价电荷主要分布在Fe层和F层内，磁矩主要在Fe原子上，Fe层内的自旋耦合是反铁磁超交换相互作用。这些结果阐明了SrFeAsF的磁性，有助于进一步探索相关材料的物性。