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传统的半导体电子器件只利用了电子的电荷属性,但量子力学告诉我们,电子同时具有电荷属性和自旋属性。在过去的二十年里,电子的自旋属性受到越来越多的关注,并由此催生出一个新的领域：自旋电子学。自旋电子学器件同时利用了电子的电荷和自旋,具有体积小,耗能低等显著优点。稀磁半导体和半金属铁磁体在自旋电子学器件方面有着重要的潜在应用价值,是当今凝聚态物理领域的一个研究热点。随着计算机技术的飞速发展,借助材料模拟软件模拟预言新材料越来越成熟。与人工实验相比,计算模拟具有省时和经济的优点。本文主要利用基于密度泛函理论的材料模拟软件WIEN2k和CASTEP,计算了闪锌矿相ZnO基稀磁半导体和金红石相TiO2基稀磁半导体的磁性和电子结构。对非磁性元素C掺杂闪锌矿相ZnO的研究表明：该体系是一种半金属铁磁体,基态为铁磁态。计算出的低形成能显示其结构稳定性非常好,且其居里温度理论值达到476K,说明该材料是一种理想的自旋电子学器件材料。由于Zn、O及C元素皆是非磁性的,故我们可以确认体系中的铁磁性是材料的内禀特性,其铁磁性可以用以空穴为介质的双交换机制来解释。C杂质的掺入导致大量空穴的产生,C原子2p态与O原子2p态之间通过这些空穴发生类似于p-d交换作用的p-p型相互作用,从而在两个C原子之间产生长程的铁磁性相互作用。对N掺杂,Co掺杂及N,Co双掺杂金红石TiO2的研究表明：N掺杂金红石Ti02是以反铁磁态为基态的半导体；Co掺杂与N,Co双掺杂金红石Ti02的基态均为铁磁态,当采用GGA处理交换关联泛函时,Co掺杂与N,Co双掺杂金红石Ti02分别呈现出半金属性和近半金属性,然而当采用GGA+U处理交换关联泛函时,Co掺杂与N,Co双掺杂金红石Ti02均呈现出半导体性；N掺杂,Co掺杂以及N,Co双掺杂这三种方式均能够极大地扩展金红石TiO2在可见光区域的光学吸收谱,N掺杂系统在短波范围内有最高的吸收强度,而Co掺杂系统在可见光范围内吸收强度最高且吸收范围最大。在可见光区域,N,Co双掺杂系统的吸收谱线与Co掺杂系统的吸收谱线有着相似的线形,但是其吸收强度比Co掺杂系统的吸收强度要弱,这是因为前者中Co原子含量较后者低的缘故。对V掺杂和V,N共掺杂金红石TiO2的研究表明：当采用GGA处理交换关联泛函时,V掺杂金红石Ti02和V,N共掺杂金红石Ti02均呈现出半金属性；两种掺杂体系都具有很高的光学吸收强度,其中,V,N共掺杂金红石Ti02的吸收范围超过了700nm,显示该体系在光催化材料应用上的重要价值。