材料作为人类社会生存和发展的必需，对推动科学技术的发展至关重要，特别是随着工业化步伐的不断加快，半导体材料的研发及应用受到更广泛的关注。但是对于一种新材料的研究及开发目前仍存在许多困难：首先，研究所需的材料是不易获取的；其次，加工成本的过高以及材料加工产生的新性质难以预料；再加工工艺的精度、准度不够等，使得从实际工艺中研究完成一种新材料的研发代价是相当高的，而且成功率也是无法判断的。在这种情形下，借助计算机模拟计算来研发新材料，不仅将成本降至最低，而且大大缩短了实验周期；对实验过程有可操作性、可全程监控性；另一方面，材料加工中的精准度以及新材料产生的相关性质都可以更好地把握，最大限度地减小因盲目或错误实验造成的浪费。因此，利用计算机模拟对材料的结构和性质预测与设计，已经成为当今材料领域研究方法中一个极其重要的部分。　　 密度泛函理论的引入，将多电子体系转化为单电子体系，由此对各类半导体材料以及金属材料的晶格常数、结合能、磁矩、自旋以及光学电学等性质做了计算研究并与实验结果符合很好，使之成为近年来理论研究中的一项重要成就而受到越来越多的关注。同时各种计算方法的引入：平面波赝势(PWP)、正交平面波(OPW)、线性缀加平面波方法(LAPW)、线性Muffin tin轨道组合方法、基于原子轨道线性组合的紧密束缚法(LCA0.TB)等等，也使得理论计算日趋完善。SnO2这种金属氧化物以其优异的物理化学性质，近年来，受到越来越多的关注，特别是过渡金属掺杂SnO2而形成的稀磁半导体(DMS)具有优异的磁、磁光、磁电性能，使其在磁感应器、高密度非易失性存储器、光隔离器、太阳能电池、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景，已成为材料领域中新的研究热点.　　 本文研究具体内容：　　 第一章主要介绍SnO2的结构和性质，系统地总结分析现阶段SnO2的研究状况以及掺杂SnO2的相关研究状况，及稀磁半导体与半金属性质。　　 第二章主要阐述密度泛函理论与CASTEP软件包的各种功能及特点。　　 第三章中采用密度泛函理论及赝势平面波方法，对未掺杂SnO2以及过渡金属V、Cr、Mn掺杂SnO2的超原胞体系进行了几何优化，计算了未掺杂情况下SnO2与V、cr、Mn掺杂SnO2的晶格常数、电子结构与磁学性质；6.25％与12.5％两种掺杂浓度时体系的电子自旋和磁学性质没有发生很大的变化。结果表明，相对于未掺杂SnO2，过渡金属掺杂后SnO2中O原子有向过渡金属移动的趋势，并使得O与掺杂金属之间键长变短；并发现，在V和cr掺杂后，SnO2具有半金属性质；而Mn掺杂SnO2没有发现上述性质。6.25％与12.5％的杂质浓度对自旋和磁矩影响不大，掺杂产生的磁矩主要来自于过渡金属3d电子态，且磁矩的大小与过渡金属的电子排布有关。V、Cr、Mn掺杂SnO2结构后的总磁矩分别为0.94μB、2.02μB、3.00μB。磁矩主要来源于过渡金属3d轨道的自旋极化，当O原子出现负磁矩的时候，还有很小一部分磁矩来源于临近过渡金属的Sn原子。　　 第四章采用密度泛函理论的第一性原理超软赝势方法，计算了未掺杂SnO2、Ni掺杂SnO2、Fe掺杂SnO2以及Ni和Fe共掺杂SnO2的电子结构、半金属性质、光学性质。计算结果表明，相对于未掺杂情况，掺杂SnO2后的能带图中，价带明显上移，并且带隙在不断减小，这主要是因为掺杂后引入大量3d电子，使得3d电子与O2p电子相互杂化作用加强。此外，还计算了介电函数虚部与光吸收谱，发现随着3d电子的引入，掺杂后介电函数虚部的峰值不断向低能级移动，还发现相对于掺杂前的吸收光谱，掺杂后均发生“红移”。　　 第五章基于密度泛函理论，对高压下SnO2进行了研究。计算结果发现，高压下SnO2能带图中，加压后，价带上移，导带下移，致使能带间隙变宽，并且加压使不同电子层间电子杂化现象增强。光学性质方面，加压后介电函数虚部向高能方向移动且吸收光谱发生“蓝移”。　　 第六章是本文的总结与展望。