随着人类社会的不断发展,信息的井喷式增长以及后摩尔定律时代的到来都对信息的存储和安全提出了新的要求,更是人们亟待解决的一项重要议题。传统半导体器件的数据存储存在诸如容量小、密度低、耗能高和信息易失等不足,已经难以满足新时代信息发展的需求。自旋电子学在过去几十年的飞速发展实现了对电子电荷和自旋的双重调控,应运而生的自旋电子器件为解决上述问题带来了新的途径。自旋电子器件可以从不同维度调控其相关的电磁性能,而且其存储密度和安全性都得到提高,体积和功耗被大幅降低,从而成为广受关注和研究的最新一代电子设备。近年来,二维材料因为其优异的物理化学性能成为凝聚态物理领域的研究热点,其中,单层石墨烯自2004年被成功制备以来,由于其优异的光电性能而备受研究者的关注。然而,二维石墨材料并不具备本征磁性,这阻碍了它在低维自旋电子器件中的应用。因此,如何能成功地在二维石墨材料中引入本征铁磁性并对相关性能实现调控是打破这一瓶颈的关键问题。在本文中,我们利用氮原子共掺杂的思路,将几种过渡金属元素（Cr、Mn）以单原子基团的形式（TM-Nx）锚定到石墨烯材料中,从而在二维石墨材料中成功诱导出室温铁磁性,并借助第一性原理计算探究了所获磁性的物理起源。我们的工作为二维石墨材料在自旋电子学中的应用提供了实验基础和理论依据,主要内容如下:1.采用高温合成法分别制备了纯的二维石墨纳米片和Cr-N3基团锚定的石墨纳米片。通过调节前驱体Cr（NO3）3含量,得到了三个不同浓度Cr-N3基团锚定的石墨纳米片。通过球差电镜和X-射线近边辐射数据对材料的微结构解析和表征,证明了Cr-N3基团的存在。磁性测量结果表明,这些Cr-N3基团锚定的石墨纳米片具有本征的室温铁磁性,且其铁磁性强弱与Cr-N3基团的引入量有直接联系。室温下测得不同Cr-N3基团浓度的样品最大Ms值为0.051 emu/g。第一性原理计算结果表明,Cr-N3基团的引入可以在石墨烯中诱导出净余自旋磁矩,并由此引发自发磁化,进而在一定范围内构成长程磁有序。2.在上述制备方法的基础上,取用Mn（NO3）2·4H2O作为前驱体,制备出两个不同浓度Mn-N4基团锚定的石墨纳米片。球差电镜和X-射线近边辐射数据对材料的微结构解析和表征,证明了Mn-N4基团的存在。磁性测量结果表明这两个样品表现出明显的本征室温铁磁性,并且铁磁性强弱与Mn-N4基团引入量有直接关系,室温下其最大的Ms值为0.072 emu/g。同时,第一性原理计算结果也表明Mn-N4基团是铁磁性的来源。而为了找到以Mn-N4单原子基团形式锚定的最大掺杂浓度,我们继续加大前驱体的剂量,制备了N掺杂MnO与石墨烯复合的样品,测试结果表明这些样品都表现出本征室温铁磁且样品的饱和磁化强度随着N掺杂含量的变化递增。通过第一性原理计算和铁磁双交换作用解释了N掺杂MnO纳米材料出现铁磁性的机制。