半金属(HM)材料的100%自旋极化率使其在自旋电子学器件方面具有潜在的应用。这种材料的新颖处在于其具有两个不同的自旋子能带。其中一个自旋取向的电子能带图因穿过费米面而表现为金属特性;而另一个自旋取向的电子能带图则表现为半导体或绝缘体性质。HM材料的分类方法有很多,可以依据材料的结构、磁性和HM特性的来源不同进行分类。研究已经表明过渡金属(TM)原子掺杂的ZnS体系可以表现出优良的HM特性。本文基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加波方法(PAW),应用VASP材料模拟软件包,对TM原子掺杂的ZnS体系的结构、电子、磁特性和光学特性进行了研究。我们发现Mo掺杂闪锌矿结构的ZnS具有HM特性。当Mo浓度达到25%时,体系总磁矩几乎为4.00μB,其磁矩主要来自掺杂的Mo原子,与Mo原子最近邻的S原子与次近邻的Zn原子也有一定的贡献。由于ZnS、ZnSe和ZnTe是典型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体,因此我们进一步系统的研究了,当Mo浓度为25%时,Zn0.75Mo0.2M(M=S,Se,Te)体系的结构、电子和磁特性。研究发现,Zn0.75Mo0.25S、Zn0.75Mo0.25Se和Zn0.75Mo0.25Te体系的平衡晶格常数分别是a(=b=c)=5.535、5.836和6.274A。这一晶格常数的增加正是由于S(1.09A)、Se(1.22A)和Te(1.42A)原子半径的依次增大。这些体系都表现出HM特性,即费米能级EF穿过一个自旋轨道的能带图,却位于另一个自旋轨道能带图的带隙间。本文进一步系统地研究了一个TM原子和两个相同的TM原子X(X=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂ZnS体系的电子与磁特性。不仅对比了不同TM原子掺杂ZnS体系之间的区别,而且研究了两个相同的TM原子之间不同距离对体系的影响。最后结合TM原子的价电子构型,利用双交换(DE)与超交换(SE)机制分析了两个相同的TM原子掺杂ZnS体系的铁磁与反铁磁特性。对一个TM原子V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni掺杂的ZnS体系,我们得到V、Cr、Fe或Ni掺杂的ZnS体系表现出磁性HM特性;而Mn或Co掺杂的ZnS体系表现出磁性半导体特性。对于两个相同的TM原子掺杂的ZnS体系,则更加关心两个TM原子之间的距离对体系耦合态之间的影响。从体系的最小能量得到,无论两个TM原子之间的距离是多少,两个V、Cr或Ni原子掺杂的ZnS体系是HM铁磁体;两个Mn或Co原子掺杂的ZnS体系是半导体反铁磁体。而当两个Fe原子距离最近时,体系为金属反铁磁性体;两个Fe原子位于其他位置时,体系则是HM铁磁体。