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虽然Ce掺杂对ZnO光学性能和磁性影响的研究在国内外有一定的进展,但是对于Ce掺杂与间隙H原子共存共存以及Ce掺杂与O空位或Zn空位共存对ZnO体系光学性能和磁性影响的第一性原理研究鲜见报道,同时,应变对Ce掺杂、Ce掺杂和间隙H原子共存共存、Ce掺杂和点空位共存的ZnO体系光学性能和磁性影响的研究尚未见报道。为了解决这些问题,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算的方法,计算了不同双轴应变条件下Ce掺杂ZnO体系,Ce掺杂与间隙H原子共存的ZnO体系,以及Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系的晶体结构,形成能,能带结构,态密度,磁性以及吸收光谱,研究了应变对Ce掺杂ZnO体系,Ce掺杂与间隙H原子共存的ZnO体系,以及Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系电子结构,吸收光谱和磁性的影响。第一,构建一个Ce原子替换一个Zn原子的Ce掺杂ZnO超胞模型,对超胞模型施加不同程度的应变,研究不同应变条件对Ce掺杂ZnO体系的光学性质和磁性的影响。研究表明,在无应变条件下,与未掺杂ZnO相比,Ce掺杂ZnO体系带隙变窄,静介电常数减小,介电函数虚部和吸收光谱均向低能级方向移动。在不同应变条件下,随着压应变的增加,Ce掺杂ZnO体系形成能降低,随着拉应变的增加,Ce掺杂ZnO体系形成能升高。与无应变条件下Ce掺杂ZnO体系相比较,压应变使体系的带隙变宽,复介电函数的虚部整体向高能级方向移动,静介电常数增加,吸收光谱蓝移;拉应变使体系的带隙变窄,复介电函数的虚部整体向低能级方向移动,静介电常数减小,吸收光谱红移。不同应变条件下未掺杂ZnO体系均无磁性。在无应变条件下,Ce掺杂ZnO体系表现为室温铁磁性。无论在压应变条件下还是在拉应变条件下,随着应变程度的增加,Ce掺杂ZnO体系的总磁矩均减小,居里温度均降低。当应变程度为-1%和0%时,体系表现为铁磁性,居里温度达到室温以上;当压应变为-3%和-2%以及拉应变为1%和2%时,体系的居里温度降低到室温以下;当压应变为-5%和-4%以及拉应变为3%,4%和5%时,体系从铁磁性转变为反铁磁性。第二,构建不同间隙位置的存在一个间隙H原子的ZnO超胞模型,以及不同Ce-H间距的一个Ce原子替换一个Zn原子,以及与一个间隙的H原子共存的ZnO超胞模型。对所有超胞模型进行几何结构优化,寻找最稳定的存在一个间隙H原子的ZnO超胞模型和Ce掺杂和间隙H原子共存的ZnO超胞模型。对最稳定的存在一个间隙H原子的ZnO超胞模型和Ce掺杂和间隙H原子共存的ZnO超胞模型施加不同程度的应变,研究不同应变条件下,对存在一个间隙H原子的ZnO以及Ce掺杂和间隙H原子共存的ZnO体系的光学性质和磁性的影响。结果表明,在无应变条件下,与未掺杂ZnO相比,存在一个间隙H原子的ZnO体系和Ce掺与间隙H原子共的ZnO体系带隙变宽,静介电常数增大,介电函数虚部和吸收光谱均向高能级方向移动。在不同应变条件下,随着压应变的增加,掺杂体系的形成能降低,体系更稳定,Ce掺杂和间隙H原子更容易;随着拉应变的增加,掺杂体系的形成能升高,体系更不稳定,Ce掺杂和间隙H原子更困难。掺杂不改变ZnO直接带隙的性质。与无应变条件下的掺杂体系相比,随着压应变的增加,体系的带隙变宽,静介电常数减小,复介电函数的虚部和吸收光谱均向高能量方向移动;随着拉应变的增加,体系的带隙变窄,静介电常数增加,复介电函数的虚部和吸收光谱均向低能量方向移动。在不同应变条件下,存在一个间隙H原子的ZnO体系均无磁性。在无应变条件下,Ce掺杂和间隙H原子共存的ZnO体系表现为室温铁磁性。无论在压应变条件下还是在拉应变条件下,随着应变程度的增加,Ce掺杂和间隙H原子共存的ZnO体系的总磁矩均减小,居里温度均降低。当应变程度为-1%,0%和1%时,体系表现为铁磁性,居里温度达到室温以上;当压应变为-2%和-3%以及拉应变为2%时,体系的居里温度降低到室温以下;当压应变为-4%和-5%以及拉应变为3%、4%和5%时,体系从铁磁性转变为反铁磁性。第三,构建不同Ce-V（点空位）间距的一个Ce原子替换一个Zn原子,以及与一个Zn空位或O空位共存的ZnO超胞模型。对所有超胞模型进行几何结构优化,寻找最稳定的Ce掺杂和Zn空位或O空位共存的ZnO超胞模型。对最稳定的Ce掺杂和Zn空位或O空位共存的ZnO超胞模型施加不同程度的应变,研究不同应变条件对Ce掺杂和点空位共存的ZnO体系的光学性质和磁性的影响。结果表明,在无应变条件下,与未掺杂ZnO相比,Ce掺杂与O空位共存的ZnO体系带隙变宽,静介电常数增大,介电函数虚部和吸收光谱均向高能级方向移动。Ce掺杂与Zn空位共存的ZnO体系带隙变窄,静介电常数增大,介电函数虚部和吸收光谱均向低能级方向移动。在不同应变条件下,压应变使得Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系稳定性先减弱后增强,拉应变使得Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系稳定性增强。压应变使得Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系的带隙变宽,静介电常数减小,复介电函数的虚部整体向高能级方向移动,吸收光谱蓝移;拉应变使得体系的带隙变窄,静介电常数增加,复介电函数的虚部整体向低能级方向移动,吸收光谱红移。无应变条件下Ce掺杂和O空位或Zn空位共存的ZnO体系均表现出室温铁磁性。压应变和拉应变均使得体系的总磁矩减小,居里温度降低。对于Ce掺杂和O空位共存的ZnO体系,当应变程度为-2%,-1%,0%,1%,2%,3%和4%时,体系表现为铁磁性,居里温度达到室温以上;当压应变为-3%和-4%以及拉应变为5%时,体系的居里温度降低到室温以下;当压应变为-5%时,体系从铁磁性转变为反铁磁性。对于Ce掺杂和Zn空位共存的ZnO体系,当应变程度为-1%,0%和1%时,体系表现为铁磁性,居里温度达到室温以上;当压应变为-2%和-3%或拉应变为2%和3%时,体系的居里温度降低到室温以下,当压应变为-4%和-5%或拉应变为4%和5%时,体系由铁磁性转变为反铁磁性。应变对体系带隙影响的机理为:压应变使体系中原子间距减小,各原子的电子云重叠更严重,使占据在相同能级上的电子之间的排斥作用增强,导致价带顶和导带底均向高能级方向移动,但是导带底的移动明显多于价带顶,导致带隙变宽;拉应变使体系中原子间距增大,各原子的电子云重叠减弱,使占据在相同能级上的电子之间的排斥作用减弱,体系价带顶和导带底均向低能级方向移动,但是导带底的移动明显多于价带顶,导致带隙变窄。应变对体系磁性影响的机理为:压应变使体系中磁性原子之间的距离减小,电子云重叠更严重,使原本自旋方向相同的两个未配对的自旋电子之间的排斥作用增强,体系的能量升高。当压应变增加到一定程度时,为了体系的能量最低,原本自旋方向相同的两个自旋电子中的一个发生自旋翻转,与另一个自旋电子所产生的自旋磁矩相抵消,导致体系从铁磁态转变为反铁磁态。此外,拉应变使体系中磁性原子之间的距离增大,电子云重叠减弱,使原本存在与两个磁性原子之间的磁交换作用减弱。当拉应变增加到一定程度时,体系中的磁交换作用完全消失,导致体系从长程有序的铁磁态转变为无序的反铁磁态。研究发现,可以通过应变对未掺杂的ZnO体系,Ce掺杂ZnO体系,存在一个间隙H原子的ZnO体系,Ce掺杂与间隙H原子共存的ZnO体系,以及Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系的带隙和吸收光谱进行调控。同时,应变还可以对具有磁性的Ce掺杂ZnO体系,Ce掺杂与间隙H原子共存的ZnO体系,以及Ce掺杂与O空位或Zn空位共存的ZnO体系的磁矩、居里温度以及铁磁性—反铁磁性进行调控。这对设计和制备应变和点缺陷对ZnO:Ce体系的光学材料,稀磁半导体的实现具有重要的理论指导作用。