稀土氧化物材料因其独特的磁光电性质，在高密度存储、磁制冷、光学器件开发、以及生物医学等方面有广泛的应用前景，从而引起了人们的极大关注。特别是，氧化钆纳米颗粒在包裹有机分子而被功能化后，其优异的结构和磁学性能使它们成为最具开发潜力的医用核磁共振(MRI)成像造影剂。为深入理解氧化钆纳米材料的生长机理和磁作用机制，并进一步提升它们的电磁性能，从而扩展在生物医学中的应用，迫切需要掌握它们的结构生长、物理化学稳定性和磁性质。采用密度泛函理论(DFT)下的广义梯度近似方法(GGA)和PW91交换相关势，本论文对GdnOm（2≤n+m≤13）和(Gd2O3)n(n=1-10)团簇的结构演化和电磁性质进行了系统的研究，具体内容如下:　　 (1)对GdnOm（2≤n+m≤6）团簇，我们考虑了各个尺寸在不同组分情况下的所有可能结构构型，结果发现当团簇中的Gd∶O比例接近或等于2∶3时，该组分团簇相比其它的组分团簇更加稳定;基态结构中的Gd和O原子倾向与周围的O和Gd原子形成3和2的配位作用，这主要是由于Gd和O原子的电子排布Gd(4(f7)5d16s2)和O(2p42s2)所决定;Gd原子的局域磁矩通常为6.8～7.5μB，Gd间倾向于铁磁序耦合，O原子的局域磁矩通常为-0.4～-0.1μB，Gd和O原子间倾向于反铁磁序耦合。　　 (2)对GdnOm(7≤n+m≤13)团簇，我们只考虑每个尺寸的2个不同组分团簇，并让这些团簇的组分比例接近块体值。结果发现，这些团簇的Gd-O键长变化很小，基本在2.15(A)-2.17(A)之间;同一构型的铁磁耦合和反铁磁耦合之间的能量差很小（小于0.01eV/atom）;Gd2O3和Gd4O6团簇的平均束缚能以及HOMO-LUMO能隙值都要比其它尺寸的各组分比例的团簇大，这意味着它们的物理和化学稳定性好，可认为是氧化钆团簇的幻数尺寸。　　 (3)对(Gd2O3)n(n=1-10)团簇的研究发现，它们的最低能量结构都为近球状的笼构型。其中，Gd20O30团簇为标准的十面体球形结构，且具有7.12μB/Gdatom的强磁性，因而是很好的磁性纳米封装结构。这一系列团簇的平均束缚能随尺寸的增加而逐渐增加，二阶差分能量曲线则呈现出奇偶振荡，在n=2，4，6，8时表现出尖锐的峰值，这些尺寸较其相邻尺寸更为稳定。然而，随着团簇尺寸的增加，它们的HOMO-LUMO能隙则呈现出逐渐下降的趋势，特别在n=2，4，6，10时，表现出很强的下降，这说明团簇的反应活性逐渐增强。　　 (4)Mulliken布居数分析显示，Gd原子几乎将其所有的两个6s电子转移到5d和6p轨道上，同时也转移了很大到相邻O原子上，从而Gd和O之间形成明显的离子键，而Gd原子4f轨道对Gd-O键的形成贡献不大，团簇具有的磁性则主要来源于Gd的4f电子以及O原子的2p电子的贡献;态密度分析表明，Gd原子的5d和6s轨道与O原子的2p轨道发生强烈的sp-d杂化;GdO团簇的总磁矩、Gd和O原子的局域磁矩与团簇尺寸、结构构型、组分比例之间的依赖关系很微弱，团簇在铁磁序和反铁磁序耦合下体系的能量变化很小，Gd原子之间的磁耦合是靠O原子离域的s和p电子来传导。