稀磁半导体材料兼具传统半导体的传输性能和磁性材料的自旋调控特性，在未来的芯片和信息存储领域具有广泛的应用前景，是当今研究的热点材料之一。作为最早被预测的可以实现室温铁磁性的一种稀磁半导体材料，过渡金属掺杂的ZnO体系得到广泛的关注。然而利用不同的实验方法合成的稀磁半导体材料往往呈现出截然不同的磁学性能。这主要是因为材料的局域原子、电子结构与材料的磁学性能密切相关，如缺陷、晶格结构的畸变可以直接影响到材料的宏观磁性行为，而对材料的表面修饰可以有效调控室温铁磁性的存在与否。由于缺陷、晶格畸变、表面修饰的影响，材料的局域原子、电子结构发生剧烈的变化，然而由于其局域特点，常规的探测手段，如XRD、TEM无法对其精细结构进行描述。X射线吸收谱学方法具有元素选择性和局域敏感性，是揭示体系内部局域结构和电子结构的有利工具。值得一提的是，将第一性原理与X射线吸收谱学相结合构建多种复杂结构模型，可以弥补实验研究中存在的种种困难，因此成为研究复杂体系的重要手段。基于同步辐射的硬X射线吸收谱与软X射线吸收谱有机结合，分别可以对材料体相、表面相进行表征，从而获得更为全面的结构信息。　　 本论文以X射线吸收精细结构谱学和密度泛函理论为主要方法，结合多种常规的表征手段，如X射线衍射、透射电子显微镜、振动样品磁强计、超导量子干涉仪等，系统研究了ZnO为母体的稀磁半导体材料中晶格畸变、缺陷、表面修饰等影响下体系内部的局域结构、电子结构变化，以及其对材料磁性的影响。主要获得了以下几项重要成果：　　 (1)准确揭示了低温下Mn掺杂ZnO体系复杂的内部局域环境。通过X射线吸收谱分析和多重散射理论模拟，指出Mn原子在掺入ZnO晶格中容易以替代掺杂的自旋反平行配对(Mn-O-Mn)的形式存在，促使体系内部局域结构严重扭曲。通过第一性原理计算，我们发现在空穴掺杂的情况下，这种大的晶格畸变导致空穴局域在掺杂原子周围，形成了亚铁磁有序。该工作很好地诠释了晶格畸变对于磁性行为的重要影响，不仅对Mn掺杂ZnO体系，在其他的稀磁半导体材料中同样有重要的作用。　　 (2)确定了Co掺杂ZnO体系中氧空位的掺杂位置。结合精确的X射线吸收谱学技术与多重散射理论，我们研究了退火前后Co掺杂ZnO样品中Co原子周围的局域结构。Co K边近边吸收谱以及搭建的不同结构模型的多重散射分析，表明退火产生的氧空位局域在磁性离子的第二配位壳层。同时，氧空位的存在促使Co-3d与Zn-4sp态之间发生强的杂化，从而导致电荷转移发生。　　 (3)准确揭示了表面活性剂对Co掺杂ZnO体系磁性调控的结构机理。结合XRD和Co-K边吸收谱分析，我们首次观察到Co掺杂ZnO闪锌矿相的形成和加强。在表面活性剂的调控下，该相直接诱导体系由顺磁性向铁磁性发生转变。该研究充分体现了掺杂磁性离子的分布状态与材料的铁磁性能紧密关联。　　 (4)揭示了表面活性剂对Mn掺杂ZnO体系磁性调控的结构机理。基于X射线吸收谱和多重散射理论计算，我们发现体系中表面分子重构是影响材料磁性的重要因素。利用Mn-L边和O-K边软X射线吸收谱我们分析了体系的电子结构变化，结果表明表面分子与母体材料之间存在强的电子关联效应以及p-d耦合，直接调制了材料的铁磁性。我们的研究很好地揭示了表面活性剂分子与纳米颗粒间的相互作用规律，为制备更好性能的稀磁半导体材料提供重要的实验依据。