多铁材料是一种新型多功能材料,其在多功能电子设备、传感器和数据存储等领域都有着广阔的应用前景。在众多的多铁材料中,GaFeO3(GFO)由于具有较高的居里温度,实际应用性强,而引起了各国学者的广泛关注。近年来对GFO进行研究发现其存在一些缺陷,从而影响了实际的应用,如单相GFO材料表现出的反铁磁性使其在磁性存储方面的应用受限。改善GFO性能的通常做法是选择合适的阳离子在“A”或“B”位进行掺杂或取代。相关的实验研究报道颇多,但有关掺杂或取代的理论研究比较少。第一性原理计算方法是一种用于研究和预测材料的电子结构、光学和磁性等方面的性能的有力理论研究工具。　　本文利用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,计算了Co、Zn在“B”位、Al在“A”位掺杂GFO材料的电子结构、光学性质和磁性能。取得的主要结果如下:　　1)对纯GFO材料的结构和性能进行研究,结果显示GFO结构参数的理论计算值与实验值符合得很好。GFO材料为反铁磁结构,晶胞净磁矩为零,材料的Fe-O键和Ga-O键为既具有离子性,又具有共价性的混合键,且Ga-O的共价性较Fe-O键更强。　　2)用Co进行不同含量掺杂,研究了GaCoxFe1-xO3(x=0,0.125,0.25,0.5)(GCFO)材料的结构参数,磁矩和光学性质等。结果显示GCFO的晶格参数、体积、原子坐标等与GFO基本一致,材料保持钙钛矿结构及较强铁电性。GCFO为新的亚铁磁结构,对于掺杂量x=0.125,0.25和0.5,其净磁矩分别为-0.96μB,-2μB和-4μB,材料表现出较强铁磁性。与GFO相比,GCFO具有更高的介电性能。GCFO的化学键也是具有离子性的共价键。　　3)采用等量的 Al和 Zn对 GFO进行掺杂得到 Al0.125Ga0.875FeO3和GaZn0.125Fe0.875O3两种材料,并对它们的电子结构、磁性和光学性能进行了研究。发现Al和Zn掺杂不影响GFO材料的钙钛矿结构。Al的掺入增大了材料的带隙,提高了铁电性,但不改变GFO材料的反铁磁性,晶胞净磁矩仍为零。Zn掺杂使得带隙明显减小,但破坏了GFO原有的反铁磁性,形成了新的亚铁磁结构,晶胞净磁矩为-3.98μB,铁磁性增强,且比等量的Co元素掺杂对铁磁性的增强效果更明显。