随着纳米科技的日新月异，低维纳米结构材料在微电子工业以及基础科学研究中的重要地位日益显现出来。近年来，以团簇和纳米管或纳米线为代表的低维结构，受到人们的广泛关注，并成为众多学科研究的热门课题之一。团簇作为介于微观原子、分子和凝聚态物质间的中间桥梁，其物理和化学性质随团簇的尺寸剧烈变化，因此人们可以以团簇为基元设计具有各种特性的新型材料。Si基的半导体材料在微电子工业中的重要地位，使人们考虑以硅为材料构建低维纳米结构材料，并对Si团簇进行了大量的研究。研究发现，由于悬挂键的普遍存在使得纯硅团簇在化学上呈现活性，不适宜作为团簇自组装材料的构建单元，而在其中掺入金属原子可以提高硅团簇的稳定性，并且可以改善其性质，得到新的功能材料，所以，对金属掺杂硅半导体团簇的研究具有十分重要的科学意义和实际应用价值。本文利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法先研究了3d过渡金属原子掺杂Si₁₂团簇，计算了原子平均结合能（BE）、HOMO-LUMO能隙、垂直电离势（VIP）、绝热电子亲和势（AEA）和磁矩。结果表明：随所掺杂过渡金属原子的不同，团簇的价电子数逐渐增加，结构的稳定性也随之发生变化。具有18电子或20电子的团簇Si₁₂Cr、Si₁₂Fe、Si₁₂V^-和Si₁₂Mn⁺比它们相邻的团簇更稳定，并验证了在遵循Wigner-Witmer定则的前提下，运用电子闭壳层结构可以很好地解释Si₁₂M团簇结构的稳定性。在磁性方面，过渡金属原子具有磁矩，但当它们被嵌入到硅笼中后，大多数原子的磁矩被湮灭，团簇Si₁₂M的磁矩为零。我们还对VIB族过渡金属原子（Cr，Mo，W）掺杂硅团簇Si₁₂M和Si₁₈M₂进行了研究，经结构优化后，其最稳定构型分别为六角棱柱和六角双棱柱结构。我们也计算了团簇Si₁₂M和Si₁₈M₂的键长、相关能量和磁矩，发现具有18电子的团簇Si₁₂M结构非常稳定。在团簇Si₁₈M₂中掺杂异种金属原子后，发现在电子数相同的情况下，结合能随掺杂的过渡金属原子半径增大而增加，稳定性渐强。另外还发现具有幻数特征的团簇Si₁₈M₂（M=Fe，Ru，Os）也有较强的稳定性。将团簇Si₁₂Mo进行自我堆积后，发现其结合能非常小，团簇间的相互作用较弱，可以将其作为构建单元应用于集成材料中。