近十年间,二维材料发展迅猛,被广泛地应用于半导体器件、电子信息以及生物医疗等多个技术领域,为这些领域的发展注入了新的活力。其中,采用二维材料设计制造低功耗二维自旋电子器件是当下最热门的话题之一。自旋电子器件与传统的电子器件不同,它采用电子自旋作为信息载体,大大降低了信号传输过程中所产生的焦耳热,从而有利于实现低功耗、高速度的信息处理、信息传递以及信息存储。但是,目前低功耗二维自旋电子器件的应用仍面临着一系列的挑战,需要解决磁子能量的耗散路径不明、磁性材料的环境耐受性不佳等诸多物理机制和材料性质方面的问题。随着计算机硬件的更新换代和理论计算方法的持续发展,基于密度泛函理论的第一性原理计算获得了越来越多的支持和认可。与实验表征相比,理论计算更有利于从微观角度出发研究体系的量子分布,并从基础物理的角度为实验表征工作的顺利进行和结果分析提供方向性指导和理论支撑,可以减少不必要的时间和资源损耗。因此,本文将采用第一性原理计算系统地研究二维无磁、二维铁磁以及二维反铁磁等材料在面向自旋电子器件应用时的诸多性质、散射机理以及关键参数,为低功耗二维电子器件的发展和应用提供理论参考。本文的主要研究内容及创新点如下:1、以黑磷烯为例,本文首先研究了在杂质含量为6.25%的情况下,整周期主族元素掺杂对二维无磁材料能带的影响,发现掺杂黑磷烯的能带带隙严重依赖于杂质原子的价电子数目。随后,本文采用改变超晶胞尺寸和增大杂质原子数目两种方式改变掺杂黑磷烯中的杂质含量,发现具有较大超晶胞的Si原子和S原子掺杂以及偶数个Cl原子掺杂均会在黑磷烯诱导出磁序,使其满足应用于自旋电子器件的基本要求。2、在通过第一性原理计算得到不同自旋组态下的体系能量之后,本文首先推导了铁磁自旋波理论,采用各向同性的Heisenberg模型绘制了零温下二维铁磁材料Cr2Ge2Te6（CGT）的自旋波谱。在此基础上,本文利用德拜模型研究了由有限温度引起的随机声子模态与磁子之间的散射,计算了由磁子-声子散射决定的磁子弛豫时间,发现随着温度的升高,磁子-声子散射不断增强,对应的磁子弛豫时间不断缩短。同时,本文还研究了气体吸附对CGT居里温度、能带结构以及磁子-声子散射的影响,发现气体吸附不仅能极大地提升磁性材料的居里温度,还能够增强磁性材料中的磁子-声子散射强度,缩短磁子弛豫时间。更重要的是,本文发现声学磁子弛豫时间和光学磁子弛豫在长波极限下具有完全不同的波矢依赖性,且不受温度变化和气体吸附的影响。这为铁磁材料在自旋电子器件中的应用提供了重要的理论支撑。3、当考虑有限温度下磁子-磁子动态散射的贡献时,对各向同性的Heisenberg哈密顿量进行了修正,使其具有了温度依赖性,进而绘制了有限温度下二维铁磁材料CGT的自旋波谱。基于该自旋波谱,本文利用自旋自相关函数研究了二维铁磁材料CGT中的磁子-磁子散射和磁子-磁子散射强度与波矢、磁子频率、温度以及外加磁场等之间的依赖关系,发现由磁子-磁子散射决定的磁子弛豫时间随温度的升高而增加,却随波矢、磁子频率和外加磁场等的增大而减小。这为深入研究磁性材料内部的自旋能量耗散和磁化动力学过程提供了新的思路。4、与铁磁自旋电子器件相比,由反铁磁材料制成的反铁磁器件具有抗磁场扰动、无杂散场、运行速度高等优点,是自旋电子器件的一个典型代表。本文以MXenes家族中的Cr2Ti C2FCl为例,推导了反铁磁自旋波理论,绘制了包含最近邻、次近邻以及三次近邻耦合的自旋波色散曲线,分析了声子振动模态,预估了晶格热导率,深入研究了具有红外活性的本征声子模态对二维反铁磁材料能带带隙以及自旋波谱的影响,发展完善了研究二维磁性材料中的磁子-声子散射的理论方法,并为之后研究二维反铁磁材料中的磁光效应和自旋塞贝克效应提供了理论参考。