自1903年Fritz Heusler发现哈斯勒合金以来,该类合金已发展成具有1500多个成员、涉及到40多种组成元素的大家族。而Co基哈斯勒合金作为其中重要的组成部分,因其在费米面处100%的自旋极化、具有可调的磁性和电子结构、较高的居里转变温度等特性一直备受关注。许多Co基哈斯勒合金具有高的热力学稳定性、与非磁性半导体或绝缘体晶体结构具有良好的晶格匹配度。部分该类合金即使处在B2无序结构状态下,仍能保持较高的自旋极化率。近年来,在非正分配比或经过sp元素替代掺杂的Co基哈斯勒合金中还发现了由高对称的L21立方结构到D022四方结构的马氏体相变,并且在此相变过程中伴随着良好的形状记忆效应。在非正分配比Co50V34Ga16三元哈斯勒合金中同时存在形状记忆效应和变磁性马氏体相变行为,在变磁性马氏体相变过程中,3 T磁场下的磁熵变可达到9.6 J/kg·K。这无疑扩展了Co-V-Ga合金的物理特性。然而,由于该类合金有限的固溶度,单纯从组分变化上来提高合金特性是相当困难的。因此,本文采用sp主族元素和3d过渡族Fe元素掺杂方案,用电弧熔炼方法制备出了相应的多晶合金,对其结构和物性进行了相应的实验研究,以此为基础,结合第一性原理计算,深入探讨了sp主族元素和3d过渡族Fe元素替代掺杂对合金结构稳定性、磁特性和电子结构的影响。最后,我们以等组分四元Co基哈斯勒合金为基础构建了异质结和磁隧道结结构,并结合非平衡格林函数方法研究了器件输运性质,为自旋电子器件的开发提供了理论基础。具体而言,本文主要研究内容可概括如下:（1）在综合分析正分配比和偏分配比Co-V-Ga三元哈斯勒合金的基础上,利用更高价电子的Sb原子部分取代Ga原子,系统研究了Co-V-Ga-Sb四元合金的晶体结构、磁性以及电子结构特征。结果表明25%Ga原子被Sb取代后,合金仍然处于高度有序的立方结构,并且在费米能级处仍可保持100%的自旋极化率。且此合金半金属性能带结构不同于正分配比的Co2VGa,其自旋向下能隙主要是由Co-Co原子自旋劈裂所形成。当半数的Ga原子被Sb取代后,合金会发生马氏体相变,具有室温附近的形状记忆效应。Sb取代Ga的掺杂,可以增加合金磁矩,尤其大幅增加了V原子的磁矩。（2）在上述工作基础上,为获得更大磁矩和明显的结构转变特征,我们进一步提高了V元素含量,即通过Sb和V原子同时取代Ga原子。由XRD结构分析结合综合物性测量结果表明,室温时Co50V33Ga17-xSbx（x=0,1,2）系列合金都为高度有序L21立方相,并且Co50V33Ga16Sb和Co50V33Ga15Sb2合金都具有马氏体相变特征,而Co50V33Ga16Sb不仅表现出了变磁性马氏体相变特征,而且展现出了较为明显的磁热效应和形状记忆效应。3 T磁场所能诱导的磁致应变达到了0.33%,展现了其可作为磁驱动传感器材料的良好发展势头。（3）为进一步提高Co-V-Ga合金的磁性并增强其结构稳定性,本文也系统地研究了Fe原子分别替代掺杂Co、V和Ga原子后相应合金的结构和磁特性。基于第一性原理计算结果表明,Fe原子部分取代Co、V或Ga原子后,合金均保持相应结构稳定性。Fe部分取代Co原子后,合金仍保持高度有序的L21立方结构,且仍然具有高的自旋极化率,但总磁矩随着Fe含量的增高而减小。而当Fe原子部分取代V或Ga原子后,合金总磁矩显著增大。在Fe原子部分取代V原子的合金中,费米能级处都表现出100%自旋极化现象。当含量为50%的V或Ga原子被Fe原子取代后,合金基态均稳定于四方马氏体结构,意味着此系列合金存在马氏体相变。这些结果预示着Co-V-Fe-Ga是性能优良的多功能材料。（4）利用电弧熔炼方法制备了Co Cu Mn Sb四元等原子合金。参照实验获得的晶体结构信息,设计了沿（001）面构建的Co Cu Mn Sb/Ga Sb异质结和Co Cu Mn Sb/Ga Sb/Co Cu Mn Sb磁隧道结。计算结果表明,Co Cu Mn Sb/Ga Sb异质结具有很好的自旋滤波效应,Co Cu Mn Sb/Ga Sb/Co Cu Mn Sb磁隧道结则具有较高的隧道磁电阻。此理论结果为自旋电子器件的实验设计和器件制作提供了有力的理论支撑。