作为连接微观原子、分子和凝聚态物质间中间桥梁的团簇，其性质随尺寸而变化，这使得以团簇为基元设计新型材料成为可能。因为Si基的半导体材料在微电子工业和基础研究中具有重要地位，因此人们考虑到用Si团簇来构建低维纳米结构材料。但中空的纯Si笼形团簇由于价电子缺少sp2杂化而不稳定，所以不适合作为团簇组装纳米材料的基元，为了得到稳定的Si团簇作为构造基元，采用掺杂一些其它原子的办法来饱和Si团簇表面的悬挂键籍以形成价电子的sp3杂化而使其稳定。用过渡金属掺杂硅团簇之所以成为一个令人激动的研究热点是因为具有笼型构型的这类团簇可能会成为团簇组装材料的一种可剪裁的结构基元，即过渡金属掺杂硅团簇形成笼形结构团簇的最小尺寸、团簇内的电荷转移、团簇最高占据态与最低未占据态之间的能隙、团簇的磁矩等物理量随掺杂的过渡金属而异.Mn原子被选作掺杂原子是考虑到Mnx Si1-x是稀磁半导体，而这种稀磁半导体在自旋电子学方面有潜在的应用.因为用团簇来合成新材料，必须搞清楚其性质随尺寸和形貌的变化;所以本论文对Si团簇掺杂过渡金属原子进行了研究，阐明其生长行为和物理性质随尺寸的变化，所得结果为自旋电子学和纳米电子器件的应用提供了有价值的参考。氮化硼(BN)作为一种重要的半导体，它具有能隙宽、高熔点、高机械强度、硬度大、耐腐蚀、抗氧化等非同寻常的力学、热学、电学性能，这些优良的性能隐含着硼氮纳米结构可能会在纳米尺寸的电子器件、高温抗热半导体、绝缘润滑剂等方面有潜在的应用。这就是我们研究硼氮混合团簇的原因。　　本工作中，利用基于第一性原理的密度泛函理论并采用广义梯度近似方法（选用Perdew-Wang形式的交换关联势），我们系统研究了SinMn(n=1-15)、SinNi(n=1-17)、和BnN20-n(n=6-18)团簇的结构、稳定性和电磁性质;绝大多数的计算工作借助于DMol软件包完成。　　1.SinMn(n=1-15)团簇　　(1)对每一个尺寸的团簇其同分异构体及最低能量结构通过优化源于不同方式建构的大量的初始结构而获得。随着Si原子数从1增至15，在团簇的基态结构中，Mn原子的平衡位置从顶点逐渐移向团簇表面再下移至内部，从n=10的团簇Si10Mn开始，Mn原子完全坠入由Si原子构成的外框架（内空）的中心，最终形成Mn原子被包裹的Si笼。　　(2)通过计算和比较单位原子的平均结合能和总能的二级能量差分完成了对团簇SinMn相对稳定性的考察，Si6Mn、Si8Mn、Si10Mn和Si12Mn比在尺寸上与它们临近的其它团簇更为稳定，尤其Si12M是所研究的SinMn体系中最稳定的团簇。除n=4，5，7，9，10和14的团簇SinMn外，SinMn单位原子的平均结合能比团簇Sin的相应量大，因此Mn原子的掺杂局部地改善了团簇Sin的稳定性。　　(3)对基态团簇SinMn的电磁性质进行了讨论。除Si1Mn、Si3Mn外，SinMn(n=1-15)团簇最高占据态与最低未占据态的能量差比团簇Sin的相应量小，其根源在于团簇内Mn原子的4s、3d、4p态和Si原子的3s、3p态之间产生了sp-d杂化。SinMn团簇的磁矩主要局域在Mn原子上，Mn原子中的3d电子对其磁矩的贡献居于支配地位。SinMn团簇中Mn原子的磁矩随其尺寸n的变化呈现为振荡型，除Si12M外，从n＞7的SinMn团簇的局域磁矩（局域在Mn原子或Si原子上的磁矩）和总磁矩（团簇的磁矩）均被淬灭，导致n＞7的SinMn团簇磁矩淬灭(不包含Si12M)的主要原因可能是Mn原子的4s、3d、4p态和Si原子的3s、3p态之间大量的电荷转移和强烈的sp-d杂化;此外，Mn原子被包裹的团簇SinMn的磁矩与其几何构形之间也存在一些关联。　　2.SinNi(n=1-17)团簇　　(1)通过以下三种方式——加一个Ni原子到已经优化好的Sin团簇中、加一个Si原子到已经优化好的Sin-1Ni团簇中、参考先前报道过的一些过渡金属搀杂硅团簇的结构构造团簇SinNi的初始结构，并通过考虑对称性和Jahn-Teller理论搭建了一些初始结构，据此进而对团簇SinNi的低位异构体进行详尽的搜索。<修稿日期>=在SinNi团簇的基态结构中，随着Si原子数从1增至17，Ni原子的平衡位置从顶点移向凹位，逐渐下降，从n=8开始，Ni原子完全坠入由Si原子形成的笼中。　　(2)借助于计算获得的单位原子的结合能Eb（n)、碎裂能△E(n)、最高占据态与最低占据态之间的能隙gap、垂直离化势VIP、嵌入能EE、和二级能量差分△2E(n)，我们对处于基态的SinNi团簇的稳定性进行了分析;结果表明:n=5，7，10，12，和14的团簇SinNi比在尺度上与它们临近的团簇SinNi具有更高的稳定性，其中Si10Ni团簇最稳定，因为在处于基态的所有SinNi团簇中，Si10Ni团簇的单位原子的结合能Eb（n）、碎裂能△E(n)、最高占据态与最低占据态之间的能隙gap和二级能量差分△2E(n)在SinNii团簇相应的量中均取得最大值。SinNi团簇单位原子的结合能Eb（n）总大于Sin团簇的相应值，因此Ni原子的搀杂整体上改善了Sin团簇的稳定性。　　(3)我们对基态团簇SinNi的电磁性质进行了讨论。在SinNi团簇中由于Ni原子的4s、3d、4p态与Si原子3s、3p态之间的sp-d杂化使得除n=3，4，8和13的团簇SinNi外，SinNi团簇的最高占据态与最低未占据态之间的能隙gap比Sin团簇的相应量小;在所有处于基态的SinNi团簇中，Si2Ni是唯一有非零磁矩的团簇，在决定Si2Ni团簇的磁矩方面，Ni原子的3d电子居于支配地位;SinNi团簇中Ni原子的4s、3d、4p态与Si原子3s、3p态之间强烈的sp-d杂化还可能是引起SinNi团簇磁矩淬灭（除团簇Si2Ni外）的重要因素之一。　　3.BnN20-n团簇　　(1)团簇BnN20-n的低位异构体的几何构形为如下结构之一:单环、双环、三环、类石墨片、富勒烯结构、其它结构;对处在基态的BnN20-n，垂直离化势、总能的二级能量差分、最高占据态与最低未占据态的能隙、单位原子的平均结合能的最大值均出现在n=10的单环结构的B10N10R团簇，因此B10N10R是BnN20-n中最稳定的团簇。　　(2)处在基态的B6N14、B7N13、B11N9、B12N8、和B13N7团簇具有非零磁矩，它们的磁矩依次是1.999，1.998，2.000，3，999 and1.999μB.在B6N14G，B7N13G，B11N9R，B12N8R and B13N73R团簇内，N原子的磁矩相对于B原子的磁矩做铁磁排列。除B6N14外，其余团簇的磁矩主要局域在B原子上;B原子和N原子中的2p电子在决定团簇BnN20-n的磁矩方面居于支配地位;团簇BnN20-n的磁矩来源于其局部对称性的破缺、配位数的变化且与团簇内原子间的电荷转移及原子的电子轨道杂化的情况密切相关。