自旋电子学是最近新发展起来的涉及磁学、电子学以及信息学的交叉学科,它同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的存储和处理。自旋电子学材料与普通半导体电子器件相比具有低损耗、非易失性和高集成度等优点。现在,关键问题是寻找高居里温度、高自旋极化率的自旋电子学材料。半金属(half-metallic)铁磁体有着较高的居里温度和接近100%的高自旋极化率。因此,它无疑将会成为理想的半导体自旋电子注入源。本论文采用密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法进行计算,寻找半金属材料。首先,介绍稀磁半导体和半金属的研究现状,阐述了密度理论及所用软件包等基本内容。其次,计算自旋相关的闪锌矿(zinc-blende, ZB) ScM(M=C, Si, Ge, Sn)。通过对它们的态密度、能带和磁矩的分析。结果表明,闪锌矿ScM (M=C, Si, Ge, Sn)是磁矩为1.0μB的真实半金属铁磁体,且它们的结合能绝对值比ZB CrSb大,实验上可以合成这些化合物,在自旋电子学中具有一定的应用价值。再次,计算了基于闪锌矿结构的半导体CdSe中掺入过渡金属Cr所形成的三元化合物Cd1-xCrxSe (x=0.25, 0.5, 0.75),通过对它们的电子结构和磁性质分析。计算表明,晶格原子位置驰豫前后它们仍是真实的半金属铁磁体,且每分子单元的磁矩都是4.0μB。这三种半金属铁磁体,在结构上能与传统的半导体兼容,能通过外延方式在合适的基底上生长出来,得到实际应用。最后,研究了闪锌矿TcM (M=C, Si, Ge),通过对自旋极化的态密度、磁矩以及铁磁态的总能分析。理论预测TcM是真实稳定的半金属铁磁体,在半导体自旋电子学中一定的应用潜能。