兼具磁学性质的荧光纳米材料在化学、生物、医学领域及生物技术中都有重要的应用,如纳米电子,信息存储,光催化,荧光探针,体外或体内生物成像以及生物传感器等方面。β-In₂S₃是一种典型的缺陷尖晶石结构,存在大量的空位,利于客体离子的掺杂。稀土离子因具有特殊的4f和4f5d能级以及电荷跃迁态结构,成为了理想的掺杂剂。它可以通过随机取代In原子而进入晶格并引入深能级。这些能级控制着导电载体的类型和迁移率,在发光过程中用作为激活剂或抑制剂,同时又能引起样品的磁化,兼具磁性和荧光两种特性。此外,掺杂离子的浓度还可以影响发光和磁化的强度。论文以In₂S₃半导体量子点为基体,通过掺杂不同浓度的稀土离子Tb³⁺、Ho³⁺、Dy³⁺和共掺杂(Dy³⁺,Tb³⁺),制备出一系列具有磁学性质的荧光量子点材料。探讨了不同掺杂对这些量子点材料光学和磁学性质的影响规律,并结合VASP第一性原理计算对各个体系的电子能带结构和态密度进行了系统分析,探索了其内在物理机制。总结了In₂S₃基稀土掺杂量子点的磁性运转机制和带隙变化规律,为太阳能转换器,投影电视屏幕,生物医学探针和光催化等领域的应用以及自旋光电子器件的发展奠定了实验和理论基础。本文的主要研究成果如下:1.制备出不同掺杂浓度In₂S₃:Tb³⁺纳米颗粒（尺寸为4-6 nm）,发现随着掺杂浓度的增加,纳米颗粒的带隙值在逐渐变小。467 nm,481 nm和491 nm处的三个强发射峰,是由本征发射和近掺杂/近缺陷激子发光引起,且掺杂导致了发光强度的增加。合成的量子点具有室温铁磁性,且其饱和磁化强度与Tb³⁺的掺杂浓度有关,在掺杂含量为1.24 at.%时达到了最大值0.0039 emu/g。荧光衰减曲线可以由双指数函数进行很好的拟合,其衰减寿命仅为1纳秒左右,且随着Tb³⁺掺杂浓度的增加而减小。电子能带结构计算表明其带隙值与吸收谱图中测得的变化趋势相一致;掺杂后价带和导带之间的重叠减少,导致其态密度中费米能级两边的峰变得更尖锐;同时,Tb³⁺掺杂也增强了In₂S₃原子间的成键作用,促使量子限制效应更加显著。2.制备出不同掺杂浓度In₂S₃:Ho³⁺的半导体纳米颗粒（尺寸为3-5 nm）。紫外-可见吸收光谱显示出了特征的阶梯状吸收带型,随着掺杂浓度的改变,带隙值从3.19 e V增加到3.62 e V。PL光谱可以观察到一个显著的斯托克位移,且随着掺杂浓度的增加,荧光强度在减弱。合成的样品具有室温铁磁性,且其饱和磁化强度随着掺杂浓度的增加呈现先增加后减小的趋势,在掺杂含量为0.95 at.%时达到了最大值0.00463 emu/g,该现象可以由基于局部载流子与杂质离子交换相互作用的束缚磁极化子理论（BMP）所解释。第一性原理计算表明,掺杂后的带隙较纯样变大了,与实验观察到的变化相一致,引入的Ho-4d轨道主要贡献于导带底。3.制备出不同掺杂浓度In₂S₃:Dy³⁺半导体量子点（尺寸为3-5 nm）,在PL发射谱的563 nm处观察到了Dy³⁺的4F9/2→6H13/2跃迁发射峰,其余三个强的发射峰较之前报道的In₂S₃量子点发生了明显的蓝移。所合成的样品呈现出了明显的室温铁磁性,并且其饱和磁化强度与Dy³⁺的掺杂浓度有关（在1.19 at.%达到最大值0.0304 emu/g）,出现这种现象是因为在一定掺杂浓度后反铁磁性占据了主导地位,为此利基于束缚磁极化子理论对其进行了详细解释,而ZFC-FC曲线也进一步表明样品中铁磁相和反铁磁相的共存。从总态密度和分波态密度结果可知其磁性不仅来源于Dy掺杂而且来源于In空位。掺杂导致体系的形成能降低,有利于In空位的形成。4.制备出不同掺杂浓度In₂S₃:6%Dy³⁺,y Tb³⁺（y=2%,4%,6%,8%）半导体量子点（尺寸为3-6 nm）,随着掺杂浓度的改变,带隙值从3.17 e V增加到了3.51 e V。PL光谱呈现出了Dy³⁺和Tb³⁺的跃迁发射峰,且随着Tb³⁺掺杂浓度的增加,荧光强度在减弱。合成的量子点具有室温铁磁性,且其饱和磁化强度与双掺杂中Tb³⁺的掺杂浓度有关,呈现先上升后下降的趋势,在掺杂含量为In₂S₃:6%Dy³⁺,4%Tb³⁺时达到了最大值0.0147 emu/g,该现象与相邻掺杂离子之间出现的反铁磁相互作用有关。态密度理论计算表明,在较高掺杂浓度（12.5%掺杂浓度）时,体系的磁性主要来源于In空位缺陷中S-3p和In-5p、In-5s电子轨道的杂化作用。