当前实现自旋电子学器件的前提条件是能够将铁磁材料中的自旋极化电子高有效地注入到半导体材料中,一般来说大多数的铁磁材料性能主要依赖于两个自旋频道的自旋载流子数目的不平衡。理论研究发现,导致自旋极化电子注入率过低的原因在于铁磁材料中的自旋电子极化率过低,如果用100%自旋极化率的材料充当注入源,就能很好地解决这一问题。因此,兼具高自旋极化率、高居里转变温度Tc以及与传统半导体相似晶格结构的Heusler合金就成为最理想的自旋电子学器件的候选材料。到目前为止,人们已经对Heusler合金进行了一系列的理论研究,发现许多具有有效居里温度的Heusler合金为半金属或零间隙半导体材料。此外Heusler合金中蕴藏着的丰富的物理性质以及广泛的应用功能也使其成为了开发功能材料的巨大宝库。本论文以此为契机,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对新型Zr基Heusler合金的晶格结构、电子结构以及磁性质等物理特性进行了系统的研究。主要结论如下:(1)系统地研究了 Hg2CuTi 型三元全 Heusler 合金 Zr2CoZ(Z=A1,Ga,In,Sn)的电子结构、磁特性以及半金属性的稳定性。首先,通过体系总能量随晶格常数的变化曲线确定了体系的稳定磁性基态为铁磁态。电子与磁性计算表明Zr2CoZ(Z=A1,Ga,In,Sn)合金为半金属铁磁性材料并且在较大的晶格常数范围内保持半金属特性不变。在进一步研究体系的磁性质时,我们发现Zr2CoZ体系的总磁矩与价电子总数线性相关,遵循Slater-Pauling规则μt=Zt-18,当Z为Al,Ga,In时,Zr2CoZ原胞的总磁矩为2μB,当Z为Sn时,Zr2CoZ原胞的总磁矩为3μB。此外,我们对这些半金属材料自旋向下方向出现的带隙的起源进行了研究,发现其主要由最低未占据态3 tu与最高占据态3 t2g决定。(2)系统地研究 了四元 Heusler 合金 ZrTiCrZ(Z = Al,Ga,In,Si,Ge,Sn)的结构、电子、磁性以及力学性质。首先,对体系进行了晶格优化并计算了体系三种构型分别在非磁态与铁磁态下的总能量随晶格体积的变化关系。计算结果显示,体系最稳定的结构为铁磁态下的Y-type I结构。通过进一步的电子磁性结构计算发现,在平衡晶格常数下ZrTiCrZ(Z=A1,Ga,In)合金为半金属亚铁磁材料,每公式单元的总磁矩为-1μB,而ZrTiCrZ(Z= Si,Ge,Sn)合金为反铁磁零间隙半导体材料,每公式单元的总磁矩为0μB。体系总磁矩与价电子总数线性相关,遵循Slater-Pauling规则μt=Zt-18。为了研究体系的力学稳定性,进一步进行了弹性计算并给出了单晶的弹性常数C11、C12、C44与相关多晶聚合物的弹性模量G、B、E、υ、A。为了说明这些合金在自旋电子学器件及磁电子学器件实际应用的可能性,我们粗略地给出了平均场近似方法下的体系的居里温度估计值。最后研究了等静水压应变和四方应变对半金属材料ZrTiCrZ(Z=Al,Ga,In)半金属性及磁矩的影响。