随着信息化进程的不断推进,人们对微电子工业中电子集成电路的集成度、运算速度提出了更高的要求。根据摩尔定律,目前所使用的半导体硅材料制作的电子器件性能趋于材料极限,通过压缩晶体管尺寸获得高性能的芯片的方法可能无法维持,因而使电子器件性能无法满足发展需要。于是,人们把目光投向了更具发展潜力的二维材料,石墨烯材料轻薄,厚度仅为单个原子厚度约0.35mm、单位平方米重0.77mg,硬度极高,导热性和导电性好,这些优异的性能使石墨烯在柔性可穿戴设备、电池,尤其是自旋电子材料的研究引发关注,但是由于单层石墨烯的导带和价带间的无电子禁区为零带隙,限制了其在实际工程中的应用。单层磷烯具有1.5 eV直接带隙并且带隙是可调的,更适合应用于自旋电子器件的制备。但是二维材料一般不具有磁性,调控二维材料的磁性是该领域的研究热点和难点,理论研究表明剪裁纳米带、边缘修饰、原子掺杂、空位缺陷、施加应力等手段可以有效地调控黑磷纳米带的磁性。本论文研究过渡金属掺杂边缘加氢钝化锯齿型黑磷纳米带(H-ZPNR)和边缘加氢钝化扶手椅型黑磷纳米带(H-APNR)的电子结构与磁性,论文的工作分为以下几个部分:(1)首先进行H-ZPNR和H-APNR的建模,第一性原理计算结果表明两个方向的边缘加氢钝化黑磷纳米带均不显示磁性。采用广义梯度近似(GGA)方法计算单个过渡金属Fe原子掺杂对纳米带体系H-ZPNR和H-APNR电子结构和磁性的影响。经过热动力学测试发现掺杂体系是稳定并且显示有磁性且磁矩都在1μB左右,掺杂体系中Fe原子与近邻的三个P原子均为反铁磁耦合且呈现耦合局域化,磁性主要来源于Fe原子d电子轨道和近邻P原子的p电子轨道。(2)考虑到3d过渡金属原子Fe、Mn、V中d轨道电子存在强电子关联效应,因此后续的研究采用了强电子关联修正的GGA+U计算方法。单个Fe原子掺杂H-ZPNR时掺杂体系显示磁性且磁矩局域化,GGA+U方法下的掺杂体系总磁矩最大增加至4.1μB,但是Fe原子与近邻的P原子既存在铁磁耦合也存在反铁磁耦合。并进一步探究两个Fe原子掺杂是否会引起磁化区域的扩展以及两个Fe原子对间隔它们的P原子的影响,两个Fe原子的初始磁矩设置考虑了铁磁和反铁磁态两种情况。(3)采用GGA+U计算研究了单个Mn原子、V原子和两个Mn原子、V原子掺杂四种情形下对H-ZPNR的电子结构、总电子态密度、分波电子态密度、自旋电荷密度和磁性的影响。研究发现单个Mn原子在中心和边缘位置掺杂时掺杂体系均具有磁性,两种掺杂体系的总磁矩在3.86μB左右,计算得到中心位置掺杂能量更低。单个V原子掺杂时中心位置掺杂体系有磁性,而边缘位置掺杂体系几乎没有磁性。两个Mn原子和两个V原子分别掺杂,初始磁矩相同时掺杂体系均有磁性,初始磁矩相反时磁矩微弱,掺杂体系反铁磁态和铁磁态能量差异很小说明有可能两种状态共存。