高温相Fe₃O₄是一种典型的尖晶石铁氧体,也是一种亚铁磁性的半金属材料,它具有相结构简单稳定、耐氧化、100%自旋极化率、金属-绝缘体转变特性、磁阻效应与霍尔效应等优点而得到了人们的亲睐。但由于它电阻率不够高、磁电阻比较低,应用在自旋电子学和存储领域依然受到限制。本文采用基于密度泛函的VASP软件与GGA+U的方法首先计算研究纯Fe₃O₄的电子结构和磁特性,然后计算研究了不同晶格常数衬底对外延生长Fe₃O₄薄膜微结构、磁特性与载流子浓度的影响,最后计算研究了磁性金属元素和非磁性金属元素替位掺杂Fe离子后,对体系的电子结构、磁特性和电阻率等带来的影响。计算结果表明,纯Fe₃O₄的磁性主要来源于Fe3d轨道的电子,且四面体位和八面体位的Fe磁矩呈反向平行排列,Fe₃O₄的原胞磁矩为4.0?B,费米面处只有自旋向下的电子态,呈现半金属特性。不同晶格常数衬底影响其上外延生长Fe₃O₄薄膜的电子结构与磁性。当衬底与Fe₃O₄薄膜晶格常数失配率在5%以内,体系总磁矩不变,而各原子磁矩随压应力的增强而减小,随着拉应力的增强而增大。在应力作用下,电荷局域化程度变低,载流子浓度变小。对磁性元素Co的掺杂计算表明,Co离子的掺杂破坏了Fe3d和O2p轨道杂化,且原胞磁矩从4?B逐渐降到3?B,体系的导电特性从半金属变为绝缘体。对非磁性元素Al和Ti的掺杂计算结果表明,Al离子八面体位替位掺杂破坏了体系的pd杂化作用,显著降低了体系的磁矩,随着Al离子掺杂浓度增加,体系导带向低能区移动,禁带宽度变小,导电特性从半金属变为金属。Ti离子掺杂易进入四面体位,它可大幅度改善体系的性能,不仅可获得高自旋极化率,还能提高原胞磁矩与体系电阻,有望作为自旋器件注入源的候选材料。