自旋电子学(spintronics)，目标是在材料中操控电子自旋和电荷自由度，以期望基于自旋和电荷制造电子器件。基于巨磁阻效应和磁性隧道结的磁存储器件已经成功实现商业化应用，但是基于电荷和自旋自由度的处理器依然没有实现。自旋电子学的目标之一是在一个半导体中产生一个自旋极化的导电电子。而半金属和磁性半导体在自旋注入中具有优越的地位。半金属(half-metal)指的是在费米面只存在一种自旋极化方向的导电电子，另一种自旋方向的电子表现出半导体或绝缘体性质。自半金属被提出来后，研究人员便开始不断地寻找具有半金属性质的材料体系。随后在实验中也发现二氧化铬(CrO2)、四氧化三铁(Fe3O4)薄膜和其他一些材料中具有半金属性质。在这些三维块体材料中已经在比较高的温度中获得了高自旋极化流，推动了自旋电子学的进一步发展。为了与现有的半导体工艺相匹配，研究人员希望寻找到的半金属材料在几何结构和电子结构与现有的半导体的差异最小化。研究人员将注意力集中到了具有闪锌矿结构的过渡金属氮族化合物和过渡金属硫族化合物中，例如，在ZnTe和CdTe闪锌矿结构的半导体中掺入过渡金属Cr或者Mn，使其成为理想的半金属材料，这些半金属材料更适合与现有半导体工艺对接。二维材料因其独特的物理性质，使研究人员希望在二维材料中实现半金属性，目前理论上已经发现了诸如TiCl3、VCl3、VI3和FeCl2等二维材料具有本征半金属性，在蓝磷烯中掺杂、单层MnO2中制造空穴、单层氮化硼控制加氢比例也能实现半金属性;实验上发现C4N3具有本征半金属性，SnO2薄膜中加电场都可以实现半金属性。本论文通过第一性原理计算寻找到很多本征半金属和磁性半导体二维材料，为推动实验研究提供了一定的指导作用。　　我们研究了二维过渡金属卤族化合物的物理性质，包括几何结构、磁学性质和电子性质。我们从理论上发现CuI3、ZnBr3、ZnI3、YBr3、AgI3、CdBr3和CdI3是普通金属;TiCl3、TiBr3、VCl3、VI3、CrCl3、CrBr3、MnCl3、MnBr3、MnI3、FeBr3、FeI3、NiCl3、NiBr3、NiI3、ZnCl3、ZrCl3、RuI3、NbCl3、NbI3、PdCl3、PdBr3、PdI3和CdCl3是半金属，其中VCl3、VI3和TiCl3同其它第一性原理计算相符合;ScCl3、ScBr3、ScI3、CoCl3、CoBr3、CoI3、YCl3、YI3、RhCl3、RhBr3和RhI3是普通半导体;TiI3,VBr3,CrI3,FeCl3,CuCl3、CuBr3,NbBr3、MoCl3、MoBr3,MoI3,RuCl3,RuBr3,AgCl3和AgBr3是磁性半导体，特别地，MoBr3和MoI3分别具有1.2eV和0.9eV的带隙。