硅烯是一种新型的二维纳米材料,无论是理论上还是实验上都已证实了稳定孤立单层硅烯的存在。鉴于硅烯纳米材料具有很高的应用价值,所以已有许多研究工作关于探究硅烯材料的各种性质,其中最为引人关注的一种性质为磁性。在本文的工作中,我们采用第一性原理计算方法研究金属原子替位掺杂硅烯体系的结构,电子性质和磁性质,以及在外电场或拉力作用下金属原子掺杂硅烯体系特殊的磁性变化。我们系统的研究了过渡金属原子(Sc-Zn)嵌入硅烯单空位体系的结构,电子性质和磁性质。研究发现,除Zn原子外其它9种金属原子(Sc-Cu)掺杂硅烯体系都会呈现两种稳定的结构,不同金属原子掺杂硅烯的结构会有不同的对称性,即使同种金属原子掺杂硅烯所产生的两种结构也可能具有不同的对称性。且计算发现有些金属原子掺杂硅烯体系所具有的磁矩大小会不同于其掺杂石墨烯的磁矩。我们对过渡金属原子替位掺杂硅烯体系施加外电场研究其电子性质和磁性质的变化。对于高浓度Fe原子掺杂硅烯体系,在外电场的作用下会呈现独特的开关效应。对于低浓度的Fe或Cr原子掺杂硅烯体系,在外界电场的作用下同一种金属原子掺杂硅烯的两种构型呈现完全不同的磁性变化,特别是Fe原子掺杂硅烯体系其中一种结构的磁性随外电场的变化可以类似的看作“磁电二极管”。无论是高浓度还是低浓度Fe和Cr原子掺杂硅烯体系,随着外电场的变化都会有一段近线性变化区域。外界拉力也可以影响硅基纳米材料磁性质。对Cr和Fe原子替位掺杂硅烯体系施加各向同性双轴拉力和单轴拉力,可以观察到掺杂体系显著的磁矩变化。当各向同性双轴拉力达到某一个小的临界值时,Cr和Fe原子掺杂硅烯体系会有一个快速地由低自旋态到高自旋态(4μB)的转变。在一定的单轴拉力作用下,Fe原子掺杂硅烯体系也会由一个几乎无磁态快速转变到一个较高的磁性状态(2μB),而Cr原子掺杂体系在外界单轴拉力作用下会逐渐增大到4μB左右的高自旋态。研究发现Fe和Cr原子掺杂硅烯体系磁矩的变化与外界拉力的大小和作用方式有密切的关系。