中文摘要：

稀磁半导体材料（DMSs）是当前材料科学中最活跃的研究领域之一，有望给微电子器件工业带来一场革命；但是其铁磁性的来源仍具有强烈争议。弄清楚DMSs的铁磁性来源，提高其居里温度，是目前迫切需要解决的基本科学问题。本项目采用第一性原理计算方法系统研究了ZnO中本征缺陷、氢杂质、n型和p型掺杂、本征和掺杂缺陷组成的复合缺陷以及表面效应对Co掺杂ZnO等体系磁性的影响。Zn空位和间隙氢原子可以有效的导致Co掺杂ZnO的铁磁性；处于亚稳位置的氧空位使ZnO中近邻Co原子之间产生铁磁耦合；N掺杂使Co原子之间产生的铁磁耦合比反铁磁稳定10 meV；间隙Zn和Al掺杂不能改变体系的磁性，而Al掺杂和氧空位组成的复合缺陷增强体系的铁磁性。铁磁性主要来源于缺陷处O-2p或掺杂原子的电子与Co-3d电子的耦合而导致的Co-Co间铁磁相互作用，而与载流子浓度没有直接关系。ZnO表面吸附分子和表面原子的作用导致吸附分子中的原子产生不饱和电子，引起表面磁矩分布进而产生铁磁性；而表面处O-2p空穴使体系表面内的磁性原子间产生铁磁耦合。从而，对缺陷诱导的Co掺杂ZnO中的铁磁性形成了一个较全面的理解。