最近,稀磁半导体(DMS)兼具电子的电荷和自旋两种属性,可同时实现信息的传输、处理和存储,受到研究者的广泛关注。有着立方方铁锰矿结构的In₂O₃具有宽带隙(3.75 eV)、优良的电学性能、高的可见光透明性以及好的气敏性,已经成为自旋电子学材料的重要候选之一。尽管许多研究者已经报道了In₂O₃基DMS材料具有室温铁磁性,但该体系的铁磁性起源仍存在很大争议。本论文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算了p-n共掺杂In₂O₃稀磁氧化物的电子结构与磁性,并对该体系的铁磁性起源机制做了深入讨论。1、利用第一性原理计算(MedeA-VASP软件)系统地研究了Co/Sn共掺杂In₂O₃体系的电子结构与磁性,并从热力学和动力学角度对比了掺杂Co原子位于晶格替位位置和间隙位置的稳定性。结果表明,对于Co单掺In₂O₃体系,晶格替位Co原子在热力学和动力学上都较间隙位置Co原子更加稳定。Sn原子共掺杂后,掺杂的Co原子仍然稳定存在于晶格替位位置,且体系具有更低的形成能,有望提高掺杂Co原子在In₂O₃体系中的固溶度。这很有可能是由于受主Co原子与施主Sn原子分别引入空穴和电子具有相反的电荷态而存在库仑静电吸引作用而引起的。Co单掺杂In₂O₃体系由于Co-O-Co的反铁磁耦合作用而未出现铁磁基态。然而,Sn的共掺杂引入了Co 3d、O 2p和Sn 5s轨道间的杂化作用,进而导致In₂O₃体系出现了稳定的铁磁态(?E_FM-AFM≈-260 meV)。进一步计算表明,即使在Co单掺和Co/Sn共掺杂In₂O₃中引入零价态的氧空位(V_O⁰)缺陷,体系仍然表现为反铁磁基态,这主要是由于Co原子间的超交换作用为主导而产生的反铁磁交换作用所引起的。2、利用第一性原理系统地研究了非磁性Cu原子与Sn原子共掺杂In₂O₃体系的电子结构与磁性。结果表明,Cu单掺In₂O₃体系在热力学的富O生长环境以及动力学角度上都显示了晶格替位的Cu原子更加稳定。Sn原子共掺杂后,掺杂Cu原子仍然稳定存在于晶格替位位置,且具有更低的形成能。Cu单掺杂In₂O₃体系未出现铁磁基态,而Sn的共掺杂仅导致体系出现较弱的铁磁态基态(?E_FM-AFM=-24.3 meV),仍来源于Cu 3d O 2p Sn 5s轨道的杂化作用。为了获得更稳定的铁磁态,我们在两个Cu原子间引入一个N原子。对于Cu/N和Cu/N/Sn共掺杂In₂O₃体系,富O生长环境下晶格中替位Cu原子仍比间隙Cu原子具有低的形成能。且Cu/N以及Cu/N/Sn共掺杂In₂O₃体系都出现了稳定的铁磁基态(?E_FM-AFM=-131.3和-142.9 meV),铁磁性可考虑是由于Cu-N间和Cu-O的p-d杂化作用及N 2p和O 2p态间的p-p耦合作用而引起的。