通过掺杂Rb有助于改善碱锑化合物光电阴极的光谱响应并降低热发射。为了从理论上研究K-Cs-Sb光电阴极材料中掺Rb的作用机理，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，分别建立了K₂CsSb、K₂Cs_0.75Rb_0.25Sb、K₂Cs_0.5Rb_0.5Sb、K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb、K₂RbSb 5种不同Cs/Rb比例（原子数分数之比）的K-Cs-Rb-Sb体模型以及相应的（111）表面模型，计算了其电子结构与光学性质。计算结果表明，对于不同Cs/Rb比例的K-Cs-Rb-Sb体模型，Rb掺杂对其光学性质的影响甚微。随着Rb/Cs比例的增加，体模型的形成能和形成焓以及表面模型的表面能变低，说明K-Cs-Rb-Sb化合物容易形成且稳定。此外，与传统的K₂CsSb相比，K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb的功函数更大，电导率更大，同时又具有最小的禁带宽度和离化能，因此，Cs/Rb比例为1∶3的K-Cs-Rb-Sb阴极适合作为量子效率高、暗电流低且导电性好的光电发射材料。

甲脒（FA）基钙钛矿比甲胺（MA）基钙钛矿具有更高的内在稳定性，而无机Cs离子掺杂可以进一步提高钙钛矿的湿度、热和结构稳定性。通过一步反溶剂法制备了Cs掺杂的FA_{1-xCsxPbBr3（x=0，0.05，0.10，0.15）钙钛矿薄膜，采用椭圆偏振光谱研究了材料的复介电函数并以此进行外量子效率（EQE）模拟。EQE模拟结果显示掺杂比例为0.05时，钙钛矿薄膜具有最高的功率转换效率（PCE），可达23.47%。进一步对FA0.95Cs0.05PbBr3进行变温椭偏分析，发现：随着温度升高，材料带隙增大，在393 K左右，从变温复介电函数的二阶导谱中可观察到相变现象，钙钛矿材料由正交相转变为四方相。对基于FA0.95Cs0.05PbBr3的太阳能电池进行变温EQE模拟，结果表明：温度对器件的最高PCE影响不大，其效率可以稳定在23.47%左右，但是高温会导致器件近红外区的外量子效率降低，器件的整体响应带宽减小。}

利用第一性原理, 研究了S空位(VS)和Tc掺杂单层MoS2的电子结构和磁学性质。结果表明, Tc掺杂的单层MoS2是一种具有铁磁性的n型半导体; 与Tc掺杂体系相比, VS的引入不会导致(TcVS)掺杂系统的总磁矩发生显著变化, 且磁矩主要由Tc原子所贡献; 在2Tc掺杂体系中, 通过形成能分析确定出最稳定构型; 2Tc掺杂体系的磁矩为2.048 μB, 主要由两个Tc 原子贡献。通过自旋电荷密度分析表明, (Tc-4d)-(S-3p)-(Mo-4d)-(S-3p)-(Tc-4d)耦合链的形成可能是2Tc掺杂体系发生铁磁耦合的原因。

玻璃结构基因模拟法可以实现在有限数据下对玻璃性质及玻璃成分的准确模拟及设计。针对碱金属（Li₂O、Na₂O）改性的磷酸盐钕玻璃，笔者采用玻璃结构基因模拟法，建立了玻璃红外结构基团（S）、玻璃成分（C）与多种性质（P）间的结构‐性质（S‐P）模型、成分‐结构（C‐S）模型及成分‐结构‐性质（C‐S‐P）模型。模拟结果显示，受激发射截面（σ_emi）、有效线宽（Δλ_eff）、荧光寿命（τ_f）及Judd‐Ofelt参量（Ω₂、Ω₄、Ω₆）等关键性质的模拟精度皆较为理想。采用混合碱样品PLN对模型进行了实验验证，结果表明，样品各项性质的预测值与实测值匹配较好且二者之间的相对误差均小于0.6%。

本文以单丁基三氯化锡(MBTC)为锡源，氟化铵(NH4F)为氟源，甲醇为溶剂，六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为镍源，采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)制备了镍掺杂FTO薄膜。利用分光光度计、四探针电阻仪及霍尔效应测试仪对镍掺杂FTO薄膜的光学性能、电学性能进行表征和分析，并基于第一性原理对掺杂体系的电子结构进行了计算。结果表明，Ni掺杂的FTO薄膜为四方金红石结构，导电性能有所提高。当Ni/Sn为2%(原子数分数)时，品质因数ΦTC达到3×10-2 Ω-1，电阻率ρ为3.79×10-4 Ω·cm，可见光平均透过率约为80%，载流子浓度n为6.88×1020 cm-3，迁移率μ为13.31 cm2·V-1·s-1。

Yb∶CaGdAlO4(简写为Yb∶CALGO)晶体具有部分无序的结构、优秀的热学和光谱性质、吸收发射带宽，适合采用商用高功率InGaAs二极管泵浦以实现高功率超快激光运转，其较高的非线性折射率系数有利于对锁模激光器的优化。该晶体还具有能级结构简单、本征量子缺陷低、辐射量子效率高等优点，是近年来新一代紧凑型、高效率、低成本激光二极管(LD)泵浦飞秒激光增益介质。本文简要介绍Yb∶CALGO的晶体结构、晶体生长、缺陷分析、热学性质和光谱性质等，并综合国内外学者近期的一些研究成果，重点综述了Yb∶CALGO晶体在半导体可饱和吸收镜、克尔透镜锁模的超快激光器及再生放大器超快激光技术中的最新研究进展。

最近，对二维铁磁材料的研究已成为自旋电子器件领域的热点。本文通过自旋极化密度泛函理论计算，设计出一种新型的二维材料Fe3As，其居里温度(Tc)为300 K，可达到室温。预测的二维Fe3As具有很强的面内Fe—Fe耦合，其大的磁各向异性能量(MAE)大约为366.7 μeV，有助于材料维持长程铁磁序。这种二维Fe3As的能带同时具有平带和狄拉克点的特征。值得注意的是，平带的位置与磁耦合的强度正相关。此外，在双轴应变的作用下，随着平带和费米面之间的距离不断减小，Tc也在逐渐升高。因此，Fe3As单层有望成为二维室温自旋电子学器件的一种有前途的候选材料。

基于密度泛函理论研究了Au、Cu、Sb掺杂CdTe体系的电子结构和光学性能。Au、Cu、Sb掺杂CdTe体系均能稳定存在，过渡金属原子与Cd原子轨道的杂化减小了CdTe的带隙，提高了CdTe对可见光的利用，同时降低了光生电子从价带跃迁到导带所需的能量，从而促进了更多的光生电子发生迁移，大大提高了其光学性能。三种掺杂体系中Sb/CdTe体系在可见光范围内光吸收系数提升最显著，其光生电子和光生空穴迁移率相对于CdTe体系分别增加5.97倍和15.54倍。通过计算掺杂体系的能带、态密度、电子布居、光吸收函数、载流子迁移率，从理论上揭示了Au、Cu、Sb提高CdTe光学性能的机理。

晶体材料的微观结构对于宏观性能有着决定性的作用, 探究材料电子结构与光学性质之间的关系是合成新型材料研究的基础方向之一。本文基于密度泛函理论的第一性原理, 系统地对X(PO3)2(X=Zn, Cd, Hg), 这三例阳离子含d10电子构型元素的三元磷酸盐晶体的电子结构与光学性质进行了研究。Zn(PO3)2、Cd(PO3)2和Hg(PO3)2三种材料的带隙宽度依次减小, 分别为5.089、4.065和 2.942 eV。通过分析禁带附近的能带轨道归属, 可知X(PO3)2的价带顶部由P原子、O原子以及阳离子的d轨道所占据, 而导带底部则主要由P原子、O原子以及阳离子的s、p轨道所占据, 此外P和相邻O原子的电荷密度分布图有明显重叠, 证明P-O键具有较强的共价性。X(PO3)2的静态介电常数分别为3.13、2.76、3.24。计算可知在1 064 nm处Zn(PO3)2的双折射率为0.032, Cd(PO3)2的双折射率为0.025, Hg(PO3)2的双折射率为0.024, 且通过分别计算化合物以及阴离子基团的双折射大小, 分析出材料的双折射是P-O基团和阳离子协同作用的结果。同时对材料进行布居分析, 计算元素得失电子的情况, 再次验证了P-O基团相对于Zn-O、Cd-O、Hg-O具有较强的共价性。