本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了过渡金属原子吸附的单层过渡金属二硫属化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se Te)以及过渡金属原子掺杂的单层反铁磁MnPX3(X=S,Se)中的自旋和谷劈裂,发现这些体系中拥有丰富的自旋和谷相关的物理性质,为实现自旋和谷极化提供了重要的理论支持。对于单层过渡金属二硫属化物MX2,由于空间反演对称性破缺和较强的自旋轨道耦合作用,使得其能带结构中出现自旋劈裂,在其两个谷附近具有很好的旋光选择性。但是,时间反演对称性要求其两个谷间的自旋劈裂必须相反,所以其谷还是简并的。我们提出通过吸附过渡金属原子的方法来实现谷劈裂。由吸附的过渡金属引入的局域磁矩导致的塞曼效应,将使得单层MX2系统中产生谷劈裂。由于系统的两个谷发生劈裂,在面内电场和贝里曲率的作用下,我们可以通过平衡载流子掺杂只激发一个谷的载流子,实现反常的电荷、自旋和谷霍尔效应。此外,我们还发现谷劈裂依赖于极化方向,因此我们可以通过外磁场来控制极化方向从而调控谷劈裂。具体的,我们以单层MoS2为例进行了第一性原理计算研究。单层MnPX3(X=S,Se)体系的能带结构中具有两个不等价的谷。在考虑自旋轨道耦合(SOC)时,其能带结构中的两个谷将发生能量劈裂,但是反铁磁耦合使得自旋在整个动量空间中依然是简并的。我们提出一个方法能够在单层MnPX3(X=S,Se)中同时实现自旋和谷劈裂,即通过掺杂手段引入塞曼场。通过第一性原理计算方法我们研究了过渡金属原子掺杂单层MnPSe3后的电子结构,以及自旋和谷相关的物理。我们发现Zn掺杂的单层MnPSe3体系的谷劈裂值达到20 meV,同时其自旋劈裂值超过100 meV。掺杂引发的自旋和谷劈裂对自旋电子学和谷电子学很有吸引力,这将有助于通过除了光学泵浦之外的电学方法来探测和操纵谷和自旋自由度。