由于维度和尺寸的降低,量子限制、表面和界面效应使低维材料展现出新奇的量子特性,并成为凝聚态物理和材料学的一个重要研究热点。为了成功地将低维材料应用在新兴的自旋电子器件中,我们需要对其新奇磁性以及有效的调控手段进行深入的研究。基于密度泛函理论,本论文分别研究了几种低维材料的磁性、磁晶各向异性和自旋霍尔效应。论文主要内容如下:在单层黑磷上引入磁性并实现对磁性的可控调节对黑磷烯在自旋电子器件中的应用有着重要意义。我们提出了通过吸附过渡金属原子的方法可以有效地在本征非磁性的黑磷烯上引入局域磁矩。由于磷原子孤对电子的存在,过渡金属原子在黑磷烯形成很强的吸附。在黑磷烯上引入的局域磁矩可以通过施加很小的双轴应变进行改变。具有很大磁晶各向异性能和很强电场效应的材料在新型的、基于电场调控自旋取向的存储器件中有很大的应用需求。我们发现一些单层过渡金属二硫化物是实现这一目的的理想材料,它们具有非常大的磁晶各向异性。特别地,一些材料的自旋取向可以在有限电场下实现翻转,这是由于过渡金属原子d态的能带成分在费米面处发生很大的改变。应变也对磁晶各向异性能有很大的影响,它与电场的结合可以大大提高调制效率。自旋霍尔效应提供了一种利用自旋轨道耦合使电流产生自旋流的手段,而自旋霍尔角则表征了材料的这种转换能力。金属钨超薄膜在单质材料中具有最大的自旋霍尔角。我们对其电子结构的研究发现,被自旋轨道耦合劈开的能带附近有非常大的贝利曲率,造成β相钨自旋霍尔电导很大,再加上其电荷电导很小,解释了β相钨自旋霍尔角非常大的原因。同时利用替代掺杂可以进一步提高自旋霍尔电导。室温铁磁半导体在非挥发性数字线路中至关重要,然而到目前为止仍然没有真正实现。我们发现放在镍衬底上的单层石墨烯会显示出室温铁磁半导态。由于与镍箔之间的相互作用,石墨烯打开了一定大小能隙。通过改变石墨烯与镍衬底之间的距离以及对体系进行电荷掺杂,自旋上和自旋下的能带可以发生劈裂并形成自旋极化的能隙。这一现象同时也在实验上得到证实。