作为一种属于n型的半导体材料,SnO₂具有较宽的带隙、低成本、优异的光学性能和高化学稳定性的优点。通过掺杂过渡金属可以将SnO₂制备成稀磁半导体,同时,掺杂磁性离子可以增强SnO₂基稀磁半导体中的室温铁磁性。相比较其它过渡金属,Fe更容易溶解在SnO₂中,可作为合适的掺杂剂。过渡金属掺杂SnO₂制成的稀磁半导体在信息科学领域具有广阔的应用前景。目前国内外对Fe掺杂SnO₂体系磁性的研究取得了很大的进展,但是Fe掺杂SnO₂体系磁性来源一直存在争议,关于Fe掺杂和V_Sn或V_O分别共存于SnO₂体系的磁性来源仍旧各执其词。多数的研究成果都是关于Fe掺杂浓度对SnO₂光学性质的影响,对于Fe²⁺/Fe³⁺掺杂对SnO₂磁光性质影响的研究仍然有所欠缺。因此,本文运用了Materials Studio 8.0软件的CASTEP模板,采用自旋密度泛函理论的广义梯度近似和平面波超软近似的赝势+U的分析方法,从理论上深入研究了Fe的掺杂和点缺陷(V_O,V_Sn)以及Fe的价态对SnO₂磁光性能的影响。为了解决Fe-SnO₂体系磁性来源的争议,分别构建Sn₁₆O₃₂、Sn₁₅Fe O₃₂、十种不同Fe-V_O间距的Sn₁₅Fe O₃₁和五种不同Fe-V_Sn间距的Sn₁₄Fe O₃₂超胞模型。计算出了所有体系的总能量、总磁矩、能带图以及态密度。研究发现,掺杂体系都能实现掺杂系统长程有序铁磁性的特点。在同样的掺杂体系和等同的掺杂浓度的前提下,掺杂的方式不一样,掺杂体系的磁性也不同,这非常有利于稀磁半导体的磁性调控。体系Sn₁₅Fe O₃₁和Sn₁₄Fe O₃₂磁性主要来源于以Fe与V_O/V_Sn形成复合体后的电子为媒介,使得Fe与V_O/V_Sn附近的O-2p态和Fe-3d态电子发生双交换作用。同时,研究发现Fe-V_O/V_Sn的相对位置越近,体系的形成能越小,结构稳定性越好。为研究Fe²⁺/Fe³⁺掺杂对SnO₂磁光性质的影响,分别构建了纯的Sn₁₆O₃₂、三种不同Fe²⁺-Fe²⁺间距的Sn₁₄[Fe²⁺]₂O₃₂和三种不同Fe³⁺-Fe³⁺间距的Sn₁₄[Fe³⁺]₂O₃₂超胞模型。研究结果表明,掺杂后体系的吸收光谱都发生了明显的红移。掺杂后的费米能级附近出现发生自旋极化的杂质带,掺杂体系表现出了自旋极化的现象。Fe²⁺和Fe³⁺对SnO₂体系的磁、光性质的影响不同。磁性分析认为Fe³⁺使p-d交换相互作用处于主导地位。在相同掺杂位置和相同掺杂浓度的情况下,Fe³⁺掺杂SnO₂体系更易获得高的居里温度和高磁矩。其中,Sn₁₄[Fe²⁺]₂O₃₂（Ⅱ）体系在复介电函数的虚部和吸收光谱的低能量的区域都出现了较大的新峰,认为是费米能级附近发生自旋极化的杂质带与导带之间发生的跃迁导致。通过第一性原理研究,合理地解释了Fe掺杂的SnO₂体系磁性的来源,确认了不同价态的Fe元素对SnO₂体系的电子结构和磁光性质的影响,这对实现Fe掺杂SnO₂作为光催化剂和稀磁半导体材料的应用有关键性指导意义。