与传统半导体相比，具有100％自旋极化率的半金属材料可同时控制材料内部电荷的传输和电子的自旋，是制备优异性能微电子器件的基础，也是电子产业发展的重要环节之一。半金属材料Fe3O4因其居里温度高、性能稳定、资源丰富等优点而成为人们研究的热点。但其分子磁矩不高导致其磁电阻较小，难以满足日益进步的科技需求。　　本文通过第一性原理研究了多种过渡族金属掺杂Fe3O4体系的电磁性能，预测了多种具有更高磁电阻效应的半金属材料，主要内容如下:　　首先计算了本征Fe3O4及3d过渡族金属掺杂体系半金属材料的电磁性能，与实验及他人计算结果吻合，验证了方法的正确性。进一步计算了5d过渡族金属La、Hf、Ta、W、Re掺杂对Fe3O4半金属性的影响。结合3d及4d过渡族金属掺杂结果，得出以下规律:a）当d电子数少于5时，掺杂Fe3O4A位Fe，体系仍保持半金属，随掺杂原子M的d电子数从5到1，MFe2O4分子磁矩从5uB递增至9.0 uB;b）当d电子数为1时，完全掺杂Fe3O4B位Fe，体系亦保持半金属性，且分子磁矩保持4.0 uB。　　6d过渡族稀土元素Ac、Th的掺杂效应亦基本满足上述规律，预测了新型的含稀土元素的半金属材料AcFe2O4和ThFe2O4，其分子磁矩分别为9.0uB和8.1 uB，且其导电性都得到较大提高。含4f电子的Ce的掺杂效应则与d过渡族金属不同，其中CeFe2O4和FeCe2O4保持着半金属性，分子磁矩分别为10.0 uB和6.0 uB。Ce虽然仅有一个4f电子，其原子磁矩为1.16 uB，使CeFe2O4和FeCe2O4均呈现非常强的铁磁性耦合。　　我们进一步研究了用F取代MFe2O4(M=Mn，Cr，V)中的O原子来提高材料分子磁矩和导电性的机理。结果表明MnFe2F4不仅保持着半金属性，且Mn的原子磁矩从高自旋向下变为自旋向上，MnFe2F4呈现强的铁磁性耦合，其分子磁矩增大到11.9 uB。导电性也大大提高。CrFe2F4呈现反铁磁性耦合，但其失去了半金属性。MFe2F4(M=V，Ti，Sc)亦保持半金属性，导电性也得到较大提高，但是V，Ti，Sc的原子磁矩变为-3.76 uB，-1.84uB和-0.08uB，进而分子磁矩减小至3.4 uB，5.0 uB，6.7 uB，导致了其磁电阻变小。　　晶格畸变条件下半金属性质的保持也是半金属材料应用于工业产品必不可少的性能之一，因此我们进一步研究了新型半金属材料晶格畸变条件下的半金属性，除了MFe2F4(M=Mn，Cr，V)的半金属性对晶格压缩非常敏感，上述具有高的分子磁矩的半金属材料均可满足实际的生产应用需求。