信息化程度是衡量社会现代化水平的标志之一。信息技术自然被各国争相发展,因为它同时也是提升综合国力的关键技术。信息技术催生出来的大数据服务不仅为人们生产生活提供便利,同时也对信息存取技术提出了新的挑战。寻求拥有更高存储密度和更快存储速度的新型存储介质成为信息存储技术发展的重点研究领域。自旋电子学理论的发展以及Heusler合金的发现为新型存储介质的研发提供了可能。目前,基于磁隧道结的磁存储介质有望突破信息存储密度和速度的瓶颈。锰铝Hesuler合金具有半金属性和完全补偿亚铁磁性,被认为是合成低能耗和高灵敏度磁隧道结的最佳候选电极材料之一。然而,有关表面界面效应对二元MnAl合金电学和磁学特性的影响尚不明确。针对二元MnAl合金几何构型的多样性,我们考虑了D0₃型、D0₂₂型和L1₀型三种不同晶体结构的MnAl合金,并且构建了D0₃-Mn₃Al、D0₂₂-Mn₃Al和L1₀-MnAl合金对应的块体模型、表面模型以及D0₂₂-Mn₃Al/GaAs异质界面和L1₀-MnAl/GaAs异质界面模型。通过第一性原理方法,本文研究了二元MnAl合金块体模型、表面模型和界面模型的几何结构性质、磁各向异性能、电子结构以及热力学稳定性等。我们利用PBE、PBESOL、HSE、LDA+U四种计算方法计算D0₃-Mn₃Al合金和D0₂₂-Mn₃Al合金的形成能,结果表明D0₂₂-Mn₃Al合金的晶体结构更稳定。二元MnAl合金表面模型的计算结果指出D0₃-Mn₃Al合金表面最可能形成含MnAl原子的端面,D0₂₂-Mn₃Al合金表面最可能出现含MnAl原子的端面,L1₀-MnAl合金表面最可能存在AlAl原子端面。三个稳定表面的电子结构计算结果显示D0₃-MnAl表面具有高达84.16%的电子自旋极化率,是三者中自旋极化程度最高的表面。它们的磁性各向异性能计算结果证明D0₃-MnAl表面的易磁化轴平行于表面,而D0₂₂-MnAl表面和L1₀-AlAl表面的易磁化轴垂直于表面,并且D0₂₂-MnAl表面具有最大的垂直磁各向异性能。二元MnAl合金异质界面模型中,在D0₂₂-Mn₃Al合金与GaAs晶体构成的诸多界面结构中,D0₂₂-Mn₃Al合金的MnMn端面与GaAs晶体的AsAs端面拼接形成的桥位界面结构最稳定,即D0₂₂-AA-MM-B;在L1₀-MnAl合金与GaAs晶体构成的诸多界面结构中,L1₀-MnAl合金的AlAl端面与GaAs晶体的AsAs端面拼接形成的桥位界面结构最稳定,即L1₀-AA-AA-B。另外,D0₂₂-AA-MM-B和L1₀-AA-AA-B界面模型的自旋极化率和其相应的表面模型相比有了很大的提高。最后,这两个界面模型的磁各向异性能的计算结果显示它们具有较大的垂直磁各向异性能。本文的研究工作贯穿二元MnAl合金的块体、表面以及界面,形成了一套较为完整的研究框架。我们的研究工作展示了二元MnAl合金,从块体到表面再到界面的过程中,其电子结构及磁学性质的变化情况,还揭示了表面效应、界面效应对MnAl合金电子结构和磁学性质影响的物理机制。MnAl合金的表面和界面结构虽然表现出优秀的垂直磁各向异性,但是从总体上看表面、界面效应还是抑制了MnAl合金的电子自旋极化率。因此,为了克服表面和界面效应的不利影响,还需要寻求进一步的改进手段。总之,本文的研究结果对于MnAl合金制作磁隧道结的实验研究具有指导意义。