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自旋电子学是凝聚态物理研究中重要的研究领域之一，基于自旋电子学相关的材料、结构和物理效应的研究以及器件设计开发和应用是国际上众多科研人员十分感兴趣的研究课题。自旋电子学在近30年的发展历程中，也渐渐融合了其他学科或材料领域，形成了结合有机材料的有机自旋电子学分支研究领域以及结合了半导体材料而开展的关于自旋注入、操纵和探测的半导体自旋电子学研究领域，如其中有关自旋发光二极管器件的设计及其物理性质研究等。 本论文工作主要包括四个方面研究内容: (1)有机分子酞菁铜(Copper Phthalocyanine，CuPc)在磁性金属Fe(001)表面的吸附研究:我们利用第一性原理计算方法对CuPc分子吸附在Fe(001)表面的结构体系进行了计算研究，给出了吸附体系的界面结构、吸附体系的界面电荷、磁矩、自旋极化率等相关结果。计算表明，在考虑范德瓦尔斯力后的GGA(GGA-vdW)交换关联式下，CuPc分子以Top-Angle吸附位、2.4(A)的距离吸附在Fe(001)表面。此外，我们还研究了外加电场对该吸附体系的影响，对外加电场下的吸附体系结合能、吸附体系中CuPc分子以及分子中金属Cu的电荷转移情况、磁矩、自旋极化率进行了详细计算。结果表明外加电场可以对该吸附体系中分子的电荷以及磁矩实现调控作用。 (2)十八酸分子(Stearic acid)在Ni(111)表面的吸附以及“Ni/十八酸分子衍生物/Ni”有机磁性隧道结的界面性质及其自旋输运性质研究:我们利用第一性原理计算方法研究了十八酸分子(Stearic acid)在Ni(111)表面的吸附以及“Ni/十八酸分子衍生物/Ni”有机磁性隧道结的界面性质及其自旋输运性质等。研究结果表明，对于Ni/1-stearic acid radical(1-SAR)/Ni有机磁性隧道结，其磁电阻为负值-19.6％;而对于中间层为1，18-stearic diacid radicals(1，18-SDR)分子的Ni/1，18-SDR/Ni有机磁性隧道结，其磁电阻为正值13.7％。通过对于有机分子/磁性金属界面处的磁近邻效应、散射电子态密度计算，其结果表明在自旋电子散射过程中，p态电子对于该类-CH2-链状分子为中间层的有机磁性隧道结的输运性质起到主要贡献;并且有机分子/磁性金属界面对于自旋散射输运也有明显的调制作用。 (3) Mn-Ga/MgO/Mn-Ga磁性隧道结以及考虑M=Mg，Co，Cr金属插层后的Mn-Ga/M/MgO/Mn-Ga磁性隧道结中的自旋相关输运性质研究:我们利用第一性原理计算方法研究了Mn-Ga/MgO/Mn-Ga磁性隧道结中M=Mg，Co，Cr金属插层对自旋输运性质的影响。研究结果表明Mn2Ga/MgO/Mn2Ga磁性隧道结中的隧穿磁电阻(852％)要远远大于Mn3Ga/MgO/Mn3Ga的磁电阻(5％);界面金属插层的电子结构会对自旋输运有调制作用，对于Mn2Ga/M/MgO/Mn2Ga磁性隧道结，Co插层有利于提高磁电阻，插入一层Co层后其磁电阻增高为904％。 (4)基于CoFeB/MgO为自旋注入端、GaAs半导体量子阱为源区的自旋发光二极管中的自旋注入、操纵和探测的研究:我们通过磁性、电输运性质、结构分析、以及电（光）致发光等实验方法系统的研究了基于面内磁各向异性CoFeB/MgO为自旋注入端的自旋发光二极管的自旋相关性质。研究表明:电致发光极化率随着退火处理温度的增加而增加，其主要是因为退火处理使得CoFeB发生晶化，自旋注入端的自旋极化率增大，注入电子的极化率随着退火温度增加而增大，从而使得电致发光极化率得到增大。CoFeB/MgO界面性质关系到CoFeB的晶化，对自旋注入的影响较为显著。此外我们还研究了基于垂直磁各向异性CoFeB/MgO为自旋注入端的自旋发光二极管的自旋相关性质，在剩磁状态下，低温25K下获得13％、室温下获得8％的光极化率，该结果为目前实验观测到的最好水平。