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3d过渡金属化合物因其表现出丰富的物理现象受到人们的广泛关注。本论文采用密度泛函理论方法对几类3d过渡金属化合物的磁性、轨道属性及自旋态特征进行了研究。主要内容如下:
首先，我们研究了准二维三角格子材料NaVO2在不同温度相下的磁性和电子结构。对于100K下的六角结构，研究结果表明压缩的三角畸变使得V3+离子的t2g轨道劈裂成能量较高的alg轨道和能量较低的eg轨道。对于91.5K下的单斜结构，体系表现为阻挫的磁结构并显示出空间交换各向异性的特征。对于20K下的单斜相，轨道有序导致的晶格畸变使得磁阻挫消除，并形成了长程磁有序。
其次，我们研究了α-NaMnO2和CuMnO2的磁性和电子结构性质。结果表明低温下，α-NaMnO2和CuMnO2均发生晶格畸变成三斜相并形成长程有序的反铁磁序，与实验结果相同。然而，交换常数的计算结果表明三角形的三边都倾向于反铁磁排列，低温下磁阻挫并没有完全消除。
接下来，我们研究了层状钙钛矿化合物La1.5Ca0.5CoO4的自旋态特征和电子结构。计算结果表明体系中Co2+离子处于高自旋态而Co3+离子处于低自旋态。低自旋的Co3+很好地解释了实验上观察到的较低的磁转变温度以及自旋阻塞现象。此外，我们还发现Co3+离子的中间自旋态具有多重态特征。
最后，我们研究了常压下BiCoO3铁电极化的起源以及压力导致的Co3+离子的自旋态转变。研究结果表明体系常压下大的铁电极化是由Bi-O共价所致。压力下Co3+离子的自旋态转变经历了从高自旋态到高低自旋的混合态，最终转变为纯的低自旋态的过程，计算得到的转变压力为8GPa。