自旋电子学是一门以电子自旋作为信息载体并通过控制和操纵自旋来实现数据存储和量子计算的新兴学科。自旋电子学材料包括磁性半导体、拓扑绝缘体和磁性金属,其具有低功耗、响应快、非易失性和存储密度高等优点,在自旋发光二极管、自旋电子传感器、磁性存储器等方面具有广泛的应用。随着电子器件的集成度增加,人们要求器件的尺寸更小,因此需要更薄更小的新型自旋电子学材料。此外传统的自旋电子学面临自旋的产生和注入、自旋的长程传输、自旋方向的控制和探测等问题,通常有两个方案可以解决这个问题,方案一依赖于器件制造工艺的优化和发展,方案二需要有目的性地进行新型自旋电子材料的设计。另一方面,近年来二维材料石墨烯由于优异其优异的力学、电学和光学性能得到了广泛的关注。然而零带隙且无磁性使得本征石墨烯在半导体器件和自旋电子学领域的应用受到了限制。因此,基于现有的二维材料通过掺杂、吸附和加压等手段设计出具有自旋极化的磁性体系对于低维自旋电子学具有重要意义。在本论文中,我们采用第一性原理方法系统研究了Fe族和Co族过渡金属(Fe,Ru,Os;Co,Rh,Ir)元素沉积五环石墨烯的物性。首先我们构建了过渡金属原子或者团簇吸附五环石墨烯的各种可能构型,并通过吸附能、形成能、叠加能和束缚能的计算找出稳定吸附结构和探索结构演变。我们发现过渡金属单原子更倾向于吸附在桥位且小团簇也可以稳定的沉积在基底上。其次,吸附的过渡金属原子可以有效地引入了磁矩并且调控能隙,使得基底从宽带隙半导体变成窄带隙半导体,获得了磁性半导体。特别有意思的是我们发现Ir5团簇吸附五环石墨烯时呈现出半金属特性。这样的磁性半金属能提供百分之百自旋极化率。最后,通过磁各向异性能的计算和二阶微扰模型拟合分析了材料中磁各向异性的起源,并且发现Os原子沉积体系高达113 meV。总之,通过研究不同吸附情况的电子结构、磁矩分布以及磁各向异性能,我们发现过渡金属吸附五环石墨烯可诱导出较大磁矩且有巨大的磁各向异性能,有些情况下还会呈现出完全自旋极化的半金属特征。此外,我们通过磁性原子的分波态密度以及二阶微扰公式分析了磁各向异性能的起源。这些结果表明过渡金属吸附五环石墨烯具有丰富可调的能带结构和磁性,在磁存储、光学和自旋电子学器件方面有巨大的应用潜力。