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氧化锌(ZnO)是一种理想的半导体材料,在固体器件领域有着广泛的应用前景。对氧化锌增加压力,它能从四配位的纤锌矿结构(B4)转变成六配位的岩盐结构(B1)。掺杂是改善材料性质的一种有效的方法,尤其是在半导体材料领域。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法来研究过渡金属元素(V、Cr、Mn、 Fe, Co和Ni)掺杂氧化锌的一些性质。我们发现过渡金属元素的掺杂降低了B4→B1相转变压力,但是没有改变其相转变的路径。这一发现与先前的实验结果一致。过渡金属元素的掺入引起了晶格畸变,这导致了体积弹性模量的降低并且促进了相转变的发生。对于态密度的研究发现,掺杂后的ZnO是具有磁性的,并且这一磁性来源于过渡金属元素的d轨道。由于Mn原子的d轨道电子是半充满的,所以其掺杂后的ZnO显示了最强的磁性。对于V_以及Cr-掺杂的ZnO来说,B4→B1的相转变使得体系的磁性增强了；而对于Mn-、Fe-、Co-、Ni掺杂的ZnO来说,B1结构的磁性小于B4结构的磁性。这一结果能够用过渡金属原子与其相邻的O原子间的电荷转移来解释。我们的研究结果为改变ZnO的结构和性质提供了理论基础。石墨烯(graphene)有着非常优异的性能,将来有望在半导体领域代替传统硅材料。石墨烯材料中的点缺陷能够对其性质有着很大的影响,所以我们可以人为地引入缺陷结构来改善或者提升石墨烯材料的应用价值。在辐照或者热处理的条件下,这些缺陷结构会在石墨烯上发生迁移、合并。要想得到理想的缺陷石墨烯材料,我们就需要具体研究这些缺陷结构的动力学行为。本文中我们利用了基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过过渡态搜索的计算研究了常见点缺陷的迁移、合并的能垒。我们发现,单空位缺陷以及吸附原子缺陷在完美石墨烯中的迁移能垒不高,在辐照或者热处理条件下,点缺陷会在石墨烯上发生迁移并发生合并。两个相近的单空位缺陷能够通过迁移先形成相邻单空位(Di-SV),然后合并成为双空位V2(5-8-5)缺陷,其合并能垒为1.17eV。此外,双空位缺陷V2(5-8-5)通过C-C键的旋转能发生结构重构,形成V2(555-777)缺陷和V2(5555-6-7777)缺陷,但是,双空位缺陷的结构重构能垒很高,远远高于单空位的汗移与合并能垒。双空位缺陷中的V2(5-8-5)缺陷会与附近的吸附原子缺陷Cad发生合并,并被修复成单空位缺陷,其合并能垒为1.36eV。而V2(555-777)缺陷并不会被吸附原子缺陷Cad修复。