(A)[B]₂O₄型尖晶石铁氧体是典型的氧化物功能材料，由于其结构、磁性、铁电性能、催化性能、半导体性能，以及作为高频器件等方面的应用，受到了人们的广泛关注。其中氧离子以面心立方密堆积方式排列，（A）位处于由4个最近邻氧离子形成的四面体中心，[B]位处于由6个最近邻氧离子形成的八面体中心。低温时，（A）位和[B]位的金属离子磁矩分别平行排列，但是（A）子晶格的磁矩与[B]子晶格的磁矩反平行排列。本文中，基于铁氧体材料实验结果与理论基础，应用第一性原理与量子力学模型计算了一些典型尖晶石铁氧体的电离度。在此基础上提出了尖晶石铁氧体中磁有序的新模型，并计算了典型尖晶石铁氧体的阳离子分布与材料的磁矩，从而解释了传统理论不能解释的一些物理现象。通过改进样品的制备方法，研究了名义成分为Li_xFe_3-xO_4-δ和Li_xMn₂O₄的两个系列材料的结构和磁性，发现在适当幅度的外磁场作用下进行高温热处理可使Li_1.067Fe_0.933O₂材料从顺磁性变为亚铁磁性。主要研究内容如下：1).估算出一些简单化合物与尖晶石铁氧体MFe₂O₄（M=Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cr）的电离度。通过Material Studio5.5软件包中提供的Cambridge Serial Total Energy Package（简称CASTEP）计算了（A）[B]₂O₄型尖晶石铁氧体Fe₃O₄的态密度，发现其（A）/[B]位上平均每个Fe离子的3d电子数目比值为5.975/6.089。以此比值和实验磁矩为基础，对计算出的3d电子数目进行修正，最终确定（A）、[B]位平均每个Fe离子的3d电子数分别为5.584、5.692。假设其他的3d电子和4s电子都被氧离子得到，每个Fe₃O₄分子中的Fe³⁺离子含量也只有1.032，氧离子的平均化合价为1.758，所以Fe₃O₄的电离度为0.879。对于II-VI族化合物，假设一部分阳离子的第二个电子被电离，应用本课题组提出的量子力学势垒模型计算化合物中的二价阳离子数目比，并拟合Phillips计算出SrO的电离度0.926，所得到的其他II-VI族化合物的电离度与Phillips给出的电离度很接近。利用该方法，通过拟合Fe₃O₄的电离度（0.879），估算出M₃O₄（M=Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cr）的电离度分别为0.8293，0.8314，0.8129，0.7990，0.7822，0.8726，尖晶石铁氧体MFe2O4（M=Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cr）的电离度分别为0.8293,0.8790,0.8314,0.8129,0.7990,0.7822,0.8726。2).提出了尖晶石铁氧体磁有序的一个新模型（MOIF定则），应用量子力学模型估算了尖晶石铁氧体材料MFe2O4（M=Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Cr）的阳离子分布。MOIF定则主要包括两个要点：第一，由于在O离子的外层轨道存在两个自旋相反的2p电子,它们在阳离子间扮演巡游电子的角色。由于巡游电子在相邻离子间巡游时其自旋方向不变，导致一个氧离子周围的阳离子分成两组，在每组中巡游电子的自旋方向相同。第二，根据Hund定则，对于自由原子而言，当电子数小于或等于半满时，其电子自旋方向一致，当电子数大于半满时，多余的电子自旋方向将反方向排列。在尖晶石氧化物中3d电子的自旋排列也必须遵守Hund定则。由于巡游电子的自旋方向不变，在同一组阳离子中，如果3d电子数同时大于（或小于）半满，则这些离子的磁矩平行排列；如果一个离子的3d电子数目大于半满，另一个小于半满，则这两个的离子的磁矩反平行排列。以这两条定则为基础，考虑到阳离子的电离能，泡利排斥能，磁相互作用能，电荷密度平衡，电离度等因素影响，利用本课题组提出的量子力学模型和磁矩拟合实验值估算了尖晶石铁氧体MFe₂O₄（M=Fe, Co, Ni, Cu，Mn, Cr）的离子分布，从而解释了实验磁矩与传统理论磁矩间的差别，以及多年来存在巨大争议的Cr离子在尖晶石铁氧体中的分布问题。3).利用本课题组提出的量子力学模型解释了多年来存在争议的Zn离子在尖晶石铁氧体中的分布问题。非磁性离子掺杂导致磁性离子磁矩间不再保持平行排列，离子磁矩间的夹角随掺杂量的增加而增大，导致（A）和[B]子晶格的磁矩分别下降。考虑到该因素，应用量子力学模型估算了Ni_1-xZn_xFe₂O₄离子分布，解释了为什么在x=0.4附近磁矩出现最大值的实验现象。4).制备了名义成分为Li_xFe_3-xO_4-δ的铁氧体，研究了Li掺杂对其结构与磁性能的影响，特别是发现了一种新型亚铁磁性材料Li1.067Fe0.933O2。通过溶胶-凝胶法制备Li_xFe_3-xO_4-δ（x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6）铁氧体材料，最高煅烧温度为1223K，通过对样品粉末的X射线衍射研究发现：前5个样品（x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4）均含有两相，第一相为（A）[B]₂O₄型Li_0.5Fe_2.5O₄铁氧体，空间群为P4332；第二相为α-NaFeO₂型LiFeO₂铁氧体，空间群为Fm3m；第二相的含量随着x的增加而增加；通过磁性研究发现,系列样品的比饱和磁化强度随着Li掺杂量的增加而减小，扣除非磁性相质量后样品的比饱和磁化强度与Li_0.5Fe_2.5O₄非常接近；样品Li_1.6Fe_1.4O_4-δ为单相α-NaFeO₂型铁氧体结构，空间群为Fm3m;可表示为Li_1.067Fe_0.933O₂。该样品在10K到404K之间呈现顺磁性，但是在0.05T外磁场作用下，经950K热处理，再回到室温，出现明显的亚铁磁性。对样品进行不同磁场下的8次反复升降温处理，最高外加磁场为3.0T，室温下饱和磁化强度达到9Am2/kg，居里温度达到了864K，其结构也发生了轻微的正交畸变。5).通过溶胶-凝胶法制备了名义成分为Li_xMn₂O₄（0≤x≤1）的氧化物样品，先后对样品在773K、973K、1273K进行了三次热处理。利用结构与磁性能测量发现，只有Li掺杂量x=0.0与x=1.0时，样品才具有单相结构，说明在用溶胶凝胶法制备的Li_xMn₂O₄尖晶石A位不存在空位。当0<x<1时，样品具有Mn₃O₄相和LiMn₂O₄两相；Mn₃O₄相在42K以下表现为亚铁磁性，LiMn₂O₄相在10K与300K之间表现为顺磁性。