本书系统阐述了稀磁半导体材料的理论设计与计算方法，深入探讨了其电子结构、磁学特性及调控机制。全书以密度泛函理论为核心工具，解析了氢化物、硫化物、卤族化合物及二维磷烯等体系的磁电耦合效应与自旋轨道相互作用。通过第一性原理计算，揭示了掺杂诱导的磁性起源、应变与电场对能带结构的调控规律，以及拓扑自旋电子学等新兴领域的物理机制。书中提出了基于超晶格工程的有序缺陷设计策略，为室温铁磁体制备和自旋极化输运提供了理论支撑，并展望了该类材料在自旋场效应晶体管、磁隧道结等器件中的应用前景。 本书兼具理论深度与实践指导意义，适合材料科学、凝聚态物理及电子工程领域的研究人员、高校教师及研究生阅读。书中翔实的计算案例与理论模拟方法，尤其可为从事半导体材料设计、自旋电子器件开发的科研工作者提供重要参考。

1 综述
1.1 计算物理学概述
1.2 稀磁半导体的研究简述
1.2.1 稀磁半导体的介绍
1.2.2 Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体
1.2.3 Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体
1.2.4 其他类型稀磁半导体
1.3 二维材料的设计及特点
2 理论方法
2.1 Born-Oppenheimer绝热近似
2.2 Hartree-Fock近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.4 交换关联能泛函
2.4.1 局域密度近似
2.4.2 广义梯度近似
2.4.3 修正密度泛函理论（DFT+U）
2.4.4 杂化泛函理论
2.4.5 赝势方法
2.5 分子动力学与蒙特卡罗模拟
3 氢化物体系的磁电调控
3.1 计算方法
3.2 MgH2的本征电子结构
3.33 d过渡金属掺杂机制
3.3.1 缺陷形成能与结构稳定性
3.3.2 自旋劈裂特性
3.3.3 磁性耦合
3.4 掺杂体系MgH2与AlH3的比较
4 硫化物体系的自旋轨道耦合
4.1 计算方法和模型
4.2 PbS的本征电子结构
4.3 V、Cr和Mn掺杂PbS
4.3.1 几何结构和稳定性
4.3.2 高自旋态调控
4.3.3 应变诱导的能带翻转
4.4 Fe、Co和Ni掺杂PbS
4.4.1 几何结构和稳定性
4.4.2 磁性与零带隙能带结构
4.4.3 压缩与拉伸应变效应
4.5 拓扑自旋电子学
5 卤族化合物的d0铁磁性
5.1 计算方法和模型
5.2 AgCl的p-d杂化与自旋极化
5.2.1 掺杂体系的稳定性
5.2.2 B、C、N和O掺杂的磁性起源
5.3 NaCl的离子性调控机制
5.3.1 块体掺杂体系的半金属行为
5.3.2 NaCl(001)表面的磁各向异性
5.4 卤化物基自旋过滤器设计
6 d0型磁性超晶格设计
6.1 计算方法和模型
6.2 岩盐结构超晶格
6.2.1 超晶格的晶格参数
6.2.2 2p电子强关联对磁性的影响
6.3 纤锌矿结构超晶格
6.3.1 超晶格多尺度稳定性
6.3.2 超晶格的电子结构
6.3.3 两种结构超晶格的比较
6.4 超晶格的自旋输运理论
7 二维磷烯的磁电调控
7.1 磷的同素异形体
7.2 黑磷烯的电子结构工程
7.2.1 单层黑磷烯的性质
7.2.2 稀土元素掺杂诱导的自旋极化
7.3 紫磷烯的双极性磁调控
7.3.1 非金属掺杂的能带工程
7.3.2 过渡金属元素掺杂的库仑相互作用
7.4 自旋滤速器设计
8 器件应用与未来挑战
8.1 自旋电子器件原理
8.1.1 自旋场效应晶体管
8.1.2 磁隧道结与巨磁电阻效应
8.2 二维材料异质结集成技术
8.3 关键科学挑战与发展方向
8.3.1 室温铁磁体的实验制备
8.3.2 自旋极化的精准调控
8.3.3 量子器件的设计
参考文献