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20世纪90年代以来,随着先进实验技术的出现和发展,研究者们对材料性质和功能的探索已经深入到纳米量级的微观领域,基于纳米材料的电子器件设计和制造研究成为热点并被证明具有潜在的应用价值。本论文通过理论方法,如密度泛函理论,非平衡格林函数方法等研究了纳米材料,包括耦合量子点(QD),有机分子体系和硅纳米线(SiNW)的电子输运性质。耦合量子点研究明确了耦合参数以及电子相互作用对输运的影响,有机分子体系的研究帮助了解有机分子器件中负微分电阻的产生原因和机理,SiNW的研究阐明不同轴向的导电性及其原因,为SiNW电子学的发展提供了一些理论经验。以下是各章讲述的内容。第一章是绪论,首先简介纳米电子学的发展,介观体系的定义以及量子输运器件中的常见现象和原理,然后从实验方法和理论方法两个方面概述纳米电子学的基本背景和发展现状,其中结合我们组的研究贡献,最后总结归纳本论文的内容和意义。第二章是密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数方法(NEGF),DFT是目前广泛应用的模拟纳米材料基态电子结构性质的主要方法,而NEGF是处理纳米体系在外加偏压下非平衡状态时的电子输运性质研究的有力工具。本章简介DFT和NEGF的理论框架和本论文使用到的软件包。第三章是耦合量子点的电子输运,本章利用Anderson模型构造耦合QD理论模型,然后用NEGF方法计算QD体系的电子输运。通过研究耦合参数对电子输运的影响,明确了出现某些特征现象需要的参数条件,为人为操纵QD形成特殊功能积累了经验,另外通过研究双量子点中e-e相互作用,明确了1阶截断近似和2阶截断近似的影响。第四章是有机分子的电子输运性质,本章应用DFT+NEGF方法模拟有机分子体系研究电子输运性质。首先构造了三个有机分子器件,发现部分器件的I-V曲线中出现负微分电阻(NDR)效应,通过研究透射几率谱和投影态密度,我们解释了NDR出现的原因,提出一个电极化学势与分子能级关联作用的机制。第五章是一维硅纳米线的电子结构和输运性质,本章从Si的晶向和表面出发研究SiNW的结构,形成能,电子结构和电子输运性质。通过比较形成能解释了为什么实验中较易生长出<110>和<112>纳米线,通过电子结构研究定量给出<110>,<112>,<111>,<100>纳米线的能带特征,发现<110>带隙最小,且前线轨道的载流子有效质量小,其次是<112>纳米线,通过电子输运计算,证实了<110>的良好导电性,为SiNW电子器件的设计制造提供理论经验。第六章是总结与展望,总结了本论文的主要工作成果,对未来工作的开展方向提出设想。