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光谱作为一种简便、快捷和廉价的测量手段在纳米材料的几何、电子结构和多体效应的表征中得到了广泛使用。光谱的一个特点是它所反映的丰富的多体效应必须依赖相应的理论支持才能得以充分揭示。本论文的主要工作是通过在密度泛函理论基础上发展的GW和Bethe-Salpeter方程的第一性原理计算,研究了一维原子链、硅烷和单层MoS2的准粒子修正、光吸收谱和激子效应进行了系统的研究。 一维线性原子链的微小尺度使得对它的表征比较困难,而光吸收谱是一个很好的表征手段。我们首先研究线性氢原子链、线性硼氮原子链、线性碳原子链和线性金原子链的准粒子修正和光吸收谱。我们发现半导体氢原子链和硼氮原子链有很大的准粒子修正,束缚激子的束缚能可以达到3eV左右,比所有相应的半导体材料中的激子束缚能都大。在半金属碳原子链中发现了很强的多体效应:0.9eV的准电子修正和0.5eV的激子束缚能。我们通过光吸收谱的研究和激子的波函数的分析,确定这个激子是束缚激子,这是所有碳类金属材料最强束缚能的束缚态激子。在金属线性金原子链的准粒子修正中出现反常的负修正现象,这是金原子链的强的电子关联作用和复杂电子能带的体现。由于没有电偶极跃迁禁戒的影响,金原子链的激子是共振激子,激子的波函数是在整个空间弥散的。通过对这些不同种类的一维线性原子链的研究,我们发现总体上来说维度对多体效应的影响是最为重要的:随着维度的减小,电子的库仑屏蔽效应的减弱,进而导致电子之间的关联效应增强,电子空穴之间的相互作用增强。 硅烯的化学吸附是硅烯打开能隙的研究中使用极为普遍的一种调制方式。通过研究表面氢钝化的硅烯——硅烷的准粒子修正和激子效应,我们发现硅烷的多体效应很明显。经过准粒子修正依旧是间接带隙半导体,半导体的直接带隙从2.44eV修正到3.85eV。BSE的光吸收谱从GW光吸收谱中的一个峰劈裂成两个峰,这两个峰应该都是激子吸收峰。但是它们的性质是不一样的:中心位置处于3.45eV的第一个峰由于比GW的准粒子能隙3.85eV小,这个峰是束缚态激子峰;而中心位置处于4.18eV的激子峰位置有带间电子跃迁,这个峰是共振激子峰。二维材料硅烷由于是间接带隙半导体,光致发光可能不强,但是由于激子效应的影响,在二维硅烷材料中其实也可以发生较强的光致发光现象。 最后,我们介绍了单原子层MoS2的多体效应的计算,并提出进一步需要计算解决的问题。我们的准粒子修正计算说明在二维MoS2材料也是电子库仑屏蔽较弱的材料;我们认为在二维MoS2也同样存在很强的束缚态激子,材料的激子束缚态会使光致发光谱中的峰红移至1.8eV。我们希望通过BSE光谱计算和激子研究,对比理论结果和实验结果,了解实验中光谱中各峰的性质。