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随着纳米科学和工程技术的发展，在超小的纳米或分子设备中操纵电子电荷及其自旋已成为一个很活跃的研究领域，其目的是为了达到将单个分子作为元素器件的最终目标。当小尺寸的分子量子点(MQD)连接到两个金属电极上时，可以形成一种控制单个电子的分子隧道结结构。我们主要研究了在这种超小分子隧道结中自旋相关的输运性质，重点考察了量子点的质心振动和由于电流导致的量子点形变对自旋输运的影响。
在第一章中，主要介绍了一些基本的概念和研究背景。首先介绍了纳米电机单电子管(NEM-SET)系统，由于振动自由度的加入，它区别于传统量子点是静止的单电子管，相比而言，NEM-SET表现出更多的新效应。接着介绍了纳米电机系统中的一种新型shuttle输运机制，它是一个独特的内禀属性。最后介绍了目前很前沿的分子自旋电子学，由于分子的弹性形变、结构变化或者是机械振动，使得它与以半导体量子点为基础的自旋电子学区别开来。在“软”的分子量子点系统中，声子的考虑显得相当重要。
在第二、三章中，我们应用量子Master方程和Wigner相位空间技术的处理方法，在理论上提出了一种新颖的磁性NEM-SET自旋阀和NEM-SET整流器。对于前者，振动子从隧穿区到shuttle区的转变依赖于磁性电极的极化强度和它们的相对方向，在两个阈值之间，展示了一个相当大的磁电阻效应，源于磁性结构中的自旋积累;对于后者，shuttle转变依赖于所加的偏压方向，在两个阈值之间，展现出一个相当大的整流效应，源于不对称的耦合结构。我们通过详细分析振动子的几率分布函数、有效势和电场做功情况，给出了一个清晰的物理图象。
第四章中，我们研究了通过一个铁磁金属-分子量子点-铁磁金属介观系统自旋相关的非弹性输运问题。采用Keldysh非平衡格林函数和正则变换方法，我们得出了电子-声子互作用(EPI)对电子占据数、态密度、自旋极化电流以及隧穿磁电阻(TMR)的影响。声子效应在态密度的弹性主峰两侧将导致一系列的声子子峰。声子通道的打开，在Ⅰ-Ⅴ曲线上表现出一系列的阶梯状结构，导致TMR随偏压的振荡现象。这种TMR振荡的EPI新机制区别于以往的充电效应机制。
在第五章中，我们详细分析了EPI对铁磁Kondo效应的影响。在磁化方向平行排列时，由于铁磁电极的存在以及电荷涨落作用，量子点中产生了一个有效交换场，从而导致Kondo主峰和EPI帮助的Kondo子峰的劈裂。无论是Kodon主峰、还是电子型和空穴型Kondo子带边，它们的位置都将偏离NM-MQD-NM结(NM代表正常金属)中正常Kondo峰的位置。一个有趣的结果是，当EPI较大时，在零偏压附近的微分电导Kondo主峰被强烈地压制，出现了Franch-Condon阻塞现象。最后，我们在零偏压处得到一个大的负TMR，零偏压TMR的负值大小非单调地依赖于EPI强度。
在本论文的最后一章，我们作了一个简单的总结和展望。