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电子器件小型化使得纳米材料成为目前凝聚态物理的前沿热门课题。作为理想的电磁元器件，碳纳米管环引起了人们的特别的注意。本文通过构建合理的模型、发展一系列有效的方法，较为系统地研究了碳纳米管环的电子结构、电输运特性、磁性质及其热学性能。
论文包括以下六章：
第一章简单介绍了碳纳米管环的研究现状、应用前景，以及本论文将要解决的一些问题。
在第二章中，我们基于单π轨道紧束缚近似，考虑卷曲效应，利用波函数分解的方法研究了扶手型碳纳米管环电子结构与其环、管半径间的关联。我们发现，小半径管环的电子结构类似于团簇（量子点）；而随着环半径的增大，碳纳米管环的能谱便呈现出从离散谱到准连续谱间的转变。
在第三章中，我们利用四轨道紧束缚近似，探索了杂化、无序以及外场（电磁场）对碳纳米管环电子结构的影响。结果表明，由于卷曲而导致的杂化对碳纳米管环的电子结构有着非常重要的影响；对于不同的螺旋度，能隙随单胞数（环半径）的变化呈现出不同的振荡特性。强的无序度会使碳纳米管环呈现出半导体－绝缘体相变。最后我们发现外场能对碳纳米管环的电子结构产生重要的影响，包括能级简并度的改变、金属－半导体－金属的转变等。
在第四章，我们利用紧束缚格林函数方法研究了碳纳米管环在外加偏压下的电输运性质，探索了电流－电压特性曲线随无序强度，结（电极－管环）间耦合强度的变化关系。我们发现在较大偏压下，电子输运呈现出了负的微分电导；而在小的偏压下，电流几乎不受电压变化的影响。结论与相关的实验符合得较好。
在第五章，我们研究了碳纳米管环在外磁场中的磁矩以及持续电流与环半径、磁感应强度、温度以及无序度之间的关联。磁矩与磁化率随磁场强度的变化呈现出周期振荡，振荡周期近似为环S B / 0 Φ = Δ，其中0 Φ为磁通量子。磁矩对温度、无序表现异常的敏感。与以前计算所不同的是，并非所有半径大小的金属型碳纳米管环都表现出庞顺磁矩。另外管环中的持续电流呈现出0 Φ振荡周期。
在第六章，我们利用分子动力学对管环进行了结构优化，并初步研究了其热学性质。结果表明我们的方法能有效地优化这种大分子团簇结构，为我们后续研究提供了一有利工具。
最后我们对本工作进行了总结，并对以后可以继续的工作提出了一些初步的设想。