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本论文采用密度泛函理论方法，研究了一系列硅基纳米笼型团簇及其组装纳米管的结构与电子结构，并利用磁性金属原子掺杂，对硅笼型团簇以及团簇组装纳米管体系的电子结构与磁性进行了调控。论文主要内容如下:
(1)研究了一系列氢饱和的硅笼型团簇及其组装氢饱和硅纳米管。结果表明，氢饱和可以形成稳定的硅笼型团簇Si4mH4m，沿轴向组装不同大小的Si4mH4m团簇，则可以得到不同管径且具有较高稳定性的氢饱和硅纳米管，而这些氢饱和硅纳米管可以使用化学式Sim(3k+1)H2m(k+1)来表示。这种表示方法的提出，弥补了之前对此类纳米管结构表述模糊的不足。以Si20H20(m=5)和Si24H24(m=6)为基元构建的氢饱和硅纳米管相对其他尺寸的结构具有更高的稳定性。一维无限长氢饱和硅纳米纳米管(H-SiNTs(m，∞))具有2.3-2.8eV的能隙，随着管径的不断增大，能带结构出现了直接带隙-间接带隙-直接带隙的转变。
(2)研究了过渡金属掺杂氢饱和硅纳米管的几何结构与电子结构。过渡金属掺杂后，H-SiNTs(m，∞)的宽带隙变得很小甚至转变成为金属。过渡金属掺杂入纳米管中心以后，由于金属原子与外围结构的相互作用较弱，过渡金属原子保持了较大的磁矩。其中Mn掺杂的H-SiNTs(m，∞)在一定管径(m=5，6，7)表现出半金属的特性。
(3)研究了镧系掺杂的硅笼型团簇Ln@Si16的几何结构与磁性。结果表明镧系原子掺杂Si16团簇可以形成稳定的笼型结构，其基态结构为富勒烯型，这与过渡金属掺杂Si16团簇大多形成Frank-kasper结构不同。镧系的部分元素(Sm，Eu，Gd)在掺杂入Si16团簇后，仍然保持了很大的总磁矩。自旋轨道耦合相互作用并不改变镧系掺杂Si团簇的几何结构，但对体系的磁矩有很大的影响:有些镧系原子的轨道磁矩与自旋磁矩的大小相当(Nd)，其中Tm的轨道磁矩甚至达到自旋磁矩的两倍。这一结果表明讨论镧系掺杂体系的总磁矩时不能忽略轨道磁矩的贡献。此外，我们数值模拟计算得到的镧系原子的轨道磁矩和自旋磁矩的空间方向符合洪特第三定则。