纳米材料随着近年来石墨烯的成功制备引起了各国科学家们研究的热潮,将纳米材料应用于实际电子器件是一项重要的研究课题,而硅作为微电子产业的支柱,那么对硅基纳米材料性能的研究,将更具实际应用意义。新型二维材料-硅烯,由于能够很好的与现有的硅基技术相兼容,成为可以应用于现代微纳米器件中的最合适的备选材料之一。但是由于目前硅烯的实验研究存在制备困难、材料成本高、稳定性不够等缺点,使以硅烯为材料的微纳米器件研究存在一定的困难。基于第一性原理对硅烯基纳米电子器件的理论研究能够对于其将来作为硅基纳米电子器件的实验研究提供一定的方向性,能够有效地提高研究效率。因此,本文的工作是在前人关于硅烯的理论和实验研究的基础上,运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法研究SW缺陷、边缘修饰以及异质结对锯齿形硅烯纳米带输运性质的影响,包括硅烯纳米带的几何结构、电磁特性及电、热输运性质,并对出现某些特异的性质如负微分电阻(NDR)和自旋极化的内在机理进行了研究。主要的研究工作及取得的成果有:一、模拟了完整和存在Stone-Wales缺陷时硅烯纳米带(ZSiNRs)的两电极模型,用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法对它们的晶格结构进行了优化,并在此基础上对其输运性能,包括分子结的电导、电流-电压特性曲线、前沿分子轨道电子态密度以及热导等进行了计算和分析。研究发现存在Stone-Wales缺陷的硅烯纳米带的结合能明显比石墨烯和硅烯要低,表明硅烯纳米带相比石墨烯和硅烯而言更容易形成这种缺陷结构。理想硅烯纳米带和含Stone-Wales缺陷的硅烯纳米带在一定偏置电压范围内都可以观察到负微分电阻现象,而存在Stone-Wales缺陷的硅烯纳米带器件在高偏压下具有比理想硅烯纳米带器件更好的整流效应。通过前沿分子轨道电子态密度谱(MPSH)的计算表明,负微分电阻现象的出现是由于外置偏压增加时前沿分子轨道电子态密度减小所导致。同时我们还运用分子动力学研究了不同缺陷情况下硅烯纳米带的热输运特性,系统地应用非平衡模拟(NEMD)方法计算了硅烯纳米带的热导,模拟了热流在硅烯纳米带中的传输。研究揭示了硅烯纳米带在一定偏置电压范围内存在负微分电阻现象的原因,Stone-Wales缺陷对锯齿形硅烯纳米带整流效应的影响规律,还探讨了空位缺陷和SW缺陷对不同尺寸硅烯纳米带热传导的影响机理。二、研究了边缘修饰过渡金属Mn、Co元素对锯齿形硅烯纳米带自旋滤波效率和电子导电性的影响机制,并探讨了两种掺杂纳米带的纳米器件性能。通过磁学和输运性质的计算研究发现,掺杂之后的硅烯纳米带在自旋向上态下,更多的电子隧道传输通道被打开,更高的透射系数出现,而自旋向下态的通道被抑制,电荷转移的电导率比较低,存在着比较好的自旋过滤特性。另一方面,掺杂后的硅烯纳米带在反铁磁态耦合下的能量比在铁磁态耦合下的能量低0.56 meV,说明Mn原子的引入使锯齿形硅烯纳米带更趋向于反铁磁态。能带计算的结果还表明,边缘被锰修饰的硅烯纳米带具有半金属性,是一种具有应用潜力的纳米电子器件。对于掺杂Co原子的情况,其铁磁态下晶胞的总能量低于反铁磁态,表明钴掺杂的硅烯纳米带的基态为铁磁态,且通过计算表明,在有限偏压范围内能够达到接近100%的自旋滤波效率。三、基于硅烯纳米带构建了锯齿形-扶手椅形异质结ZAZ硅烯纳米带模型,计算了不同宽度下的差分电导,传输谱以及前沿分子轨道电子态密度谱。研究发现三种系统的差分电导按照5-ZAZ>4-ZAZ>3-ZAZ的顺序降低。同时,研究发现负微分电阻现象只能在3-ZAZSiNRs的某些偏置电压范围内观察到。通过对内部机理的研究表明,其负微分电阻行为源于3-ZAZ结构的前沿分子轨道LUMO与偏压增加抑制的共同作用。此外,本文还研究了基于硅烯和锡烯异质结构纳米带的热输运性质,发现该异质结材料的热导率随体系温度升高而降低,而且几乎不随纳米带长度改变,在外界条件造成材料尺寸影响下仍然具有稳定的热传导效率。对ZAZ和Si/Sn异质结的研究探明了基于硅烯纳米带的两种不同的异质结的输运性质,异质结构对纳米带差分电导的影响规律,以及异质结与负微分电阻之间的关联机制,为具有异质结的二维纳米结构分子结器件的潜在应用提供了一定的理论支持。