纳米电子学是现代微电子技术的发展与延伸,也是现代信息技术得以继续高速发展的物质基础。其研究目的是制造出纳米尺度的电子学元件,组装出高度集成化的芯片。利用纳米材料体积小、能耗低等优势,人们可以实现提高芯片的集成度、实现更高的运算和处理速度、降低芯片的功耗的目标。低维纳米材料由于其特有的小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应等使其呈现出许多奇特的物理化学现象,在纳米电子学中具有广泛的应用前景。　　近年来,随着第一性原理电子结构计算理论的迅速发展和计算机硬件设施的提高,第一性原理模拟计算已经成为物理、化学、材料等学科中的常见研究手段。本文基于密度泛函理论和非平衡格林函数理论模拟了碳管,双层二硫化钼等几利-低维纳米材料制成的纳米器件的电子和输运性质,并对其在纳米电子学领域中的应用做初步的探讨。　　负微分电阻特性可以广泛的应用于各种电子器件当中,如放大器、振荡器、混频器、逻辑电路等等。分了器件之中的负微分电阻现象对分子和金属连接的方式有着强烈的依赖。因此我们关心负微分现象能否在没有桥接分子的情况下,仅仅凭借两个电极被制造出来?在本文中我们系统的研究了两条单壁碳管平行接触时的电子输运特性,并发现了强烈的负微分现象。由于不存在桥接分子,这种结构可以作为最简单的负微分纳米器件。对于不同的接触长度、碳管管径、边缘封口方式等,负微分效应都稳定存在。它产生的原因可以用共振背散射的机制来解释。负微分区域的电流降可以达到20μA,这比传统的分子结负微分器件的电流降要大1-2个数量级,更加适用于能量存储,放大型的纳米电子器件。　　传统的金属型碳纳米管,无论单壁管还是多壁管,对于外电场的效应很不敏感,难以被应用在场效应管制备上。在本文中,我们研究了门压调控下套筒型的双壁金属碳管的电子输运特性。我们发现这种由金属型碳管构成的器件的电导对门压的调控异常敏感,最大的开关比可以达到104,这已经可以和许多半导体型碳管的表现相媲美,并且满足了逻辑电路器件的需要。更重要的是,我们提供了金属材料对于场效应管器件的应用的可能。除此之外,在这种结构中我们也发现了显著的负微分电阻效应。　　能隙调控一直以来都是纳米电子学的研究重点之一。在调控石墨烯能隙方面的最新进展促使我们对二维二硫化钼做出能隙调控的研究。在本文中,我们着重研究了五种不同构型下双层二硫化钼在电场中电子性质的改变。双层二硫化钼的能隙随着场强的增加单调的减小。这种能带调控的方法避免了使用其他一些方法(如切割成纳米带或者化学修饰)中所涉及的制备复杂性和电子迁移率的大大降低的问题。在考虑到加电场后对某些构型反演对称性的破坏,我们认为双层二硫化钼半导体一金属转变的临界电场在1.0 V/A到1.5 V/A之间,并由其堆积方式决定。此外,我们还制作了双门压下的二硫化钼场效应管的模型,通过非平衡格林函数的电子输运研究,得到了与能隙变化相近的电子输运带隙的变化,进一步佐证了之前的结论。