随着集成电路规模不断的扩大，电子器件的尺寸变得越来越小，基于硅的传统微电子技术已经逼近了量子力学极限，微电子技术的进一步发展亟需新的材料和新的机制。纳米材料的不断涌现为电子技术的进步提供了可能。由于尺寸上的特点，纳米材料表现出由量子限域效应引起的弹道输运、量子隧穿等多种奇特的电学特性。基于此，有机小分子、石墨烯、石墨带等碳纳米材料以及单原子链、磁性隧道结等磁性纳米体系表现出丰富的电学性质。利用这些纳米材料及其特性可以设计出功能各异的新型纳电子器件，推动电子技术的发展。本文中，我们利用密度泛函理论、紧束缚近似和格林函数等方法研究了几种典型的低维碳纳米材料和磁性纳米体系的电子输运性质，发现了一些新的电子输运现象，解释了其中的机制，并讨论了它们在纳电子学和自旋电子学方面的应用。　　本文主要内容如下：　　第一章，介绍了纳米材料所特有的一些特点，包括低维性、量子限域效应等，并对基于纳米体系的纳电子学和自旋电子学做了一个简要概括。最后介绍了本文所要研究的内容。　　第二章，主要介绍了本文所用到的理论计算方法，包括密度泛函理论、紧束缚近似方法、Landauer-Büttiker公式和格林函数理论。其中，我们将紧束缚近似应用于SnTe这种拓扑绝缘体材料，建立了其紧束缚模型，并基于第一性原理计算给出该模型的紧束缚参数。　　第三章，对光学开关分子DHA/VHF体系的电子输运性质进行了计算和解释，并研究了化学基团吸附对其开关特性的影响。通过第一性原理的计算，我们发现两种分子导电性的差异源于它们在费米面附近本征态局域性的差别。此外，我们还研究了Br、CH3、NO2这三种基团吸附在DHA/VHF体系上对其开关特性的影响。根据计算结果，我们发现吸附位置是影响该体系开关性质的主要因素。当这三种基团吸附在某个特定位置时，整个体系的开关比会大幅度提高。基团本身对开关性质也会有影响，其中NO2的吸附不会减弱体系的开关特性。　　第四章，研究了由锯齿形石墨带和扶手椅形石墨带组成的双层石墨带结构对锯齿形石墨带的电子输运性质的影响。此外，扶手椅形石墨带对锯齿形石墨带的作用会受到扶手椅形石墨带的宽度、外加偏压大小和两层石墨带的堆叠方式等几个因素的影响。　　第五章，研究了T型石墨带的能带结构和电流-电压特性。扶手椅形T石墨带的能带表现出对于结构对称性的明显的依赖性。在宽度为偶数的扶手椅形T石墨带的能带上有狄拉克点出几种低维碳纳米结构和磁性纳米体系的电子输运研究.　　其中的电子表现出类狄拉克-费米子的特点，而奇数宽度扶手椅形T石墨带的能带中则有一个明显的带隙。在扶手椅形T石墨带和锯齿形T石墨带构成的两电极体系中，我们分别发现了负微分电阻和线性的电流-电压特性曲线，这两种现象与两者能带结构的特点密切相关。　　第六章，我们主要研究了自旋螺旋结构和磁性孤立子对一维Mn单原子链的电子输运性质的影响。在自旋螺旋体系中，我们发现Fano共振现象的存在，这个现象可以归因于局域的d态和导电通道的扩展态之间的耦合作用。对磁性孤立子体系而言，随着中间铁磁区域长度的增加，Fano共振现象得到加强，透射谱上表现出透射峰劈裂的现象。借助于一维非共线磁性多层势垒的理论模型，我们发现上述现象广泛存在于一维自旋螺旋和磁性孤立子体系中。最后，我们讨论了自旋轨道耦合对Mn单原子链的电子结构和电子输运的影响。　　第七章，我们计算了Cu的氧化层对Cu/EuO/Cu隧道结的电子输运性质的影响。结果表明，Cu/O层的存在对费米面处多数自旋的透射系数有明显的改变，这是由于Cu/O层改变了EuO和Cu电极之间的耦合作用，使Cu电极的费米面处于EuO能带的不同位置导致的。　　第八章，对本文研究工作进行了总结和展望。