伴随着电子器件的不断小型化，传统的硅基半导体电子器件即将面对各种量子效应的挑战，比如电子衍射，隧穿和干涉等效应。因此研究分子级别电输运的分子电子学吸引了大量实验和理论研究的注意力。分子电子学的目标是利用分子团簇，超分子或者单分子来代替传统的宏观尺度的硅基半导体器件，并构建逻辑电路或者功能强大的电脑。而且分子电子学是基于量子力学的，自然能够克服传统硅基半导体面对的量子效应的困难，从而突破其物理和尺度上的极限。分子电子学的主要内容包括分子电子器件的合成，通过组装分子电子器件来实现逻辑电路以及对各种电子器件功能的测试。人们相信新一代的分子电子器件能够超越传统的CMOS技术，实现具有全新样式和先进输运机制的纳米器件，例如可以通过自旋电流来代替电荷电流的自旋电子器件。在凝聚态物理学中，自旋电子学是研究自旋极化，自旋电流以及如何操控自旋这个自由度的内在量子输运机理。相对于传统的电子器件，自旋电子器件具有如下几种优势：有极高的敏感度，很低的能量消耗，工作速度快以及高密度。通过使用先进的计算方法，我对一些纳米尺度电子器件的输运性质进行了全面系统的研究，计算了他们的电流电压曲线，输运谱，分子投影自洽哈密顿本征值以及能带结构。结果表明它们是优秀的纳米电子器件，具有整流效应，负微分电阻效应，自旋二极管效应以及隧道磁阻效应。我的研究工作主要集中在以下几个方面：一，利用硼掺杂的石墨烯纳米带构建P-N结。P-N结的右边是中间掺硼的石墨烯纳米带，P-N结左边是边缘掺硼的石墨烯纳米带。运用非平衡态格林函数结合密度泛函理论，我计算了硼掺杂的石墨烯纳米带P-N结的输运性质。通过计算体系的电压-电流曲线，输运谱，分子轨道，可以体现硼掺杂的石墨烯纳米带P-N结具有显著的整流效应和新颖的负微分电阻效应。我还发现通过调节硼的掺杂密度可以操控体系的整流率还可以产生负微分电阻效应。这种硼掺杂的石墨烯纳米带P-N结不同于传统的P-N结。传统的P-N结是通过掺杂受体和给体来构建P型和N型区域。我所构建的硼掺杂的石墨烯纳米带P-N结的输运机理是源于硼掺杂的石墨烯纳米带的边缘和中心区域电荷的相互作用以及电荷载流子与杂质之间的相互作用。二，以前的实验运用分子束外延生长技术，实现了生长在ZnTe基底上的闪锌矿相CrTe薄膜。因此我利用ZnTe/CrTe异质结来构建P-N结和磁隧道结。根据实验结果，我将(001)和(011)面选作体系的晶面。闪锌矿相CrTe是半金属磁体，ZnTe是半导体。计算结果表明，ZnTe/CrTe P-N结具有突出的自旋二极管效应和特殊的各向异性。(001)面ZnTe/CrTe P-N结的整流率要远高于(011)面ZnTe/CrTe P-N结.他们的自旋二极管效应表现为少数自旋电流被完全抑制，负偏压下的多数自旋电流远小于正偏压下的多数自旋电流。CrTe/ZnTe/CrTe磁隧道结的磁阻率高达4×109%。显示其用作实际电子器件的巨大潜力。