2004年,研究人员首次在实验上制备了石墨烯,自此引发了对二维材料研究的新热潮。由于石墨烯所具有的优异的物理性质,它被看作最有可能的硅材料替代者。而二维石墨烯材料为无带隙半金属,为了打开其带隙,对石墨烯进行功能化成为了研究的必经之路。与此同时,石墨烯的发现也在一定程度上鼓励了研究人员对新二维材料的制备和研究。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法,对功能化的石墨烯纳米带和一维类石墨烯纳米材料(如砷烯纳米管、Fe3GeTe2纳米带)的物理性质进行了研究,以期望为新型纳米材料实际的应用提供参考。首先,我们介绍了石墨烯等新型纳米材料的发现、制备、国内外研究背景及现状、主要研究方法和相关理论。随后,我们理论上提出金属原子(Ti,Ni,Sn和Hg)低浓度掺杂扶手椅型石墨烯纳米带的结构模型,并深入研究了它们的结构稳定性、电子性质、载流子迁移率和器件性质。金属原子的掺杂使得杂化纳米带具有丰富且灵活可调的带隙,这取决于金属原子的种类和掺杂位置。同时,基于形变势理论计算的载流子迁移率表明:金属掺杂可以有效地调控载流子迁移率,并且还可以清楚地观察到大的载流子极化。此外,与原始带相比,金属掺杂可以显著改善纳米带的器件性质,例如产生大的负微分电阻现象。我们也对过渡金属(TM)原子(TM=Co,Y,Rh,Ni,Mo,Ru)低浓度掺杂扶手椅砷烯纳米管的磁电子学性质进行了研究。过渡金属原子的掺杂使得砷烯纳米管具有丰富且可灵活调节的带隙和磁结构,但密切相关于过渡金属原子的种类,如有的过渡金属原子就不能在砷烯纳米管中诱导磁性。杂化管的磁电子性质还可以通过应变和外加电场做进一步的调控。施加应变和电场可以实现杂化管从半-半导体到半金属、双自旋极化半导体、磁性金属和无磁金属的转变,此外,基于形变势理论计算的载流子迁移率表明:不同的过渡金属原子掺杂可以有效地调节杂化管的载流子迁移率。最后,我们对Fe3GeTe2纳米带的结构稳定性和磁电子学性质进行了的研究。计算的结合能以及分子动力学模拟表明纳米带的几何结构是非常稳定的。较大的磁矩及磁化能表明纳米带的磁性非常稳定。同时,计算的结果表明,在费米能级上,NR(5)和NR(7)可以实现100%的自旋极化。当n≤12时,具有轴线对称结构纳米带的自旋极化率远远高于非对称纳米带的自旋极化率,但继续增加纳米带的宽度,其自旋极化率值稳定在一个比较小的范围内。除此之外,拉伸效应的计算结果表明,应变可以灵活地调节两种纳米带的磁矩和自旋极化率,这表明这种材料在研发灵活可调、且室温可用的磁电子学器件方面有潜在应用。