石墨烯的成功剥离不仅激发了科研工作者对低维材料的研究热情,打开了一个全新的科学研究领域,更重要的是为人类寻找低维材料提供了实验依据,推动了生物、化学、材料等基础学科的发展。相比传统的块体材料,由于维度的降低,低维材料受量子限域效应、表面和界面等效应的影响,表现出新颖的物理化学性质,比如独特的电子结构、丰富的可调控特性和优异的铁电性,是未来信息、能源等领域先进技术的优良载体。除了石墨烯之外,过渡金属二硫属化物和黑磷也是“明星”低维材料。尽管低维材料有许多优秀的特性,其研究也经历着一些挑战:石墨烯的带隙为零,导致其开关比很低,载流子寿命不长,限制了它在晶体管中的应用;黑磷在空气中容易被氧化,稳定性差,难以在器件中直接应用。到目前为止,实验上鲜有报道带隙大于2.5 e V的理想宽带隙半导体,限制了蓝光、紫外光方面的应用。蓝光发光二极管（LED）在全彩大型平板显示系统、高密度光存储系统、高速打印系统等设备中应用广泛;与可见光和红外光探测器相比,紫外光区域工作的光电探测器是许多商业和军事应用的重要设备,比如臭氧层监测、火焰探测和导弹预警系统,这些器件的实现需要高质量的宽带隙半导体材料。总体上,种类和数量的不足是主要问题,现有的材料自身也存在不可避免的缺陷,这限制了它们在多功能器件中的实际应用,所以寻找和研究新的低维材料是大势所趋。随着量子力学的发展,借助理论模拟的方式筛选和设计新材料,既可以提升实验工作的效率,又可以节约“试错”成本,是理论和实验之间的重要桥梁。在本论文的工作中,我们采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,预测并研究了一系列新型低维III-VI-VII主族三元化合物的结构及性质,分析了这一类低维材料的结构和电子性质的不同,检验了处于低维结构时的稳定性,明确了应变和层厚对于电子结构的调控作用,着重阐述了该体系中可能存在的拉伸应变诱导下的铁电相变。希望通过对这些新型功能材料的研究,可以满足器件微型化对低维材料的需求。主要研究工作如下:一、根据第一性原理计算,我们预测了一种新型的二维In Te I单层材料。通过剥离能的计算,证明了从块体中机械剥离出二维单层的可行性,并根据声子谱和分子动力学模拟验证了单层的动力学和热力学稳定性。In Te I单层的能带带隙为2.735 e V,载流子迁移率具有各向异性,其中电子迁移率高达10~5 cm~2 V-1 s-1,高于大多数二维材料。同时,我们还计算了多层的能带结构和迁移率,与单层进行了比较。此外,还发现二维In Te I材料表现出比黑磷更优异的抗氧化性能。本工作不仅发现了一种新型的二维宽带隙半导体材料,并且展示了它们在纳米电子学和光电子学方面的应用潜能。二、基于第一性原理计算,我们预测分析了一维In Se I纳米链的结构和性质。块体中纳米链之间通过范德华作用相连接,故可以机械剥离出室温下稳定的一维单纳米链。我们计算了纳米链的能带和载流子迁移率,发现它是带隙为3.15 e V的直接带隙半导体,其空穴和电子迁移率也与已经报道过的其他一维材料相当。在一定的应变作用下,能带发生变化,可以实现对电子结构的调控。研究中发现随着链数的增加,纳米链簇依然能够保持其直接带隙的特性。此外,我们对光学性质进行了分析,发现In Se I纳米链在紫外光区域具有较高的吸收系数,这也是一种很有前景的光电材料。三、随着对铁电器件微型化要求的不断提高,低维材料的铁电性非常重要,但铁电体特别是一维铁电体数量有限。在对之前理论预测得到的In Se I纳米链进行抗拉伸能力的测试过程中,得到了具有非中心对称P42空间群的新型In Se I纳米线。本工作研究了其一维铁电性及实现极化翻转的三种不同路径,其中最小能垒为97 me V/f.u.,可以通过一个独特的四步协调过程来实现。此外,P42-In Se I纳米线是带隙宽3.25 e V的直接带隙半导体。我们还研究了其自发极化、电子结构、压电性质和载流子迁移率,这种范德华相互作用形成的稳定阵列结构是有前途的高密度非易失性存储器等纳米电子学器件材料。