大数据时代的到来对存储芯片的存储容量和运行速度提出了更高的要求,基于冯诺依曼架构的传统计算机面临着多重挑战。忆阻器具有超高的存储密度和极快的响应速度,在计算机存算一体和神经网络仿真等领域有着独特的优势。但是目前主流的忆阻器阻变稳定性和生物可兼容性还不够好。自组装有机分子在具有高度的生物兼容性的同时还可以有效增强功能层材料的稳定性,理论上是最理想的忆阻器功能层修饰材料。但目前还没有人系统的探究自组装分子在忆阻器领域应用的可行性。本文从第一性原理出发,对基于自组装膦酸分子的忆阻器进行了多个方面的探讨。本文第三章建立了四类,共20种具有不同烷基链长度和封端官能团的膦酸分子,对膦酸分子的能量和极性进行了探讨。发现烷基链长度和官能团都能显著影响膦酸分子的电学特性。本文第四章讨论了膦酸分子对惰性电极忆阻器的影响。发现膦酸分子通过氢键或者化学键的方式吸附在忆阻器功能层材料表面,且吸附后结合能为正值,说明膦酸分子可以增强忆阻器的稳定性。同时还发现20种膦酸分子都通过类似金半接触的方式,能显著降低忆阻器的界面势垒,最多可以达到-0.91 e V。本文的第五章对比讨论了膦酸分子对活性电极忆阻器的影响。发现由于电极的活性差异,膦酸分子与忆阻器的结合方式不同于惰性电极忆阻器。同时还发现膦酸分子对活性电极忆阻器的界面势垒也具有调控作用,但由于活性电极表面高态密度带来的钉扎效应,势垒调控作用不如惰性电极明显,最多只能达到-0.3 e V。这些工作对于自组装膦酸分子在忆阻器领域的应用具有一定的指导意义。