随着科技的进步以及时代的发展,越来越多的二维材料被理论预言或在实验上制备出来,它们可以表现出金属、半金属、半导体、绝缘体和超导等性质。它们的出现不仅满足了电子器件对材料更高的要求,并且已经成为物理、材料和化学家的关注热点。不过迄今仅有几十种二维材料被成功合成或是从其母体化合物中剥离,其中具有磁性的二维半导体结构,由于多了一个自旋自由度,在半导体器件领域具有重要的应用前景。人们通过研究发现,含有过渡金属原子的范德华层状材料具有固有磁性,其中部分镍基过渡金属二卤化物单层在实验上成功制备。它们的出现为二维磁性半导体材料的研究拓展了新的方向,也为人们研究含有过渡金属或是卤化物原子的化合物带来了新的思路。通过对二维磁性半导体材料广泛和深入的研究,人们发现当层状范德华结构的磁性材料维数降低到二维极限后,其单层结构的物理特性会发生巨大的变化,例如,会表现出自旋霍尔效应和谷极化现象。而且,二维磁性材料的磁性可以通过门电极来调控,这一特性揭示了二维磁性材料新的物理性质,同时也为其在自旋电子器件领域的应用提供了新的机遇。本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法研究了几种镍基过渡金属二卤化物的自旋电子输运性质以及光电特性。主要工作分为以下几部分:1、设计了镍基二溴化物-NiBr2单层的概念性纳米器件结构,研究了它们在相同掺杂浓度(3×1013 cm-2)下沿不同输运方向（扶手椅形和锯齿形）的自旋电子输运性质。在不同的方向上,整流效应以及自旋过滤效应在NiBr2单层pn结二极管都有明显的表现,并且,在其亚3纳米pin结场效应晶体管中这两种效应也同样存在。NiBr2单层pin结场效应晶体管的电子传输会明显受到栅极电压的调控,电流随着栅极电压的增大明显受到抑制。另外,NiBr2单层对蓝、绿光有较强的响应,其光电晶体管在两种可见光的照射下可以产生较强的光电流。2、设计了镍基二碘化物-NiI2单层的概念性纳米器件结构,研究了NiI2单层pn结二极管在不同掺杂浓度(3×1012 cm-2和3×1013 cm-2)下沿扶手椅形（A型）方向的自旋电子输运性质。其pn结二极管也表现出明显的整流效应以及自旋过滤效应,不过在较高掺杂浓度下其自旋电子输运性质更强。这两种效应在其亚3纳米pin结场效应晶体管中也同样存在。此外,NiI2单层对绿光有强烈的响应,可促进其光电晶体管产生可利用的光电流。3、最后,设计了镍基二氯化物-NiCl2单层的概念性纳米器件结构,研究了NiCl2单层在3×1013 cm-2掺杂浓度以及锯齿形（Z型）方向的自旋电子输运性质。与上述另外两种材料类似,NiCl2单层pn结二极管在自旋电子输运特性上也表现出明显的整流效应以及自旋过滤效应,并且这两种效应在其亚3纳米pin结场效应晶体管中也同样存在。此外,NiCl2单层对蓝光有较强的响应,其光电晶体管在蓝色可见光的照射下可以产生较强的光电流。以上研究结果揭示了镍基二卤化物单层的多功能特性,为其在半导体自旋电子器件和光电器件领域的应用提供了重要参考。