超大规模集成电路已使电子元件的尺寸进入纳米量级,但很难应用现有技术使电子布线小到0.1μm 和在1 mm 2的硅片上制作几十万个门电路。近代高新技术的成就促进了分子电子学这门涉及化学、物理、生物、材料科学及电子工程学的交叉学科的建立。分子电子学研究的是分子水平上的电子学,其目标是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路,乃至组装完整的分子计算机。它的研究内容包括各种分子电子器件的设计、合成、性能测试以及如何将它们组装在一起以实现一定的逻辑功能电路等等。本文重点研究了基于一种重要的有机分子电子材料——聚亚苯基的分子电子系统（包括聚亚苯基分子、分子器件和分子电路等）的一些理论研究成果。本文首先介绍了聚亚苯基分子的导电特性,并和其它几种导电材料进行了比较,同时还对其导电机理进行了理论解释; 然后对几种常见的聚亚苯基分子器件——分子线、分子电阻、分子二极管（包括分子整流器和分子RTD）及其工作原理作了简要介绍。针对分子分子电子学研究的一些难点和关键问题,本文进行了一系列理论研究: 首先,对于分子电子学的一种关键器件——分子整流器,我们用从头算方法对聚亚苯基分子整流器的整流性能进行研究,运用Gaussian 量子化学程序包,采用STO 3-21G 基组,计算几种不同给体和受体基团的聚亚苯基分子的电子结构,通过对计算结果的分析我们可以从中选择出最适合做分子整流器的聚亚苯基分子结构。其次,分子器件特别是具有功率增益功能三端分子器件的非线性的IV 特性研究也是分子电子学的难点和重点之一,本文用聚亚苯基分子给体、受体和共轭π键相连的间隔基构造了一种三端分子器件的模型,用HF 方法从头算方法对其几何构型进行了优化,并提出了一种基于Buttiker 多端响应公式的量子力学方法来计算它的I-V 特性。从计算得出I-V 特性曲线可以看出,这种三端分子器件在门极外加电势的条件下具有开关特性。此外,分子导电的各种机制的研究也是分子电子系统设计的第一步,本文对最基本的聚亚苯基分子电子系统——金属电极-分子-金属电极（Metal-Molecule-Metal,简记为MMM）体系SH-（ pC₆ H₄）₃-SH的电子输运特性进行了研究。首先用密度泛函（DFT）方法计算了分子的电子结构,对其几何结构进行优化,然后用非平衡Green 函数方法