随着信息技术的快速发展，量子效应在半导体集成电路中越来越不容忽视，逐渐成为其中电荷输运的主导效应。微电子学在传统工艺的基础上设计制造集成度更高、性能更优异的电路时，将会面临越来越大的困难，这将使得整个信息技术产业面临硬件层面的停滞。要延续当前集成电路的发展趋势（Moore定律），探索新的技术路线势在必行，而科学界所公认的最具可行性的路线之一就是发展分子电子学——用分子官能团来构建功能器件，组成电路，最终实现“自下而上”自组装地“生长”集成电路。　　 近30年间，随着STM、MCBJ、AFM、SAM、C60、CNT、Graphene等实验技术和材料的相继问世，分子电子学已经由早期的理论预言发展成为一个规模庞大、成果丰富、涉及物理学、化学、材料科学以及生命科学等领域的交叉学科。在众多实验和理论研究热点中，分子整流效应与分子整流器一直以来受到极大地关注，成为最热门的问题之一。　　 本文首先回顾了IT技术与分子电子学的发展历程，简述了三种分子整流器模型机理与特点，然后简要阐述了本文理论研究所用的理论模型与方法，包括:SSH哈密顿量、格林函数方法、SSH+NEGF方法、第一性原理计算方法。针对文献中实验观测到的分子整流器，采用上述方法分三部分进行了讨论:　　 一、针对Yu研究组在Au(111)/2Ph2Py/Au(STM Tip)分子整流器的研究，采用SSH+NEGF方法，建立沿电荷输运方向的准一维分子结模型。成功的模拟再现了实验中的分子整流器，讨论分子结的整流机理。然后通过调整参数，模拟对分子结中的电子—晶格相互作用的调制，来实现对分子的电偶极矩的改变，最终可以实现对分子结中的电荷输运性质的调制。发现当分子结的电子—晶格相互作用增强时，分子的电偶极矩近乎线性的下降，进而发现分子结的正向开启偏压随电偶极矩增大而近线性的下降。　　 二、针对Whitesides研究组基于SAM技术和导电AFM技术的Ag/HSC11 Fc/GaIn分子结实验，采用基于DFT+NEGF方法进行了模拟。为了证明分子结的整流效应是HSC11Fc分子内禀属性，我们建立了一系列具有对称电极的Au(111)/HSCnFc/Au(111)(n=11，9，7)分子结，并在其中发现明显的整流现象，得到HSC11Fc的整流比RR11～100，而HSC9Fc的整流比RR9＜10，这与实验结果符合得很好。我们发现此分子结满足π-σ模型。通过对Whitesides的模型进行修正，成功地解释了在n=11的分子结的整流比明显大于n=9和7的原因。同时指出只有当分子结足够长时，才能有很大的整流比。虽然此类分子结有出色的整流效果，但是，分子结中包含较长的饱和烷链，因而电导率过低，使得开启后的电流仍然太小。所以，我们设计并模拟了由四联苯构成的分子结，通过施加不对称门电压来实现的可控整流方向的分子晶体管。　　 三、通过DFT+NEGF的方法，改变分子结中的发子构象，更为形象具体地展现了分子结中电子—晶格相互作用对π共轭分子整流器中的电荷输运的影响。电子—晶格相互作用会使得分子中各官能团之间发生相对扭转畸变，从而对电子输运性质产生影响，实现分子结的整流性能。　　 最后，进行了总结与展望。