人类发展的过程就是一部不断进步的材料加工及工具制造的历史。随着单晶硅和掺杂技术的出现,人类通过制作大规模集成电路进入了信息时代。然而,随着摩尔定律接近其物理极限,寻找与硅基兼容的新材料成为了半导体领域的一个重要研究方向。新型二维原子晶体材料因其具有超高的载流子迁移率等优异的电子性质受到人们的广泛关注。目前,随着新型二维原子晶体材料合成方法的发展,石墨烯、过渡金属二硫族化合物等诸多种类的单层二维材料都已经被合成。然而,受限于单层二维原子晶体材料的稳定性,仍有许多理论预言具有优异性质的单层二维材料实验上无法合成,或者虽然可以合成,但尺寸受限。相比于单层二维材料,相对较厚的少层二维材料更加稳定、更易合成,且还保留由于量子限制效应导致的新奇物性,有着更为广阔的应用空间。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了几种少层二维材料的结构及物性,主要研究成果如下:1. 提出了在双层石墨烯/硅烯异质结中利用掺杂与应力的协同效应打开较大能隙的新方法。如何在双层石墨烯中打开一个较大的带隙一直是实验上的难点,在此之前,理论计算提出可以通过外加电场、吸附原子分子等方式破坏双层石墨烯的晶格反演对称性,进行产生带隙。然而这些方法需要大量的电子掺杂才能打开相对大的带隙,增加了后续的器件调控的难度。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,提出了一种打开双层石墨烯带隙的新方法,在Ru基底上的双层石墨烯/硅烯异质结中打开0.2 eV带隙。计算表明在有压应力的双层石墨烯上进行电子掺杂,可以在低浓度电子掺杂条件下打开一个大的带隙（约0.2 eV）。进一步的计算发现,这一带隙的产生并不是压应力和摻杂效应的简单加和,而是掺杂与应力的协同效应,该效应使得双层石墨烯能够产生更大的带隙。实验上通过在Ru衬底上生长得到弯曲的双层石墨烯引入应力,通过在Ru和双层石墨烯之间插入硅烯引入少量的电子摻杂,得到的石墨烯/硅烯异质结确实打开了～0.2 eV的带隙。这一工作为后续获得具有更大带隙的双层石墨烯并应用于电子器件提供了新思路。2. 通过第一性原理计算结合Grüneisen参数理论,预测了少层二维材料Sn Se的热膨胀规律,以及热膨胀效应对于材料力学性质泊松比的影响。随着温度的升高,Sn Se从单层到块材都会表现出一种奇特的热膨胀现象:其原胞长边会变短,短边会变长,直到某一特定温度下发生二级结构相变,使得原胞两边一样长。理论计算表明产生这一现象的原因是Sn Se的弹性刚度系数C_ij和有比热权重的Grüneisen参数（?）之间巧妙的数值关系。与其它负热膨胀的二维材料不同,导致Sn Se负热膨胀的声子振动模式主要是光学支的层内振动模式,不受层数变化的影响。计算同时表明双层和三层Sn Se的泊松比v_ca随着温度的升高逐渐减小,并在某一特定温度下变为负值。这是由于其泊松比层间部分v_ac^inter为正,不随着温度的变化而变化,层内部分v_ac^inter为负,随着温度的升高一直保持负数且其绝对值越来越大。本工作揭示了导致二维负热膨胀材料的新机制,加深了对二维负热膨胀材料的认识,同时为今后构建零泊松比材料提供了新的方法。3. 利用基于密度泛函理论的第一性原理计算系统地研究了V₅S₈体材料和少层材料中的磁结构。本工作详细比较了几种泛函及同位库伦势的选取对V₅S₈体材料磁序的影响,首次通过密度泛函理论计算得到V₅S₈体材料的反铁磁基态,计算表明V₅S₈体材料反铁磁来源于超交换相互作用。进一步研究V₅S₈少层材料厚度对磁序的影响发现,在V₅S₈少层材料厚度减小到1.4 nm至2.2 nm时会发生反铁磁到铁磁的相变,该相变由插层V（1）原子贡献的磁矩主导,该计算结果得到的材料相变厚度与实验相近。进一步考虑应力对V₅S₈少层材料磁序影响的计算发现,实验与计算得到的相变薄膜厚度的差别主要来自于衬底引入的晶格应力。该研究结果提供了一组用于研究V₅S₈体系的密度泛函理论计算中使用的参数,基于这些参数的DFT计算结果首次获得了实验报道的V₅S₈材料的磁有序性,此外,基于这些参数的计算显示出与厚度有关的磁序转变与实验观察结果一致。这为今后理论上更加深入的研究V₅S₈的电子-电子相互作用奠定了基础。