随着科技的迅猛发展,电子元器件朝着尺寸更小、集成度更高、能耗更低、运行更稳定以及智能化程度更高的方向发展。但是,元器件尺寸的减小会导致明显的量子效应以及热耗散问题。分子器件由于避免了量子效应的限制,成为电子器件发展的新方向。本文选择石墨炔纳米带作为电极,一维碳原子链或石墨炔链为中心散射区,设计构建了新型石墨炔基分子器件,并采用非平衡格林函数和密度泛函紧束缚理论相结合的方法,研究了所构建器件的电输运特性,为石墨炔在分子器件中的应用提供了有益的理论指导。论文主要研究工作和结论如下:(1)研究了碳链与石墨炔电极在不同连接方式下的电输运特性。研究结果表明:碳原子链的长度和链条个数可以很好地调制器件的电子传输性能。随着链条长度的增加,器件的电导表现出奇偶效应,即相同偏压下,奇数碳原子长度碳链器件的电流大于偶数碳原子长度碳链器件;单根碳原子链连接的石墨炔基分子器件呈现出良好的欧姆接触特性、负微分电阻现象和双向隧道二极管效应;双根碳原子链连接的石墨炔基分子器件具有显著的稳流特性。此外,通过模拟计算器件的总态密度、局域态密度、分子轨道的投影自洽哈密顿量、静电势分布,从电子结构角度给出了器件具有上述丰富物理效应的微观机制。(2)研究了石墨炔链与石墨炔电极在不同连接方式下的电输运特性,探讨了氮原子取代对炔链分子器件电输运性质的影响。研究结果表明:炔链的对称性、长短、条数、氮原子取代位置对器件的电输运特性起着关键作用。无掺杂时,非对称炔链石墨炔基分子器件的电输运特性优于对称炔链;炔链越短,器件的导电性越好;并且NDR现象是受炔链分子的构型调制的,非对称的单根短炔链分子有着更加明显的NDR效应。氮原子掺杂后,氮原子取代六元环上的碳原子有利于电子在两极间传输,且链越长越有利于电子的传输;氮原子取代电极连接处的碳原子对电子的传输有抑制作用,且链越短电流越大。旋转炔链分子使得器件产生了开关效应,其中将炔链沿着垂直于电子传输的方向旋转90°后,器件呈现“关”态,这表明其在分子开关领域中的潜在应用。此外,所构建的单石墨炔链-石墨炔电极分子器件呈现出良好的欧姆接触特性和双向负微分电阻效应,双根炔链连接的石墨炔基分子器件具有显著的稳流特性。研究结果可为下一代分子器件的设计提供很好的借鉴。