二维MXene是一类新型过渡金属-碳/碳氮/氮化物材料,最早发现的MXene是Ti3C2Tx,由美国Drexel大学Gogotsi课题组利用HF酸从三元层状前驱体MAX材料Ti3Al C2中选择性蚀出Al原子后获得。近十年以来,人们对MXene材料从理论和实验方面进行了大量研究,发现其具有优异的力学、光学、磁学和热学等性质。前期对MXene的研究主要集中在电容器、电池、光催化和光电子器件等领域,但考虑到MXene材料表面官能团引起丰富的磁效应,还可以应用于开发新型的介观尺度的场效应晶体管、磁性读头、信息处理转换器和传感器等。基于以上考虑,本论文以设计新型MXene隧道异质结为目的,从寻找具有半金属性的MXene铁磁层材料出发,首先研究-OH,O,S,F,Cl和Br表面官能团修饰的二维单层MXene材料Nd2N,继而对双层Fe2NO2Hx/Ti2CO2（x=1.5,1）异质结的电子性质以及范德瓦尔斯（van der Waals,vd W）异质结Cr2NO2/Ti2CO2/Cr2NO2的输运性质进行了相关研究,具体工作如下:（1）研究了MXene材料Nd2NT2（T=OH,O,S,F,Cl和Br）的半金属性。通过热力学稳定分析表明Nd2N和Nd2NT2（T=OH,O,S,F,Cl和Br）能够稳定存在。研究了表面官能团-OH,-O,-S,-F,-Cl和-Br对Nd2N电子结构的影响,发现在官能团存在时具有半金属特征,半金属带隙宽度高于1.70 e V,功函数范围为1.83～6.50 e V。在双轴应变下,发现Nd2NT2（T=OH,O,S和Br）在压缩应变下从半金属转变为金属,在拉伸应变下从半金属转变为半导体,对于Nd2NF2和Nd2NS2来说,在一定压缩应变和拉伸应变都破坏了半金属性,使其从半金属转变为金属。最后,计算了Nd2NTx（T=OH,O,F）不同比例x（x=0.5,1（I,II）,1.5）表面官能团的电子性质,发现Nd2NO1.5具有半导体特征,而Nd2NO（II）具有半金属的特征,其他不同比例官能团的结构显示了金属特性。本研究表明,新型镧系MXene材料在自旋电子器件中具有很高的应用潜力。（2）研究了双层Fe2NO2Hx/Ti2CO2（x=1.5,1）堆叠异质结的结构、磁性和电子性质。研究结果表明,双层Fe2NO2Hx（x=1.5,1）具有半金属的特征,且具有较大的磁矩,分别为11μB和12μB。研究了四种不同的原子界面,分别为Bridge（H-O）、Top（H-O）、Bridge（O-O）和Top（O-O）。研究发现界面处的原子受到邻近原子的影响,表现出不同的弛豫行为。此外,界面对称性破缺引起的再杂化使得磁性原子的原子自旋磁矩发生变化,在界面处存在RKKY磁交换现象。电子结构分析结果表明,Bridge（H-O）和Top（H-O）界面仍然保持非常高的自旋极化率,高达90%以上,而Bridge（O-O）和Top（O-O）界面保持了100%的自旋极化率。表明在自旋电子器件的应用中,Bridge（O-O）和Top（O-O）原子端面可能比Bridge（H-O）和Top（H-O）原子端面在自旋电子器件的应用具有较好的优势。（3）研究了MXene基范德瓦尔斯（vd W）连接的异质结Cr2NO2/Ti2CO2/Cr2NO2电子输运性质。在零偏压下,通过分析费米能级的电子透射谱系数和投影态密度,发现两个电极的磁场处于平行（Parallel configurations,PC）时电子透射谱系数比反平行（Antiparallel configurations,APC）时电子透射谱系数高约11个数量级,由此获得了超高隧道磁阻（Tunneling magnetoresistance,TMR）比1.92×1013%。研究了不同偏压下的自旋电流和电子透射谱,当偏压从0 V增加到0.1 V时,Cr2NO2/Ti2CO2/Cr2NO2磁隧道结保持良好的输运性质,估计TMR比保持在7.51×1012%以上,可以认为该vd W型异质结具有优秀的磁隧道结的潜力。总的来说,本工作从二维层状材料MXene材料的半金属性出发,深入研究了MXene/MXene异质结和MXene/MXene/MXene磁隧道结的磁电性质和自旋电子输运性质,这为了解磁性的来源,异质结界面的磁性交换及界面自旋极化率以及磁隧道异质结的自旋电子输运效率有极大的帮助,也为实现二维自旋电子学器件的制备提供了理论指导。