随着实验制备技术和高通量计算的不断进步,越来越多的新型二维层状材料被相继发现。其中诸如石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）和层状磁性半导体等二维材料在纳米光电、热电、磁电、和谷电子器件等领域展现了出广阔的应用前景。这些二维材料也为人们构建各类具有独特物理性质和器件功能的范德瓦尔斯（vdW）异质结提供了丰富的材料选择。近年来,利用和操控电子的谷自由度作为信息载体已逐渐成为凝聚态物理的研究热点。单层TMDs由于具有直接带隙、大的自旋劈裂、和自旋-谷锁定等特点,从而成为谷电子学研究的最佳候选材料。通过将TMDs与其它二维材料组成不同类型的异质结的方式以优化其电子和能谷性质受到了大家的广泛关注。本论文主要利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法,对基于TMDs所组成的vdW异质结的电子和能谷性质进行预测和调控,主要内容和结果如下:首先,我们发现MoS₂/WSe₂异质结结构的带隙可以通过厚度工程和垂直电场进行显著的调控,并且最终可以在K和K’谷处得到自旋-谷耦合的狄拉克锥型电子能带结构。MoS₂/WSe₂双层异质结的本征能带结构为直接带隙,其导带底位于MoS₂层,但价带顶位于WSe₂层,形成II型能带带阶,并且通过施加垂直电场的方式可以很容易地将其改变为I型能带带阶。这种具有像狄拉克锥一样的特殊能带色散关系以及每一种不同的带阶类型在构建不同种类的功能设备方面都有特殊的应用。其次,我们对一系列TMD/二维（2D）磁性材料vdW异质结进行了比较研究,发现基于TMDs的范德瓦尔斯异质结构中谷劈裂的大小与磁近邻效应的强度有关,而磁邻近效应与层间电荷转移和库仑相互作用呈正相关。因而对于相同的堆垛结构,只有当vdW异质结为III型,而不是I型或II型能带带阶时,才能得到较大的谷劈裂。我们在TMD/NiY₂（Y=Cl,Br,I）vdW异质结中详细地证明了这一发现,并预测了几个具有大的谷劈裂的异质结结构。我们的发现有助于初步判断某种磁性材料是否能使TMDs产生大的谷劈裂,为实验和技术应用提供指导。接着,我们预测了能够使单层TMDs产生大的谷劈裂且具有室温铁磁性的vdW异质结。计算结果表明,在由单层室温铁磁性金属材料MnSe₂和单层MoTe₂组成的双层异质结中,单层MoTe₂中的本征谷劈裂达到了69meV,相当于在345T的外磁场所能引起的塞曼分裂。此外,垂直压力和平面双轴应变均能有效的调控谷劈裂,尤其是在垂直压力调节下,单层MoTe₂的总的谷劈裂值最高可以达到143meV。我们希望在基于室温铁磁的2D/2DvdW异质结中所实现的巨大谷劈裂能推动电子学器件的实际应用发展。最后,通过构建一系列基于TMDs的且具有不同对称性的三明治结构异质结,我们发现异质结中的TMDs层的自旋劈裂和谷劈裂得到了巨大的提升。其中在具有镜面对称性和时间反演对称性的MoTe₂/MoSe₂/MoTe₂三明治异质结中实现了MoTe₂中的双倍自旋劈裂效应。而在所构建的TMDs/磁性材料/TMDs三明治异质结中,不管是在无镜面对称性和无时间反演对称性的MoTe₂/NiCl₂/MoTe₂中,还是在具有镜面对称性但无时间反演对称性的MoS₂/h-VN/MoS₂和MoTe₂/TaSe₂/MoTe₂中,都实现了TMDs层中的巨大谷劈裂。并且通过对比其相应的磁性/TMDs双层结构,发现三明治异质结中的谷劈裂得到了显著的提升。这一发现为增强TMDs中的自旋劈裂效率和谷劈裂强度提供了一种新的思路。