现代硅芯片工艺采用自上而下的加工模式,其尺寸已经进入30纳米以下。当器件尺寸小于临界尺寸时,传统半导体工艺将不再适用。利用新材料发展出更小尺度的新型电子器件,已成为21世纪科学研究的趋势。随着分子自组装技术、机械可控劈裂结方法以及扫描隧道显微术等实验手段的发展和应用,基于分子自身特性“自下而上”地构建具有特殊功能的分子器件成为当前分子电子学的研究热点。与此同时,电子输运理论工作也取得了一定成绩,目前已经发展了各种理论模型和计算方法,较为成功地解释了一些分子输运实验的现象和结果,并且为分子器件的设计提供了一些参考。本论文主要是通过电子密度泛函理论(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)方法研究基于并苯分子的单分子结的电子结构和输运性质。本文由以下四章组成。第一章是分子电子学研究领域概况的简介。我们先对分子电子学的产生和近年来的研究进展做了简要的介绍,然后侧重描述该领域中几种常用的实验技术,包括机械可控劈裂结法、扫描隧道显微术、导电原子力显微术以及其他一些“自上而下”与“自下而上”相结合的实验方法。第二章详细介绍本学位论文采用的理论计算方法。本文采用电子密度泛函理论来研究单分子的几何和电子结构性质,在前半部分对密度泛函理论的基本框架进行了描述。对单分子器件电子输运性质的理论研究采用的是非平衡格林函数方法,在后半部分主要介绍该方法的理论基础及其具体形式,最后简要介绍了基于密度泛函理论结合非平衡格林函数方法用于计算分子结输运特性的计算软件ATK的基本工作流程。在第三章中我们研究了串联和并联构型并苯分子结的长度相关电导。Magoga等人指出长链分子低偏压下电导随分子链长度呈指数递减的关系。一些HOMO-LUMO能隙比较大的分子(如硫醇)的输运实验已经证实了这一规则。但是对随分子链增长HOMO-LUMO能隙明显减小的并苯分子,其低偏压下的输运性质,无论是实验还是理论研究结果都存在着争议。通过理论研究,我们发现随着苯环个数增多,对于串联构型并苯分子结其零偏压下电导G(0)先减小而后增大,而并联构型G(0)单调增加。两种构型G(0)变化趋势与实验结果吻合,对其输运机理我们也作了深入探讨。第四章重点讨论一种极性共轭分子的整流效应。我们先对Aviram和Ratner提出的分子整流器模型和分子整流效应研究领域相关实验工作进展进行了介绍,然后对最近合成出的一类极性氮掺杂并苯分子的电子输运性质进行了理论研究。计算结果表明此类极性分子在特定偏压范围内表现出一定的整流效应,这一结果源于前线分子轨道与电极不对称耦合以及分子的极性这两个方面对分子输运性质的影响。