材料的尺度在至少一个维度方向上达到纳米范围(1-100nm)时，称为低维纳米材料。例如，零维的量子点、原子团簇，一维的纳米线、纳米管，二维的量子阱、纳米薄膜等。利用此类材料的量子限制效应，人们发展了一系列新型的光电子、光子信息等功能材料及相关器件。基于Si，C，BN等无机材料的低维纳米结构，引起了科学工作者的广泛关注。本论文通过基于密度泛函理论的第一性原理方法，结合多体格林函数加屏蔽库仑相互作用(GW)和Bethe-Salpeter方程，研究了一维石墨烯纳米带和硼氮纳米带、纳米管与二维硅原子薄膜的电子结构，并在此基础上揭示了这几种低维纳米材料结构中激子的形成和光学吸收性质。具体内容包括以下几个方面:　　 (1)“V”型石墨烯纳米带(CGNR)的电子结构和光学性质。发现这种“V”型石墨烯纳米带激子的结合能高于常规石墨烯纳米带(GNR)，表明其能够更有效地限制电子和空穴。CGNR的激子吸收峰在整个吸收谱中占主导地位，与构成它的常规GNR相比，其吸收谱线有明显的蓝移。此外，CGNR中单-三重态激子能量的分裂也要高于常规的GNR。　　 (2)氮化硼纳米带（BNNRs）的电子结构和光学性质。计算表明，在这种低维宽带隙半导体材料中，激子的结合能高达到几电子伏特。考虑多体相互作用后，纳米带吸收谱线中激子吸收峰占主导地位，且吸收谱整体向低能区移动。锯齿型BNNRs的光吸收谱明显不同于扶手椅型，可以用来区分这两种纳米带。在这些BNNRs中，我们还发现了由于偶极跃迁选择定则限制导致的暗激子，这些暗激子可能影响材料的发光性质。　　 (3)单壁和双壁氮化硼纳米管的电子结构和激子光学性质。比较研究了扶手椅型双壁结构氮化硼纳米管(5，5)@(10，10)和单壁结构(5，5)及(10，10)的电子结构和光学性质，发现准粒子带隙对LDA带隙的修正在两种结构中均很大，可达二点几电子伏。在双壁结构的吸收谱中，能量低于最高吸收峰的区域存在一些（半)暗激子态，这些（半）暗激子是由电子在壁间的转移引起的。这种电子转移形成的激子，可以使电子和空穴位于不同的纳米管，这样能够更有效地分离激子。我们还进一步发现，不同于碳纳米管，双壁氮化硼纳米管中的光激发电子是从外管转移到内管。此外，外管对内管的屏蔽作用导致双壁结构的激子结合能低于单壁结构的激子结合能。　　 (4)少数层氢化硅原子层薄膜稳定性、电子结构与光吸收性质。研究了氢原子钝化硅Si(111)薄膜的稳定性、电子结构和光学性质。计算表明，随着Si原子层数的增加，体系结合能减小，表明这种薄膜结构越来越稳定，实验上合成这种材料是可行的。氢化硅原子层薄膜的带隙随着原子层数的增加逐步减小，并趋于块体Si的带隙值。另外，给这种薄膜体系施加外加电场时，其带隙随着外加电场的增大而减小，甚至出现了由半导体向金属转化的行为。此外，和块体Si相比较，单层和双层氢化硅原子层的吸收光谱向高能区域移动，表明这种薄膜结构能进一步拓宽Si材料的光谱吸收范围。