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过去20年间，实验和理论上对金属单原子链的制备及电输运性质进行了广泛的研究。利用MCBJ技术能得到金的一维单原子链，并测得其电导为1G0，也可得到Pt、Ir单原子链，而其他的金属在真空环境里通常难以形成单原子链。但实验研究和理论计算发现，在氢、氧及一氧化碳等气体环境中Ag、Cu、Pt、Fe、Co、Ni等多种金属都能形成单原子链，原因在于吸附了气体原子或分子如 H、O、CO等。同时，这些单原子链表现出一些特殊的电导值如1G0、0.5G0等，对于真空中的单原子链这些电导值是不会出现的，因此其中的机理需要借助于理论计算给出合理解释。本研究主要内容包括： ⑴计算了氧原子掺杂的Au、Cu单原子链的电导随氧原子数目的变化关系，解释了实验中观察到的氧环境中Au链和Cu链的低电导物理机制。对于Au单原子链实验测得的0.6G0电导是由单个氧原子掺入到Au链中引起的，而0.1G0电导则是由单个氧分子插入到Au链中引起的，其中的物理机制是：氧分子的高占据(HOMO)轨道和相邻Au原子的dz轨道形成反键态，导致低电导。对于Cu单原子链，实验上观察到的0.3G0电导是由原子链中的Cu原子和O原子交替排列引起的，这种结构会显著降低单原子链的电导，并使得电导随着氧原子数目的增加产生奇偶振荡。 ⑵研究了磁性Fe单原子链在氢气、氧气环境中的小电导值。Fe-O交替排列的单原子链在拉伸时，电导随着氧原子数目的增多逐渐下降至零，并没有像Ag-O、Cu-O链一样出现奇偶振荡现象。当Fe-O链中的氧原子数超过4个时, Fe-O链变成了半导体。氧原子数目小于4个时，Fe-O单原子链具有半金属性，通过给单原子链施加门电压，改变门电压的极性可选择性地全部过滤掉自旋向下或自旋向上的电流，这说明Fe-O链具有自旋阀的作用。此外，当两个氢原子加入进铁单原子链时，会导致1G0的电导值。这一结果和相关实验结果吻合。 ⑶研究了Au、Cu、Fe单原子链在氢、氧环境中出现1G0及更小电导的机理，并预测了具有自旋过滤特性的Fe-O单原子链的结构。本文的研究结果给相关实验结果以合理解释并预测了具有特定自旋输运特性的Fe-O单原子链的结构，为设计单原子尺度的自旋电子器件提供了理论基础。