近年来,随着电子器件和机械器件尺寸的逐渐缩小,一维金属纳米线由于具有优良的力学、电学和光学特性以及其在纳米科技中的潜在应用而备受关注,其中贵金属(如金Au、银Ag和铜Cu)及其合金纳米线在实验和理论方面被广泛研究,在结构和物性方面具有代表意义的单原子链(线径内包含一个原子)在实验上已被成功制备。本文采用基于密度泛函理论下的第一性原理计算方法,研究了一维贵金属Au、Ag和Cu单原子链及其合金单原子链以及一维Cu-Fe单原子链的驰豫结构、稳定性、能带结构、态密度分布和磁性。本文的主要研究内容和结论表述如下:(1)系统地研究了线性、梯形和锯齿形Au、Ag和Cu单原子链以及Au-Ag、Au-Cu和Ag-Cu合金单原子链的结构稳定性和电子特性。采用弦张力标准而非传统的能量标准来确定合金单原子链的稳定性,有限长悬空Au-Ag和Au-Cu合金单原子链的弦张力在轴向晶格常数分别为4.80 A和4.60 A时出现极小值,所对应的锯齿形结构稳定性较高,与实验结果一致;而有限长悬空Ag-Cu合金单原子链的弦张力不存在极小值,因此其在实验上是不易制备的。能带结构表明不同构型合金原子链均表现出金属特性。计算结果表明Au元素的相对论性效应和两尖端电极间弦张力的共同作用可以有效抑制纳米材料中的“自净效应”,从而导致稳定Au-Ag和Au-Cu合金单原子链的形成。(2)系统地研究了轴向应力作用下均匀交替构型和二聚体构型Cu-Fe合金单原子链的结构稳定性和磁性。均匀交替构型Cu-Fe合金单原子链在较大的原子间距范围内能够稳定存在,而二聚体构型合金单原子链中易于形成Fe2二聚体结构,稳定性较低。Cu-Fe合金单原子链在应力拉伸作用下由锯齿形结构向直线形结构转变的同时,其磁耦合特性也由铁磁耦合转变为反铁磁耦合。电子结构的分析表明Cu原子和Fe原子间的轨道杂化和电荷转移导致了 Cu-Fe合金单原子链的高稳定性。