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过去人们在研究磁性纳米体系输运时通常只考虑共线磁结构的情况，然而在真实的物理体系中总是会出现非共线的磁结构。最近的研究结果揭示了非共线体系中出现的许多新现象，例如电流诱导的自旋转矩等，在这些现象的背后往往蕴含着丰富的物理内容。特别是在铁磁/非磁金属界面上，铁磁性原子磁矩有可能形成非共线排列，这些非共线的原子磁矩与电子的自旋之间能够通过交换作用，进而引起电子在输运过程中发生自旋翻转，使得自旋向上和自旋向下的输运通道发生了混合，并且处在超导态的非磁金属还能够在铁磁体一侧诱导出长程的自旋三重态配对超导性。由于非共线磁结构的引入使得问题变得复杂，目前的实验和理论还并不完备，本文试图从推广的基于第一性原理的方法出发，来研究这些具有非共线磁结构纳米体系的电子输运性质。
首先人们想要了解的就是在界面上的自旋翻转几率的大小，虽然在铁磁非磁金属多层膜的输运实验中间接的得到了一些铁磁/金属界面的自旋翻转几率，但是至今仍然缺乏有效的第一原理计算由非共线磁结构引起的自旋翻转几率和对输运性质的影响。本文利用推广的基于第一性原理计算散射矩阵的方法，首先计算了具有界面非共线磁结构的Cu/Co(111)界面的电子输运，其中假定了界面磁性原子的磁矩方向满足高斯随机分布来模拟界面的自旋翻转过程。通过计算我们得到了Cu/Co(111)界面的自旋相关的电导包括自旋翻转的电导分量与界面磁矩方向随机分布宽度的关系，发现当分布宽度大于一定的临界值时自旋相关电导出现饱和。在一定的随机分布宽度下，我们定义的自旋翻转几率接近实验值P=1～ e-δ，其中δ=0.25±0.1。此外，我们还计算了具有自旋翻转界面的Co/Cu/Co自旋阀结构的磁电阻，得到了磁电阻与界面磁无序大小的关系。
其次，铁磁/超导界面上的自旋翻转能够在铁磁体一侧诱导出长程的自旋三重态配对超导性，其中超导/半金属铁磁/超导约瑟夫森效应就与此有关。此外，实验上从Andreev电导谱测量到的半金属铁磁材料的自旋极化率并不严格为1，这里的差别也可以用界面上出现自旋翻转来解释。本文利用推广的基于第一性原理计算散射矩阵的方法，结合Andreev近似，通过计算具有界面自旋翻转过程的铁磁/超导界面的Andreev反射电导谱来研究相关问题。首先计算了干净和无序Fe/AI(O01)界面以及Fe/Ag/Fe/Al(OOl)的电导谱，得到了自旋单重态和自旋三重态对电导的贡献。还计算了半金属铁磁体/超导体界面的Andreev反射电导谱，包括CO2MnSi/AI(OOI)和CrAs/AI(OOI)界面。在零温下我们发现对于干净界面，能隙以下的Andreev电导谱会出现电导峰结构。而对于无序界面的情况，发现引入很小的界面无序就使得能隙以下的电导峰结构消失。当考虑有限温度展宽效应时，为了在实验上观测到能隙以下电导峰结构，体系的温度必须远远小于超导转变温度。
最后，磁畴壁作为一种普遍的非共线磁结构，能够在极化电流产生的自旋转矩作用下整体向前运动。本文从第一性原理出发计算了磁畴壁中极化电流诱导的自旋转矩分布，得到了非绝热的自旋转矩贡献。结果表明在Co材料磁畴壁中的自旋转矩的非绝热程度很小，而Ni材料磁畴壁中的非绝热自旋转矩不能忽略，其大小随着畴壁厚度的减小而增加。为了研究非绝热自旋转矩对畴壁运动的影响，结合第一性原理数值计算了电流推动下的磁畴壁运动方程，发现在非绝热自旋转矩作用下磁畴壁构型会发生畸变，而在磁畴壁发生明显畸变之前，相同极化电流密度推动下厚度越薄的磁畴壁得到的运动速度越大。