电子器件小型化使得纳米材料成为目前凝聚态物理和材料科学研究领域里的前沿热门课题。本文通过第一性原理数值计算研究了低维纳米结构材料，如金原子团簇和银纳米管的几何结构、振动性质和物性。论文共分为五章:　　第一章简单介绍了纳米科技以及目前关于贵金属原子团簇和管状纳米结构的研究现状。　　第二章首先给出关于第一性原理计算的简单介绍，随后详细介绍了密度泛函理论中的Kohn-Sham方程及其在实际应用中不同的求解方法。在第三小节中，我们介绍了对金元素的计算非常重要的相对论效应。第四节中介绍了我们用于计算银纳米管电子输运性质的非平衡格林函数方法。最后，简单介绍了我们的研究工作中主要涉及的几种软件包。　　第三章是对3d过渡金属原子掺杂管状金Au24团簇的研究。利用相对论密度泛函理论，我们研究了过渡金属掺杂管状金团簇M@Au24(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)的几何结构、稳定性、红外光谱以及磁性。结果发现:所有的M@Au24团簇都可以稳定存在且大多数掺杂管状M@Au24团簇的最低能量态都保持了管状Au24团簇的几何结构，只有Cr和Fe原子掺杂引起了轻微的结构畸变。与基质管状Au24团簇的红外谱相比，过渡金属杂质原子的引入不仅抑制了基质管状Au24团簇的红外光谱中的低频振动，而且在高频区也带来了一些额外的红外吸收特征峰。此外，管状Au24团簇的包裹对于过渡金属原子的原子磁矩起到保护作用，使得所有的M@Au24团簇都表现出类原子磁矩，即:V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni原子掺杂的M@Au24混合团簇的磁矩分别为3、6、5、4、3和2μB。　　第四章是对中等尺寸中性金团簇Aun(n=17-26)振动光谱的系统研究。我们发现:虽然中等尺寸中性金团簇的不同结构类型，即:中空笼状结构、体碎片结构、“贝壳状”扁平笼状结构和管状结构之间存在着激烈的竞争，但是不同的结构都表现出明显不同的红外吸收光谱，可为辨别其几何结构提供非常有效的识别信号。例如，所有的体碎片结构Aun(n=19-23)团簇的红外谱中都在金字塔结构AU20的特征峰附近出现特殊的吸收峰，而笼状和管状结构的红外谱中则更倾向于出现一些低频吸收峰。更有趣的是，我们发现了Au23团簇的一个新的可能基态结构，尽管它仍然是一个体碎片结构且红外光谱出现了金字塔结构Au20的特征光谱信号，但是严重的结构畸变导致在低频区出现一些红外吸收峰。这些低频吸收峰的出现也反映了该基态结构具有笼状结构的特性。　　在第五章中，我们首先通过第一性原理计算研究了(4，4)单壁银纳米管和拉伸到相同长度的一个晶格常数宽银纳米线的振动谱。研究发现，无论是二者的振动模式还是相应的拉曼和红外光谱之间都存在很大差异。(4，4)单壁银管和拉伸银线的径向呼吸模频率分别为120和129 cm-1，并且各自的一阶共振拉曼谱之间也存在很大差别，可帮助实验准确地鉴别出银纳米管状结构。其次，利用密度泛函理论与非平衡格林函数方法相结合研究了有限长(4，4)单壁银纳米管和无限长单壁螺旋银纳米管的电子输运性质。发现与两端电极部分的连接方式对于有限长(4，4)银管的电导有很大影响。例如:当通过两个银原子连接时，有限长银管的电导比无限长的要小，且随其长度发生变化;当直接连接时，有限长银管的电导几乎不随长度发生变化，始终保持为无限长时的数值-3G0。最后，对于无限长(n,m）单壁螺旋银管，我们发现当n=3和4时，其量子电导为3G0，即其能带结构中穿过费米面的通道数为3;而n=5的单壁螺旋银管的电导为5G0，相应的穿过费米面的通道数也为5。