本论文的主要目的是通过密度泛函加非平衡格林函数的方法模拟低维纳米电子场效应管及纳米自旋器件。硅基场效应管是现代电子器件的基础器件,现代信息社会的飞速发展要求器件有更高的性能(如高的开关比,快的响应速度,低的能耗等等)。降低硅基场效应管的尺寸是一个提高器件性能的有效方法。但是随着器件降低到纳米尺度,降低硅基场效应管的尺寸的方法由于短沟道效应的显著增加而面临极限。因而有必要寻找新的可替换材料和新的机制。纳米碳管,石墨烯、硅烯、单层MoS2和WS2及其纳米带这些材料是近十几年和近几年来新发现的纳米低维材料,这些材料有很好的电学性能,自发现之日起便引起了广泛的关注和研究。自旋电子学是当前凝聚态物理中新兴的研究领域,目的在于用电子的自旋代替传统的电荷作为信息的载体,实现新一代更高性能的电子元件和信息技术。人们普遍认为,自旋电子学可以使下一代的电子器件有更高的性能和更小的能耗。自旋过滤器和自旋阀是两种主要的自旋电子学器件。　　本文首先讲述了如何用化学修饰的金属单壁碳管构造高性能的场效应管。化学修饰会引发金属纳米碳管的半导体转化,若用几纳米长的这部分管做沟道,两端纯的金属单壁碳管做电极可构成单分子场效应管。由于准一维电极显著降低了对门电势产生的屏蔽作用以及沟道与电极间的无缝连接,该场效应管的整体性能显著优于目前实验所得的亚10纳米的有机分子做的场效应管,这使得该场效应管有望在未来有机分子场效应管的应用中占有一席之地。　　本文然后讲述了如何用扶手型硅烯纳米带构造高性能的场效应管。扶手型硅烯纳米带是半导体,锯齿型硅烯纳米带是金属,将扶手型硅烯纳米带连接到锯齿型硅烯纳米带上可构成单分子场效应管。该场效应管既有高的性能又有饱和的输出电流,而基于碳基的场效应管大都输出电流不饱和。饱和的输出电流对器件的速度有利。　　本文接下来介绍了如何用锯齿型MoS2和WS2纳米带构造自旋过滤器。我的合作者首次合成了很窄很薄的且具有平整边缘的MoS2纳米带和碳管复合体。我通过计算形成能,发现MoS2的锯齿边的形成能确实比扶手边更稳定,解释了为何实验上只看到锯齿边。并且预言自由状态的锯齿边的超细MoS2纳米带总是具有磁性(复合时磁性被淬灭),其最稳定钝化方式为Mo边用50％S钝化,对应的电子结构为半极金属。有限长度的MoS2纳米带显示了高达90％的自旋过滤效应,因而开辟了MoS2可以作为自旋器件的新用途。用该方法也合成了超窄的WS2纳米带,并且通过第一性原理的计算预言自由的WS2纳米带也具有磁性的基态,可做自旋过滤器。　　本文的最后讲述了如何通过扭曲铁磁性的锯齿边石墨烯纳米带做力电开关。用具有轴对称结构的铁磁性的锯齿边石墨烯纳米带构成器件,平整结构有较大电流通过,当扭曲后,电流被完全压制。这种开关效应是可逆的。这种开关等效于不需要外磁场的自旋阀。