本文采用第一性原理计算方法，系统地研究了分子尺度体系输运性质中存在的几个问题以及通过设计特殊分子器件实现有意义的输运特性。重点探讨了酞菁分子和过渡金属酞菁分子的磁致电阻效应、宽度对6，6，12石墨炔输运性质的影响，得到了好的磁致电阻效应，负微分电阻和自旋过滤效应，并行碳链中的基尔霍夫定律以及石墨炔纳米带的稳定性问题。主要内容如下:　　首先介绍了分子电子器件研究的发展概况、人们探索分子尺度器件的实验方法以及当前研究分子器件的主要理论方法，最后阐明了本论文研究的主要内容和意义。　　接着，在介绍什么是第一性原理计算的基础上，详细介绍了两种主要的第一性原理方法Hartree-Fork近似方法和密度泛函理论方法的理论基础和实际应用。最后详细地介绍了如何把密度泛函理论和非平衡态格林函数方法结合起来，进行分子导体输运特性的第一性原理计算及所采用的计算程序。　　基于实验上测得酞菁分子和钴酞菁分子具有巨磁电阻效应，我们研究了酞菁分子和过渡金属酞菁分子的磁致电阻效应，得到了比实验上大得多的磁致电阻效应。通过分析多种过渡金属酞菁分子的自旋磁矩，铬酞菁分子中的过渡金属铬原子拥有最大的自旋磁矩，因此最适合做自旋过滤器件，我们的计算验证了这一点。　　6，6，12-graphyne，虽然不像石墨烯，alpha石墨炔那样具有六角对称结构，但却具有不对称的狄拉克锥。这预示着6，6，12-graphyne具有奇特的电子特性和输运性质。因此我们对锯齿型的6，6，12-graphyne纳米带的输运性质进行了研究。研究发现，4个宽度此纳米带费米能级附近两条能带不像石墨烯那样是平的，而是弧形的，也不同于5个宽度此纳米带的，这就导致了非常不一样的输运性质。如在不考虑磁性的情况下，5个宽度6，6，12-graphyne的体系中，电流是被抑制的。在反平行的自旋极化下，5个宽度6，6，12-graphyne的体系中出现了磁致电阻效应，负微分电阻和自旋过滤效应。　　为了实现电子器件的不断小型化，人们基于单分子设计出了具有各种功能的电子器件。传统器件中的二极管效应，开关效应，场效应管，自旋过滤和磁致电阻效应等，都已经在分子体系，甚至单分子体系中实现了。然而，在分子器件中实现传统的基尔霍夫定律的研究工作却很少。仅有的几篇相关文献均没能在分子尺度器件中实现传统的基尔霍夫定律，原因是并行分子链间存在耦合，这种耦合会产生量子相干或退相干作用。鉴于此，为了在分子器件中实现基尔霍夫效应，我们试图通过增加分子间的距离来减少或消灭量子相干效应;同时我们选择了分子本身宽度很窄的碳原子链作为材料。结果和我们的预想一致，在我们设计的电路中显示出了完美的基尔霍夫叠加定律:当双碳链之间的距离调整到15.5(A)时，双链体系的电导是单链体系的1.96倍，同时在一个大的电压范围内，通过双链的电流几乎是通过单链的2倍。此外，增加双链之间的距离，电导叠加效果更好;相比于单链，双链体系中的自旋过滤效果得到了加强。　　跟石墨烯纳米带一样，石墨炔纳米带的磁性稳定性也不理想。如纳米带12个宽度时，铁磁态和反铁磁态的总能相差只有2.8meV。我们对锯齿型石墨炔纳米带三种磁态的稳定性进行了初步计算，计算结果显示，边沿双氢化的石墨炔纳米带反铁磁态的稳定性较单氢化的明显增强。边沿双氢化的石墨炔在没有加外电场时，铁磁态与反铁磁态的总能差值为20.3meV(而单氢化时仅为8.2meV)。随着外电场的介入，这种总能差值随着电场的增加而增加，在0.07 V/(A)时达到了最大值35 meV。这个总能差值是令人兴奋的，因为它相当于408K的温度差，这表明石墨炔在电场0.07 V/(A)时可以在常温下保持稳定。我们的计算还发现在电场范围(0.04～0.07)V/(A)内，自旋向上的能带通过了费米能级，而自旋向下的能带是直接带隙的。也就是说通过调节外电场的值，我们得到了半金属性，而且这种半金属性是稳定的，这预示着石墨炔可以制作成稳定的自旋过滤器件。　　通过调控酞菁分子中钴原子的自旋方向来调控其自旋过滤效果。当不考虑钴原子磁性方向时，钴酞菁分子体系中的自旋过滤效果不佳。考虑钴原子的磁性方向后，自旋向上和自旋向下电流的差值变大了。对于电极磁性平行的情况，当把钴原子的磁性方向调制与电极自旋方向一致时，自旋过滤效果从差变到很好。同样对于电极磁性方向反平行时，把钴原子的磁性方向调制成与左电极方向一致，自旋向上的电流在整个考虑的电压范围内明显增大，而自旋向下的电流保持遏制，自旋过滤效果变得更加完美。因此，钴酞菁分子中钴原子的自旋方向可以极大地提高自旋过滤效应。