目前,传统材料因其自身的局限,难以满足高集成度器件的需求。幸运的是,纳米技术已经有了很大的发展,尤其是实验中制备纳米材料技术的发展。随着各种特性优异的纳米材料被制备出来,比如石墨烯和过渡金属化合物等多元环硫、碳基纳米材料,使得器件进一步提高集成度有了更好的选择。基于此,本文主要利用结合非平衡格林函数的密度泛函理论来研究多元环硫、碳基纳米材料的电子输运性质,并且构建出了实用的新型纳米材料。本文从整体上概括了纳米材料结构的特点以及各种新型纳米材料的应用,介绍了理论研究方法,同时阐述了研究多元环硫、碳基纳米材料的电子结构特性及其物理机制。首先,我们研究了碳氢掺杂二硫化钨纳米带结构。通过计算不同纳米带宽度的能带,发现随着带宽度的增加,纳米带的能带带隙振荡减小。同时发现体系存在奇偶效应:当掺杂为偶数个碳氢单元时,该结构为金属性质;当掺杂为奇数时,该结构为半导体性质,并且随着带宽度的增加,结构的带隙逐渐减小,当达到一定宽度后,结构开始转变为金属特性。很明显,利用掺杂和构建纳米带相结合的方法对于制备可调带隙的器件有很大的帮助。其次,本文利用WTe和FeO等一维过渡金属化合物构建了磁隧道结,并计算了其Tunneling Magnetoresistance（TMR）比。计算结果表明,该磁隧道结呈现出巨大的TMR比,比传统磁隧道结的TMR比高出约两个数量级。同时通过调控中间绝缘层的长度,使得磁隧道结的TMR比随之变化,但是整体看来各个磁隧道结的TMR比都很稳定,具有良好的鲁棒性。这对于构建不同尺寸的磁性随机存储器有着重大意义。最后,我们利用一种三元及四元环碳基分子构建了单分子器件。研究了未掺杂结构的IV特性曲线,发现其具有明显的负微分电阻性质（Negative differential resistance,NDR）。其次研究了两种利用Ge原子在不同位置掺杂的结构。当在侧边支路上进行掺杂时,发现其和未掺杂结构的负微分电阻特性相似,表明在侧支路上掺杂对未掺杂结构的负微分电阻性质影响较小。然而当掺杂在于输运方向平行的主要支路上,体系呈现出的负微分电阻特性有较大变化,表明在这一位置进行掺杂对体系的负微分电阻性质有较大的调控作用。最后通过进一步分析得出费米能级处能态非局域化的衰减是该结构出现负微分电阻性质主要原因。