随着科学的发展和工艺的进步，人们不断追求着体积更小、运算更快、集成度更高的电子器件。但受多种物理原理的制约，基于传统硅材料的电子器件已难以满足这些要求。石墨烯等二维材料，由于各方面优异的性质，被认为是硅材料的理想替代品。但在二维形态下，这些材料一般不具有磁性，无法在自旋电子器件方面得到应用。因此，本文通过剪裁、边缘修饰、缺陷、掺杂、应力、外加磁场和外加电场等方法，对石墨烯和扶手椅型黑磷纳米管的性质进行调控，并用第一性原理对它们的电磁性质进行计算，从而得到可用于自旋电子器件设计的且性质优异的结构模型。　　本论文，首先介绍了二维材料以及对应的一维材料的研究进展，并对本文中采用的理论方法作了简要的说明。然后，通过对石墨烯进行剪裁，设计了具有“圣诞树”形状的的石墨烯纳米带，并通过计算发现所有尺寸的“圣诞树”型石墨烯纳米带均为铁磁基态的磁性半导体。而且，基于该结构的电子器件，可实现拥有100％自旋极化的双自旋过滤效应、整流比高达1010的双自旋二极管效应以及巨磁阻达1010％的自旋阀效应。紧接着，对“圣诞树”型石墨烯纳米带进行了边缘氟化。通过计算得知，用氟原子饱和的“圣诞树”型石墨烯纳米带，其边缘比用氢原子饱和的更加稳定，且氟化后的“圣诞树”型石墨烯纳米带有明显的尺寸效应。比如随着尺寸的改变，它可以是自旋金属、自旋半导体、半金属或自旋无带隙半导体。而且，为自旋金属的氟化“圣诞树”型石墨烯纳米带，在不同的磁型构型下的输运性质，可以表现出极化率达100％的双自旋过滤效应，整流比达1010的双自旋二极管效应和最高达104％的巨磁阻效应。此外，利用多晶石墨烯纳米带异质结中晶界（线缺陷）中缺陷的不同排序，构造出多个石墨烯纳米带异质结。计算发现，晶界（如5-7线缺陷）会在异质结中引入局域磁性，而线缺陷内缺陷的排序不同，会使不同的异质结产生不同的自旋输运。而且，这些异质结在P磁构型和AP磁构型下的输运性质，表现出自旋过滤、自旋整流和巨磁阻等效应。通过分析发现，分子能级和其波函数与透射系数之间的关系，在产生自旋电子透射上起着关键作用。　　最后，用过渡金属元素Fe、Co和Ni对扶手椅型磷纳米管其进行了替代型掺杂。计算结果表明，掺杂元素和掺杂位置对纳米管的性质有重要影响。如内层掺杂时，只有Ni掺杂的纳米管的能带发生自旋分裂且表现出半金属特性，而Fe和Co掺杂后的纳米管表现为无磁性，分别为金属和半导体。外层掺杂时，三种元素均能给纳米管引入磁性，且表现出磁半导体和自旋半导体的特性。我们还讨论了外加电场和外加应力对磷纳米管作用。　　总的来说，研究了多个纳米结构的电磁性质，期望能为其他研究者后续的研究工作，特别是实验研究提供参考和思路。