近些年来,分子电子学已经成为人们十分感兴趣的研究领域,是纳米电子学的重要研究方向和研究领域。分子电子学是指用分子制作信息处理器件,来研究基于分子特定空间构型的电学性质。目前,有许多理论研究组和实验研究组对单分子器件和扩展分子器件的电学特性进行了大量研究,并且取得了很多意义重大的成果。人们发现小的共轭分子、单层或多层碳纳米管、大的有机分子(如DNA分子)具有功能器件的特性,例如:分子开关、分子存储器、负微分电导、分子场效应管等特性,并且对此进行了论证报道。然而目前在分子电子学领域的实验技术和理论水平都还处于发展阶段,不但从理论计算上很难与实验结果相符合,而且各个不同的实验组对同一分子进行的研究结果之间也会存在较大的差别。存在以上问题的主要原因是:与电极体积相比,分子体积是很小的,因此外界因素和一些其它的因素对分子的几何结构、电子结构的影响比较明显,而分子的电子结构直接决定着分子的电学性质。本文在量子化学计算的基础上,利用弹性散射格林函数的理论方法,对由金属—分子—金属构成的分子体系进行计算,研究分子器件结构与性质的关系以及影响分子器件性质的环境因素。首先研究了真空中的分子结。研究结果表明:理论计算的电流值和实验测得的电流值在电压区间(0.8 V-2.0 V)内符合的较好。具体来说,我们得到的计算值为:在0.8 V时的电流值为0.39 nA,在2 V时的电流值为45 nA,而相应的实验值分别为2.2 nA和14 nA,从而说明了我们理论模拟所采用的模型、方法、基组具有可靠性。其次,把这种理论和方法应用到吸附不同水分子后的分子结上,然后计算它们各自的电学特性,讨论了在相同电极距离下,分子器件的电输运性质随吸收水分子数目的不同而产生的变化。研究结果表明,扩展分子在吸收少量(两个)水分子时整体的导电能力减弱,开启电压变大,在吸收较多水分子(已经形成若干水分子链)时扩展分子的导电能力随着水分子数目的增加呈现非线性增加关系,但是开启电压基本保持不变,说明了各通道电压开启的独立性。选择外加偏压为0.5 V时,吸收不同水分子数目分子结的电流值与实验结果进行了比较。理论结果与实验结果符合得较好。本论文共有五章内容组成:第一章为综述部分,简要介绍了分子电子学的产生背景、该领域实验和理论发展现状和目前存在的主要问题;第二章介绍了多粒子体系单粒子近似,包括波恩—奥本海默近似、哈特利—福克近似、密度泛函理论。弹性散射格林函数理论、隧穿谱的计算、如何计算分子器件的伏—安特性及其他相关物理量的计算在第三章中作了详细的介绍;第四章介绍了本文的计算工作和研究结果,分析并比较了不同水分子吸附对OPE分子器件的电学性质影响。在第五章中对本文工作进行了总结,并对分子电子学领域未来的发展进行了展望。