石墨烯是一种新型二维平面碳纳米材料,其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的性质。过去几年中,石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点,在众多领域有着潜在的巨大应用价值。本文对一些石墨烯人工结构的电子输运性质进行模拟和计算,为其在纳米电子器件等领域的应用提供理论指导。主要的研究内容及其研究成果有以下几个方面：(1)BN纳米点对石墨烯纳米带的电子结构和输运性质的影响。研究结果表明：能带结构与BN纳米点的几何形状、尺寸和浓度密切相关。由于电子-空穴对的对称性,使得费米能级附近的价带和导带几乎关于费米能级是对称的。对于含有三角形BN纳米点的石墨烯纳米带,当B和N交换时,价带和导带正好关于费米能级相互倒置。而且,由于C原子和多余B原子(或多余N原子)之间的轨道杂化,使得在费米能级附近形成一条局域的能带。另外,当电子在含有BN纳米点的石墨烯纳米带中输运时,在电导谱中会出现一系列的共振峰,其依赖于BN纳米点之间的距离和纳米点的形状。由此通过控制这些参数可以调制系统的电子响应。(2)具有不同自旋组态的锯齿型石墨烯纳米带的透射谱和电流-电压特征。利用第一性原理研究发现：电流-电压和透射谱特征与纳米带两边的自旋组态密/切相关。发现当两侧自旋为平行组态时,呈现金属特征；当两侧自旋为反平行组态时,呈现半金属特征,即对一种自旋的电子呈现金属性而相反自旋的电子呈现绝缘体性,因而具有滤波效应；其他组态时,呈现的是半导体行为。这些特征可通过两边电极的能带结构来解释。而且当自旋组态从平行变为反平行时,可观察到大磁阻的产生。然而,中心散射区的掺杂影响了自旋极化电流和自旋滤波效率,使得自旋滤波效率降低、大磁阻消失。(3)利用第一性原理研究了两种具有边缘缺陷的石墨烯纳米结的自旋输运,即边界由氢原子饱和和未被饱和两种情况。结果表明：边缘缺陷改变了电子的输运行为。对于完整的石墨烯纳米带,两种自旋的电子在费米能级附近是完全简并的；对于含有边缘缺陷的石墨烯纳米结,两种自旋的电子在费米能级附近的很大能量范围内表现出自旋分离。电子局域态密度可进一步说明这种输运行为。这些纳米结可以产生与自旋相关的极化电流。特别地,对于未饱和的缺陷结,在任何偏压下都有较高的自旋滤波效率。(4)不同周期势的石墨烯超晶格组成的量子阱中的共振隧穿模特性。由传输矩阵的方法推导出石墨烯超晶格组成的量子阱中的本征模方程式。利用该严格的理论结果,讨论了不同周期势的石墨烯超晶格组成的量子阱中的共振模的特性。研究表明：共振模的个数等于禁区超晶格的周期数目。这种结构可以用来设计以石墨烯为基的电子滤波器,其滤波的通道数目以及通道间的距离可以通过改变阱区超晶格的周期数目来控制。当有N个量子阱时,阱间耦合会导致量子阱中的共振隧穿模发生N重分裂,并且分裂的间距随着阱间距离的减小而增大。此外,当入射角增大时,共振隧穿模向高能方向移动,而且由于束缚效应的增强,共振模峰变得越来越尖。