在过去的几十年里,信息技术极大地改变了人们的生活方式,同时随着存储和处理数据的需求不断增加,很大程度上刺激了人们去探索分子一样微小的开关和存储元件。分子开关受到外部刺激可以从一种状态转换到另一种状态,类似于宏观的机器,因此人们可以控制它们实现许多功能。那么设计新的具有良好物理性质的分子开关,将有望扩展分子开关领域。自从具有狄拉克锥的石墨烯被发现以后,探索类石墨烯的二维材料在材料研究中迅速发展了起来,尤其近几年,关于蜂窝状硼烯的很多研究也有被报道。但实验上只在铝表面上实现了蜂窝状硼烯的稳定化。本论文分别设计了一种新的分子蚌开关和二维硼烯材料。对于分子开关,重点分析了体系的几何结构随电场的演变以及它的潜在应用;对于二维硼烯材料,基于第一性原理计算,预测了新型的二维结构Li₂B₂,并探索了它的潜在应用。具体研究成果如下:1.大多数的分子开关是通过外部的化学刺激来实现的,这种化学的调控方式限制了在分子电子学领域的应用。本文利用外部电场这样的物理方法去调控分子开关,得到了一种新的分子开关。我们选择了一个具有较大HOMO-LUMO能隙值和偶极矩的Janus小分子,它二聚体容易受到外部电场调控成为一种分子开关。这个开关过程是可逆的,就像蚌一样,因此这个开关被称为分子蚌开关。在开关过程中,伴随着一种多重氢键变换机制,即多重氢键的断裂与形成,这是区别于其他开关中化学键的断裂与形成机制。更重要的是,由于在闭合和打开状态之间存在一个大的电偶极矩对比,这个分子蚌开关可能成为一种电信息存储单元。与当前广泛应用的磁存储单元不同,这是一种新的信息存储方式。在这个电信息存储单元上,二进制信息的读、写以及擦除是比较容易的。最后通过计算还发现石墨烯片段Janus二聚体也是一种分子蚌开关。这个工作提出了一种新的分子开关原型和一种潜在的电信息存储单元,有望给人造分子机器领域和分子电子学领域提供一种新的思路。2.相比于三维材料,二维材料因具有独特的光学、电子、力学性能受到了人们的关注。近年来关于硼烯的研究成为热点之一,尤其是关于如何稳定类石墨烯的硼烯的报道很少。本文报道了一种新的脱离衬底的二维蜂窝状硼烯（Li₂B₂）。首先,基于分子轨道分析,我们选择两个Li原子去稳定单个B₆环,得到了一系列Li掺杂的六角硼烯片段,分别为Li₂B₆、Li₆B₁₃、Li₁₄B₂₄。值得注意的是,Li₁₄B₂₄还包含了一个平面的聚阴离子B₂₄^14-,这样既能给出电子还可以接受电子,就像电子蓄水库。其次,通过周期性的计算,我们得到了稳定的Li₂B₂薄片,并证明了它的热力学、动力学、机械稳定性。更重要的是,通过计算能带和超导性质,发现Li₂B₂薄片不仅是具有一个狄拉克点的二维材料,还是一种本征的超导体,转变温度为6.2 K。这项工作丰富了二维超导材料的研究。