GaN作为一种宽禁带半导体一直是人们研究的热点。目前人们对GaN体材料和薄膜的研究已经相当广泛。然而对于一维GaN纳米材料，特别是单晶GaN纳米管的研究还处于初级阶段：主要工作只涉及到纳米管的制备，对其物性的研究少有报道。本论文将描述我们对单晶GaN纳米管的力学、电子结构、光吸收、晶格振动等性质所进行的理论计算研究。在理论计算方面，现有的研究手段（经验势方法和密度泛函方法）对于研究GaN纳米管都具有一定的局限性：建立在量子力学基础上的密度泛函方法能对体系进行较精确的描述，但它的计算量很大，不能处理原子数较多的复杂体系；经验势方法虽然能够模拟具有大量原子的体系，但它缺乏量子力学的基础，有时不能很准确的描述体系的性质。而紧束缚势方法融合了密度泛函方法和经验势方法的优点，它比经验势方法更精确，同时它用参数化的公式代替哈密顿矩阵元的积分运算，计算速度快于密度泛函方法。为了能深入地研究单晶GaN纳米管的物理特性，我们发展了GaN紧束缚势模型。本论文将对该势模型做详细介绍。本论文共五章，分为两个部分。第一部分包括前面三章。第一章介绍单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和单晶纳米管各自的特点及已报道的与GaN纳米管相关的工作。第二章简要介绍我们的研究方法，其中包括经验势模型、分子动力学方法和密度泛函方法。第三章详细介绍GaN纳米管的结构、力学、电子结构、光吸收、晶格振动性质以及H吸附对纳米管的影响。第二部分包括第四和第五章。第四章对紧束缚势方法作了简要介绍，第五章介绍我们发展的GaN紧束缚势模型。本论文中，我们获得了以下的主要结果：1．通过经验分子动力学计算，我们发现传统方法构造的GaN纳米管不具备很好的热稳定性；而采用从块体材料中截取纳米管的方法得到的单晶GaN纳米管不仅具有良好的热稳定性，而且与实验提供的信息相符，因此我们利用此方法构造我们将要研究的单晶GaN纳米管。2．对于一系列不同表面和不同内、外径的单晶GaN纳米管，我们分别计算了它们各自的Ga-N原子对能量和杨氏模量，发现能量随体表比P（体原子数／表面原子数）的增加而减小，同时杨氏模量也随着体表比的增加而减小。如果单晶GaN纳米管中存在空位缺陷，并且缺陷浓度小于0.5％，杨氏模量将随着缺陷浓度的增加几乎呈线性减小，但减小的幅度不大。如果纳米管中存在晶界，则晶界对纳米管杨氏模量的影响需视情况而定：对于界面平行于轴线的晶界（IDB和IDB*），晶界使杨氏模量略微减小；而对于界面垂直于轴线的晶界，将有可能大大降低GaN纳米管的杨氏模量。3．对于纤锌矿结构的六方GaN纳米管，它表面三配位的Ga原子和N原子分别在导带边和价带边产生带边态，与之对应的是在介电函数虚部（ε₂）的曲线上出现与带边态相关的峰（D峰）。但随着管壁厚度的增加，D峰将逐渐减弱，而与四配位的体原子贡献的电子态相关的峰（B峰）则逐渐增强。对于闪锌矿结构的立方GaN纳米管，其电子结构更为复杂：不仅表面三配位的原子将产生带边态，而且表面两配位的Ga原子能够产生缺陷态。缺陷态的存在导致纳米管从电子结构性质上看呈现出金属性。另外，表面H吸附将影响GaN纳米管的电子结构和光吸收性质。电子态密度显示H的存在减弱了表面原子产生的带边态和缺陷态，同时使表面原子在带边态附近产生新的电子态。相应地，态密度的变化在ε₂曲线上也能得到体现。4．我们发现单壁GaN纳米管存在一种特征振动模式，其振动频率的大小随管径呈指数衰减，这不同于碳纳米管中的径向呼吸模的振动频率与管径大小的反比关系。5．我们发展了GaN紧束缚势模型。通过拟合Ga晶体、N₂分子和GaN晶体的能带和结合能关于原子体积变化的曲线，获得了整个模型中的Ga-Ga、N-N和Ga-N之间的参数。对GaN紧束缚势模型的测试表明利用该势模型计算的纤锌矿GaN晶体的晶格常数、体弹性模量、熔点和表面能与实验值或密度泛函计算值相吻合。另外，对GaN纳米管的电子结构的计算也显示出该势模型的可靠性。然而采用GaN紧束缚势模型计算的纤锌矿GaN晶体中声子色散曲线的高频光学支的结果与密度泛函方法的结果不符。因此，该紧束缚势模型在处理晶格振动上有待改进。