半个世纪以来,计算机的不断更新换代及其性能的不断提升得益于电子器件小型化的不断发展。为了践行可持续发展的理念,研究者们致力于在纳米尺度上构建出性能更高、能耗、成本较低、占据空间小的微型电子器件。石墨烯是一种零带隙的单原子层二维材料,通过裁剪或者掺杂可以改变零带隙的缺点,使其更好地应用于电子器件中。由于裁剪后石墨烯纳米带的掺杂原子种类、位点可以有无穷多种,进而使其产生各种各样的自旋和电子学特征,因此具有广阔的研究前景。基于石墨烯纳米带的研究,科研工作者设计了许多不同功能的自旋电子器件。为进一步推动自旋电子器件的开发和使用,本文利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了掺杂石墨烯纳米带的能带结构及由其组成的异质结器件的输运性能。主要研究内容和结论如下:（1）在石墨烯纳米带异质结器件中,电极的能带特点对输运性质起着至关重要的作用,因此我们设计了几种掺有硼氮原子的电极结构,其中考虑了掺杂种类、位置、浓度以及边缘掺杂原子是否被氢化等因素对能带结构的影响并进行了详细分析。计算结果说明掺杂位置对能带结构的影响还是不容小觑的,当掺杂原子处于边缘时,在费米能级附近的能带是自旋分离的,而掺杂原子在石墨烯纳米带中间时是自旋简并的。在相同大小的超胞结构下,掺杂原子的浓度越高,自旋简并度越高。在研究的结构中最大的带隙可达到1e V,并且其导带底部到费米能级和费米能级到价带顶部能量差是几乎无差别。值得关注的是,当边缘掺杂硼原子未氢化时,在费米能级附近出现了一条自旋向上接近于平带的子带,即一条局域子带。由于局域子带的存在导致了导带和价带出现关于费米能级不对称的特点,从而使它具备了构建异质结器件的潜质。在计算的电极结构中单边缘掺杂依然保持金属性质,双边缘掺杂则表现半导体性,边缘掺杂未氢化时接近于半金属性。（2）根据对掺杂硼氮原子的石墨烯纳米带电极结构的研究,选取了不同掺杂浓度的电极分别设计了两种异质结器件。计算发现,二者都表现出自旋整流行为。在正偏压下,由于在偏压窗内左右两侧能带不匹配,导致没有传输透射峰,进一步使得电流消失。相反在负偏压下,两侧能带在偏压窗内有重叠并出现了较大的透射峰,因此电子传输的几率大,通过异质结的电流也随之增加。经过对比发现异质结器件电极掺杂浓度低反而自旋整流比大,自旋向下的最高整流比可达到10~6。从电流与偏压的关系图来看,两种异质结器件在所计算的偏压范围内出现了随着偏压增加,电流却减小的负微分电导现象。另外,二者都显现出自旋过滤效应,其中电极掺杂浓度低的器件仅在低偏压下出现了90%以上的自旋过滤效率,而电极掺杂浓度高的异质结器件的最高自旋过滤效率还不足80%。（3）当边缘掺杂硼原子且未氢化时在费米能级附近出现了一条局域子带,若将其作为器件的一侧电极则异质结器件将会出现自旋过滤的现象。因此选取了分别掺杂在上下边缘的氮原子作为另一侧电极设计了两种异质结器件,研究掺杂位点对器件自旋输运性质的影响。结果显示二者都展现出双自旋过滤效应,同时伴随着自旋整流行为。而氮原子掺杂在纳米带下边缘时,在负偏压下还出现了负微分电导现象。因此氮原子掺杂在边缘的上下位置不同给器件带来的输运影响不大。论文共分六个章节,第一章介绍了自旋电子学的研究背景和一些自旋电子器件;第二章理论方法,主要介绍了计算异质结体系输运性质的方法;第三章介绍了掺杂硼氮原子后的能带变化;第四章研究了电极掺杂浓度对异质结器件自旋整流的影响;第五章讨论了掺杂位置对器件的双自旋过滤的影响;第六章是总结展望。