电子具有电荷和自旋两个内禀属性。基于操控电子电荷来实现信息处理的传统电子器件,在面向器件微型化和集成化等方面面临越来越多的挑战。相比于传统电子器件,自旋电子器件可以同时利用到电子的电荷和自旋两个属性,具有高速度、高集成度和低功耗等优良特性,是后摩尔时代最具有应用潜力的器件方向。为自旋电子器件寻找理想的自旋电子材料,探索其与自旋相关的效应,进而实现对电子自旋输运调控成为了研究热点。锯齿型氧化锌（ZnO）纳米带具有独特的自旋极化边缘态,利用这一磁学性质有望制备出基于ZnO纳米带的自旋电子器件。基于此,本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法研究了ZnO纳米带在缺陷、掺杂、磁场和电场调控下的自旋输运性质,发现了一些有趣的输运现象,并取得了以下主要结论:（1）边缘缺陷调控ZnO纳米带的自旋输运性质:不同宽度的ZnO纳米带在零偏压下的自旋向上与自旋向下的透射谱为不对称关系,表现出了自旋极化现象。其中,自旋极化现象是由ZnO纳米带边缘O 2p和Zn 3d轨道劈裂引起。为提高ZnO纳米带的自旋滤波率,采用边缘氧缺陷和边缘锌缺陷调控ZnO纳米带的自旋输运性质。通过计算发现,边缘Zn缺陷调控ZnO纳米带的自旋向上输运通道被破坏,而在氧边缘的自旋向下输运通道保持导通。在低偏压下自旋滤波率能够达到100%,说明边缘Zn缺陷能够有效调控ZnO纳米带的自旋输运性质。（2）过渡金属元素掺杂ZnO纳米带的自旋输运性质:Mn、Fe、Co掺杂ZnO纳米带的形成能均小于零,掺杂体系能够稳定存在,实现了ZnO纳米带具有稳定的磁性。掺杂体系的磁性主要来源于掺杂原子3d轨道未配对的电子。并且过渡金属元素掺杂位置对ZnO纳米带的电磁性质也有不同的影响。当过渡金属元素掺杂在ZnO纳米带氧边缘时,Mn和Co掺杂的体系是金属属性,而Fe掺杂的体系是半金属属性;当Mn、Fe、Co掺杂在ZnO纳米带中间和Zn边缘时,Mn和Fe掺杂的体系表现为半金属属性,Co掺杂的体系是金属属性。其中,过渡金属元素掺杂在ZnO纳米带锌边缘时,纳米带的两个边缘呈铁磁态耦合,自旋滤波率接近100%。（3）磁场调控ZnO纳米带自旋输运性质:利用外部磁场将ZnO纳米带的两个边缘由铁磁态调控为反铁磁态,计算结果显示调控过程需要的能量较低,过渡金属元素掺杂的ZnO纳米带容易受到外部磁场调控发生边缘耦合状态的改变。在边缘磁场调控下,Fe掺杂ZnO纳米带由自旋向下主导的半金属属性转变为自旋向上主导的半金属属性。这种属性对纳米带的自旋输运通道产生了显著改变,导致IAFM远小于IFM。Fe掺杂ZnO纳米带器件产生了巨磁电阻效应,磁阻率达到106数量级。在电极磁性调控下,Fe掺杂ZnO纳米带器件同样发生了巨磁电阻效应,磁阻率达到了1012数量级。此外,在电极磁性调控下Co掺杂ZnO纳米带表现出了反常磁阻效应。（4）电场调控ZnO纳米带自旋输运性质:在两极器件基础上增加了栅极,通过栅极电压调控ZnO纳米带的自旋输运。在纵向电场调控ZnO纳米带器件中,负栅极电压能够有效调控ZnO纳米带器件的自旋滤波率,并随着负栅极电压的增加,自旋滤波率逐步提高。在栅极电压为-3 V时,能够将器件的自旋滤波率调控到100%。在横向电场调控ZnO纳米带器件中,研究发现栅极电压对ZnO纳米带器件的自旋滤波率有很强的调控能力,可以通过改变栅极电压选择自旋向上电流还是自旋向下电流通过ZnO纳米带器件,从而可以实现基于ZnO纳米带的自旋滤波选择器。