随着微电子元器件的尺寸不断逼近极限,纳米电子学已成为热门研究领域。对2维纳米材料研究的突破性进展是石墨烯被成功合成。由于其优异新奇的电子特性,在凝聚态物理和材料科学领域引起了广泛的研究,被认为在发展纳米电子器件方面有重要的潜在应用,很有可能取代硅的位置成为制备下一代电子产品的最佳基础材料。但石墨烯是零带隙半金属,使它不能在电子器件中直接实现“关”的效应而极大地限制了它在纳米电子器件方面的应用。由石墨烯被发现而启发,研究者们也积极寻找其它新型二维材料,到目前为止,已制备或提出了众多碳的2维同素异形结构以及其它类石墨烯结构。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法,对net-Y碳纳米带和三碘化铬-碳化硅(CrI3/SiC)范德瓦尔斯异质结的磁电子学特性进行了研究,以期望发现这些新型材料在自旋电子学中的良好应用前景。在本文的第一章,对部分新型低维材料的研究进展和相关理论进行了介绍。如石墨烯,类石墨烯,包括六角氮化硼,硅烯,碳基单层同素异形体,net-Y与CrI3单层等。在第二章,选取net-Y碳材料,深入研究此类结构不同宽度纳米带的结构稳定性、电子及输运特性、物理方法(压力及电场)调控。计算的结合能数值以及分子动力学模拟表明,所有纳米带结构都具有较好的稳定性。不同边形与带宽对纳米带电子性质具有较大影响,其中只含有扶手椅型边缘的纳米带,无论是否氢饱和,均为半导体,而具有金属性质的某些纳米带在氢饱和后可均变为半导体,特别是宽带小的纳米带。扶手椅边缘纳米带也具有较高的迁移率。此外,我们发现施加横向电场与施加拉应力均能够有效地调节纳米带的电子性质,如减少带隙,并从间接带隙变为直接带隙,有利于发展光学器件。本文的第三章研究了当过渡金属(TM)原子(TM=Mn,Ni,Fe,Co,V)低浓度掺杂net-Y扶手椅纳米带时结构的稳定性、磁电子性质以及用物理方法(压力及电场)进行磁电子性质的调控。所有掺杂纳米带结构都具有较好的稳定性。特别地,掺杂后纳米带展示了丰富的磁性特征,从无磁性中等带隙的半导体转变成双极化自旋半导体(BMS)、半金属(HM)及窄带隙磁性半导体。此外,我们发现施加横向电场与拉应力均能够有效地调节纳米带的磁电子性质。如施加一个较低偏压的电场就使纳米带从BMS转变为HM。施加拉应力后,纳米带的磁相可在双极化半导体、磁性金属、半金属、半半导体之间可逆地连续转变。基于材料的这种特性,可以设计出磁性转换器件。TM掺杂的net-Y纳米带具有了磁性,就对发展纳米级磁器件有了重要的应用潜力。最后部分,本文研究了单层CrI3/SiC的范德瓦尔斯异质结的磁性。由磁性材料与半导体材料结合而成的范德瓦尔斯异质结具有广阔的研究前景。CrI3单层由于其长程的二维铁磁态(FM)而备受关注。然而CrI3的居里温度还是较低(～45K),不利于自旋电子学的应用。在此,本文提出用单层SiC作为衬底与单层CrI3构成范德瓦尔斯异质结来增强两者的磁性,并用物理方法(施加压力或外部电场)来进一步提高居里温度与磁矩。研究发现,形成异质结后,无磁的SiC也诱发了磁性,且随着层间距的减少,两个单层的磁矩都在增大,居里温度也提高了,但异质结总磁矩没有变化。而在施加外部横向均匀电场后,除了单层的磁矩增大,异质结的总磁矩也增大了,并且在某个特定的场强范围内,异质结保持了其半金属性。本文的这个发现给扩充磁性二维材料提供了一种新的选择,丰富了范德瓦尔斯异质结的磁性,对研发灵活可调、可用的磁电子学器件有着巨大的潜在应用价值。