硅烯是单层硅原子薄膜,具有与石墨烯类似的蜂窝状晶体结构,因其特殊的结构和性能,近年来成为凝聚态物理、材料、化学和信息技术等学科领域备受关注的交叉研究热点之一。较强的自旋轨道相互作用使硅烯比石墨烯具有更为优异和独特的物理、化学特性,其在微纳光(自旋)电子器件等方面有着重要的潜在应用前景。此外,准一维的硅烯纳米带既能展现量子受限体系的特性,又是基于硅烯纳米器件的基本单元,其物理性质越来越受到人们的关注。本论文采用紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型和半导体带间跃迁理论等方法,围绕硅烯及其纳米带的电子输运性质和光学性质及其外部电磁调控展开研究。全文共分为五章。第一章为绪论部分,简要介绍硅烯的发现及其实验制备,硅烯的电子结构和半导体带间跃迁理论。第二章利用低能有效哈密顿模型和半导体带间跃迁理论,研究硅烯的电子结构、光学性质及其外部电磁调控。从硅烯紧束缚近似下的低能有效哈密顿量出发,通过求解本征方程获得电子能带结构和体系波函数。然后在半导体带间跃迁理论框架下求得系统光学跃迁矩阵元和介电函数、折射率、消光系数、吸收系数、电子能量耗散谱及光电导等光学性质。研究结果表明,体系电子结构在电磁场作用下可以被调制为自旋简并态、拓扑绝缘态、谷-自旋极化金属态和带绝缘态,其在临界电磁场下发生由拓扑绝缘态到带绝缘态的量子相变。在电磁场辐照下,系统的光学常数随着电磁场辐照频率的增强而下降。此外,系统拓扑绝缘态自旋向上和向下价带到导带间的光学跃迁随着子晶格错位势的增加分别红移和蓝移,而带绝缘态自旋向上和向下价带到导带间的光学跃迁随着子晶格错位势的增加蓝移。第三章在紧束缚近似和偶极近似基础上,利用线性响应理论,研究了外加电磁场辐照下理想半导体性9-/10-和金属性11-扶手椅型硅烯纳米带的电子结构、偶极跃迁和光学性质。研究发现,扶手椅型硅烯纳米带中较小旁带子标价带与导带间的偶极跃迁一直增大,而较大旁带子标价带与导带间的量子跃迁先增大后减小。此外,9-,10-和11-扶手椅型硅烯纳米带的电导率、介电函数等光学常数在红外到紫外的宽域能量范围,并强烈依赖于条带宽度和外加电磁场辐照频率。半导体性9-/10-扶手椅型硅烯纳米带的光学响应主要来自相同或不同子标价带与导带间的量子跃迁,而金属性11-扶手椅型硅烯纳米带的光学共振主要来自不同子标价带与导带间的量子跃迁。第四章研究了外加电磁场辐照下理想8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电子能带结构、偶极跃迁和光学性质。研究表明,8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电导率、介电函数和电子能量耗散谱在红外到紫外宽频的能量范围,并敏感依赖于条带宽度和外加电磁场辐照频率。此外,8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电导率、介电函数及电子能量耗散谱等光学性质主要来自边沿态与体态子带间、相同旁带指标的体态价带与导带间的光学跃迁。以上研究结果对探索硅基纳米光电子器件的新效应和光电应用具有一定的理论指导意义。第五章,对本文的工作作了总结和归纳,并对硅烯及其纳米带的光电性质及其外部电磁调控方面作了展望。