近年来，随着纳米科技的快速发展，越来越多性质优良的二维纳米材料被提出或被发现。特别是，2004年在实验上石墨烯被成功制备，并以其新颖的特征掀起了凝聚态物理及材料科学研究的新高潮，它被认为极有可能取代传统的硅材料，而成为未来纳米电子器件制备的首选材料。但是，石墨烯零带隙特性及在基态时零净磁矩导致的自旋能带简并现象，从而限制了其实际应用。所以，本文旨在研究通过物理方法（剪裁、应力、外加电场等）以及化学方法（边缘修饰、掺杂等）对石墨烯及类石墨烯（如BN单层）的物理性质进行调控，从而获得满足器件功能要求的结构模型。我们的所有计算模拟均利用基于密度泛函理论和非平衡态格林函数的第一性原理方法，重点研究化学修饰对低维纳米材料电子与磁特性的修饰，旨在为纳米电子器件及磁器件的设计与制备提供理论参考。主要研究内容如下:　　首先，在完整的扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)上进行有序掺杂，主要选取B原子、N原子和BN分子，且考虑单排掺杂。我们的模拟计算表明:当用B原子或N原子替代性掺杂后，AGNRs可以是金属，也可以是半导体，这取决于掺杂位置。原子投影态密度(Atom-PDOS)计算表明杂质原子能在费米能级附近形成新的最低导带(LCB)或最高价带(HVB)。更有趣的是，与本征AGNR器件相比，具有最稳定状态的B或N掺杂的AGNR器件中的电流极小，与p型或n型掺杂的宏观Si半导体完全不同，它们的电流总是显著增加的。研究还表明不管掺杂位置如何，掺杂BN分子后AGNR的带隙总是增加的，但是这些带隙的尺寸取决于掺杂位置。与本征AGNR器件相比，BN掺杂的AGNR器件中的电流也大幅度地降低。　　有机分子连接在石墨烯电极之间形成分子器件已在实验中呈现，鉴于此，我们构建了由聚苯撑分子与AGNR电极构成的器件，同时考虑用N原子对AGNR电极进行选择性掺杂。我们的计算表明，这样的器件具有非线性和掺杂位置依赖的输运特性，表现出显著的多峰负微分电阻(NDR)效应。而且，对于特殊的掺杂位置，可以观察到非常大的NDR，这可归因于分子和掺杂的AGNR电极的相互作用。即当施加的偏压被改变时，这些杂化波函数在聚苯撑分子的不同苯环中具有明显不同的离域性。研究还表明，这种大的NDR在分子的长度增加和旋转的情况下是稳定的。　　最后，系统地研究了用典型的过渡金属(TM)原子吸附在锯齿型氮化硼纳米带(ZBNNR)边缘时的磁电子学性质和电场调制效应，其中TM原子总是在ZBNNR两侧连接不同的子晶格。我们的研究表明，ZBNNRs与所有研究的TM原子能够形成强键。纳米带和TM原子之间强的相互作用和大的轨道杂化使得磁各向异性显著增强，有利于磁性的稳定。这种杂化结构的自旋分裂特征出现在大多数磁性结构中，导致了大的磁矩。在铁磁(FM)状态下可以发现较高的自旋极化。特别地，当施加面内横向电场时，Fe-ZBNNRs可以在费米能级上实现超过90％的自旋极化。这些结果对于基础科学研究及其潜在应用有重要意义。