本书应用密度泛函理论和非平衡格林函数输运理论相结合的第一性原理计算方法，深入研究了若干分子器件的自旋极化输运性质，重点研究了锚定基团、边缘修饰、电极与分子的接触方式、电极材料以及分子间的相互作用、配位原子掺杂、分子链的长度、电极-分子的接触类型、分子结的构型、化学修饰以及门压等调控方法对分子尺度器件自旋极化输运性质的影响。观察到明显的负微分电阻行为、电学整流效应，深入探讨了分子器件中的开关比、自旋过滤以及自旋极化等，并给出了相应的输运量子调控的理论机理。

自1947年晶体管发明以来，半导体技术迅猛发展，晶体管尺寸越来越小，集成度不断提高，但是当硅片绝缘层的厚度小于一定厚度时，量子隧穿效应将导致绝缘失效。因此，为寻求替代者，人们提出了利用分子或低维纳米材料来制备电子器件，并且通过科研工作者的不断努力，无论在理论还是实验上都取得了巨大进步。然而，该领域的研究仍处于探索的初级阶段，远未达到成熟应用的程度，还有很多问题亟待解决，还有很多的实验结果与理论相差甚远且重复性差，还有很多有趣现象的产生机理不明确。特别是分子尺度器件，由于电子除了带有电荷的特性，还具有另一个内禀属性，即电子自旋。电子自旋的存在使得对电子的描述又增加了一个自由度，这使得电子输运性质机理更为复杂，影响的因素更为精细。因此，有必要进一步深入研究分子器件中电子输运性质的操纵及利用，使得分子尺度电子器件拥有更多的功能，本书详细介绍了几位作者近年来的研究成果，供读者参考，并期待来自各方面的建议和指正，同时也期待我们共同努力实现电子器件的一场新的信息科学革命。
　　本书主要内容如下：
　　第1章主要介绍了自旋电子学和有机自旋电子学，以及分子尺度器件研究的现状和存在的困难。
　　第2章主要介绍了本书研究的理论基础和计算方法。
　　第3章主要研究了分子器件自旋极化输运的性质与调控，具体探讨了四聚噻分子结自旋输运的性质，研究了磁电极的磁性平行和反平行时自旋注入的效率和磁阻率，并对所得到的结果进行深层次的探讨和理论分析；分析了将Ni（dimt）2分子通过磁性（Ni、Mn）和非磁性锚定基团S连到Au（111）表面，磁性和非磁性锚定基团对自旋极化输运调控的作用和机理：研究了磁性电极对分子器件自旋极化输运的影响和调制机理。
　　第4章主要研究了石墨烯纳米带自旋极化输运与调控，具体分析了锯齿形石墨烯纳米带边缘Fe取代方式的不同对自旋输运的影响和调控，以及锯齿石墨烯纳米带与锯齿形石墨烯纳米带片组成的分子结，其交叠面积对自旋极化输运的影响和调制。
　　第5章主要研究了类石墨烯二维纳米材料输运性质与调控，具体研究锯齿形边缘8/γ石墨炔纳米带的电子能带结构和输运性质。研究了二维纳米片磷化碳（CP）和准一维磷化碳纳米带的电子结构调制以及不同磷化碳纳米带结的电子输运特性；研究了二维双层氮化镓纳米衍生物的电子结构和输运性质；研究了空位缺陷和应□工程对PtSe2单分子层电子性能的影响。
　　第6章主要研究了基于长度无关五-四-五边形碳基分子多功能器件，具体探讨了共面和非共面PTP分子器的自旋分离和整流效应，以及TPO纳米带电子结构与输运特性。

目录 1绪论1 1．1自旋电子学1 1．1．1自旋电子学简介1 1．1．2有机自旋电子学简介2 1．2自旋电子器件简介2 1．2．1无机自旋电子器件简介2 1．2．2有机自旋电子器件简介7 1．3单分子自旋电子器件的研究现状及磁电阻效应11 1．3．1单分子自旋电子器件的研究现状11 1．3．2磁电阻效应13 1．4研究分子器件输运性质的目的与意义15 2理论基础与计算方法17 2．1第一性原理计算17 2．1．1绝热近似17 2．1．2HartreeFock近似和自洽场方法18 2．1．3密度泛函理论202．2格林函数方法25 2．2．1平衡格林函数25 2．2．2非平衡格林函数26 2．3非平衡态格林函数在分子器件中的应用28 2．3．1LandauerBüttiker公式29 2．3．2电流计算公式29 2．3．3分子器件中电流的计算32 2．4计算软件介绍34 3分子器件自旋极化输运的性质与调控36 3．1分子器件自旋注入与自旋输运的研究36 3．1．1计算模型和方法36 3．1．2结果分析及讨论37 3．1．3研究结论42 3．2锚定基团对自旋极化输运的影响42 3．2．1计算模型的构建43 3．2．2计算结果分析与讨论443．2．3研究结论51 3．3磁性电极对自旋极化输运的影响51 3．3．1计算模型的构建和研究方法52 3．3．2计算结果分析与讨论53 3．3．3研究结论59 4石墨烯纳米带自旋极化输运与调控的研究60 4．1边缘Fe取代的锯齿形石墨烯纳米带自旋输运性质60 4．1．1计算模型的构建和研究方法61 4．1．2计算结果讨论与分析62 4．1．3研究结论68 4．2锯齿形石墨烯纳米带结的自旋输运性质的研究68 4．2．1计算方法69 4．2．2计算结果讨论与分析70 4．2．3研究结论78 5类石墨烯二维纳米材料输运性质与调控的研究795．1锯齿形边缘石墨炔纳米带分子纳米结中的自旋输运性质79 5．1．1石墨炔分子器件的结构设计和计算模型的构建80 5．1．2计算结果讨论与分析82 5．1．3研究结论88 5．2磷化碳纳米衍生物电子结构性质的调控研究89 5．2．1模型结构和计算方法90 5．2．2结果与讨论90 5．2．3研究结论97 5．3低维氮化镓纳米衍生物电子结构和输运性质研究98 5．3．1模型结构和计算方法99 5．3．2结果与讨论100 5．3．3研究结论105 5．4空位缺陷和应□工程对二维PtSe2电子结构特性的影响1075．4．1计算细节108 5．4．2结果和讨论108 5．4．3研究结论112 6基于长度无关五四五边形碳基分子多功能器件 113 6．1计算模型和方法115 6．2结果与讨论116 6．2．1共面PTP分子器的自旋分离和整流效应研究117 6．2．2非共面PTP分子器件的自旋效应研究120 6．2．3TPO纳米带电子结构与输运特性124 6．3研究结论129 参考文献131