纳米材料是纳电子学和自旋电子学的重要基础。石墨烯这种新型的二维平面结构的纳米材料自发现以来便因其独特的性质而引起人们极大兴趣。它有着高载流子迁移率，较长的自旋弛豫时间和自旋弛豫长度，这使得它在纳电子学和自旋电子学方面有着广泛的应用前景。目前人们对石墨烯进行了广泛的研究，取得了不少成果，不过石墨烯纳电子器件和自旋电子器件性能并不尽如人意。本论文以密度泛函理论和非平衡格林函数为理论基础，通过第一性原理计算的手段来探索通过调整石墨烯的结构来调制其电子性质，进而对器件性能进行改进。同时本文还研究了最近实验上得到的磷掺杂p型氧化锌纳米线的掺杂机制。　　 常用的对石墨烯进行调制的方法包括：将二维的石墨烯制成准一维的石墨烯纳米带，用化学基团修饰石墨烯等。自旋阀和自旋过滤器是自旋电子学中重要的器件。实验上人们已经利用石墨烯制成自旋阀，但是其室温磁阻普遍偏低。我们利用裸的锯齿边石墨烯纳米带制成自旋阀，在室温下其磁阻最高可达109％量级，这比实验上能得到的最大磁阻大了7个数量级。裸锯齿边石墨烯纳米带中σ和π*轨道对称性的失配以及边缘悬挂键引起的大的交换劈裂对此超高磁阻起了重要作用。这种基于裸的锯齿边石墨烯纳米带的109％量级的磁阻也可能是此类自旋阀磁阻的上限。　　 由于实验上纳米带的可控性制备目前还存在一些困难，我们还研究了用化学基团修饰石墨烯。非磁的石墨烯在功能化之后可以成为稳定的新型磁性材料。其中一面用氧修饰，另一面用氢修饰的功能化石墨烯椅形构型基态是铁磁金属态，在有限偏压下用它制备的自旋过滤器能有54％的自旋过滤效率。而用氟进行单面半功能化的石墨烯椅形构型其基态是反铁磁半导体态，用它制成的自旋阀在室温下其磁阻可达2200％，这比实验上最大磁阻大了1个数量级。功能化石墨烯这种二维材料同时还有着制备工艺要求相对较低和允许通过大的电流的特点，因此在自旋电子学领域有着广泛应用前景。　　 氧化锌的n型掺杂在实验上非常容易实现，而p型掺杂非常困难，这严重制约了氧化锌在半导体器件方面的应用。最近实验上成功地在氧化锌纳米线中实现了p型掺杂，但在理论上对氧化锌纳米线的p型掺杂机理研究较少。我们研究了用P2O5作为磷源时细氧化锌纳米线的p型掺杂，发现PZn是磷掺杂p型氧化锌纳米线的主要阻碍，如果能够引入某些机制来抵消PZn的影响，例如形成PZn-2VZn复合缺陷，那么实验上会更容易得到p型掺杂的氧化锌纳米线。在富氧和富磷条件下，VZn和PZn-2VZn会造成氧化锌纳米线的p型掺杂。