中文摘要：

基于电子在纳米管线等量子束缚体系中的传输和发射特征，发展综合考虑电子传导和发射的量子化能级共振隧穿模型，结合第一性原理和从头计算方法计算纳米管线的电子结构和分析其中电子态的分布特征，对纳米管线中电子发射过程进行模拟。将研究纳米管线阵列中管线与管线之间的相互作用，及其对电子态特性和分布特点的影响，完善反映纳米阵列场发射过程和多管效应的物理模型，并对相关的电子输运和发射机制进行讨论；阐明外界环境与纳米管线及其阵列之间的相互耦合作用，乃至对电子输运和发射特征的影响；说明掺杂态、吸附态和缺陷的存在对纳米管线及其阵列的电子结构和相关的电子态分布的影响，总结出这些量子效应的作用行为。最终建立和完善纳米管线及其阵列电子输运和发射的有效模型和计算方法，为改良纳米管线场发射性能和开发新型的纳米管线场发射器件提供理论上的指导。

结论摘要：

由于高的形貌比，纳米管线在场发射应用中具有得天独厚的美好前景。例如，以碳纳米管为代表的显示器已经被成功制备，测试的性能反映出其可观的商用价值。量子尺寸效应决定纳米管线中电子输运和发射行为不同于体材料。表现在电子结构方面是分立能级取代能带，结果其场发射机制不同于常规金属连续体模型，场发射电流随着电场的不同而呈现出不一样的变化模式。在纳米管线场发射过程中，管端发射电子，管体传输电子。一个场发射器性能的好坏受到这两个因素的制约。在本研究项目中，我们主要工作集中在场发射机制和管体输运性质的研究方面。1）针对一维纳米结构独特的电子输运和发射特点，在WKB近似基础上，建立一个与电子输运相关的场发射物理模型-能级共振隧穿发射模型，模拟再现了实验中I-V的变化关系。应用此模型和分析方法研究空位、非配对电子态等对纳米管线场发射性能的影响，设计出新的自旋场发射器。2）利用第一原理研究一系列代表性纳米管线（Si纳米管、BN纳米管簇和碳纳米管子等）的输运性质，揭示化学氛围的影响、掺杂效应和壁簇间作用等其它量子特性，解释或预言相关的实验现象，为最终设计和发展基于纳米管线的各类场发射器提供必要的理论指导。