现代导体工业的发展，尤其是上世纪六十年代发展起来的集成电路，使我们的生活发生了翻天覆地的变化。为了进一步减小器件的尺寸，增加集成度，我们一方面需要降低材料的维度（从三维到二维、一维甚至零维）;另一方面需要寻找新材料。最近十几年，狄拉克费米子材料引起了人们的广泛关注，比如石墨烯，拓扑绝缘体，硅烯等等。这类材料的共同点是准粒子满足相对论协变的狄拉克方程，电子有效质量为零，因此在信息传输方面不会耗散能量，具有极大的应用前景。硅烯是最近几年才出现的一种新型的类似于石墨烯的材料，由于其丰富的物理性质以及跟现代半导体工业的兼容性，受到了理论以及实验工作者的广泛兴趣。　　在本论文中，我们利用分子束外延的方法成功制备出了高质量的硅烯。结合扫描隧道显微镜以及第一性原理计算，我们对硅烯的结构及性质进行了详细的研究。本文的主要内容如下:　　1.利用分子束外延的方法，我们在Ag(111)衬底上通过外延生长Si成功制备出了硅烯。利用扫描隧道显微镜，我们观察到在Ag(111)上硅可以形成很多种结构，这些结构随着衬底温度以及覆盖度的变化而变化。结合第一性原理计算，我们给出了这些结构的合理的模型。在这些结构中，我们发现其中一种结构:蜂窝状的（√3×√3）R30°重构的硅烯最为稳定。这种结构可以连续地跨越衬底的台阶，说明其二维性非常强。我们后续的工作都是围绕这种结构进行的。当温度降低到液氦温度时，我们发现√3重构的硅烯发生了结构相变。结合第一性原理计算，我们发现，硅烯的基态有两种镜面对称的菱形的√3重构，正好对应于我们观察到的两种相。当温度升高时，由于热扰动使得这两种结构快速地相互转化，从而在扫描隧道显微镜图像中显示出蜂窝状的（√3×√3）R30°重构。　　2.利用扫描隧道显微谱(STS)技术，我们观察到了√3重构的硅烯表面的准粒子干涉条纹。通过对不同能量的下驻波波长的测量，我们得出了能量动量的色散关系为线性，证明了硅烯狄拉克锥中准粒子的线性色散关系。通过测量驻波的衰减因子以及利用快速傅里叶变换技术，我们得出硅烯的狄拉克锥发生了六重对称扭曲并且其准粒子具有手性。在液氦温度下，我们观察到费米面处存在一个能隙，并且推断硅烯具有超导电性。我们的变温实验发现这个能隙在35-40 K以上将闭合，如此高的超导转变温度使得硅烯的应用前景非常光明。我们结合角分辨光电子能谱实验，发现硅烯在费米面以下0.9V处有一条平带，这个平带在缺陷、畴界以及台阶边缘等位置都会受到抑制。另外，我们发现硅烯与Ag(111)衬底的耦合强度不是固定的，在某些区域，这种耦合作用比较强，并导致硅烯出现了明显的摩尔条纹，同时，硅烯中的平带也受到了抑制。　　3.利用分子束外延的方法，我们在Ag(110)衬底上成功制备出硅烯纳米带。结合第一性原理计算我们给出了硅烯纳米带的结构模型。另外，我们利用STS观察到了硅烯纳米带中的量子阱态，并且利用基础量子力学一维无线深势阱理论成功地进行了解释。