随着器件集成度的不断提高和纳米科技的迅速发展，器件尺寸根据Moore定律一再的缩小。作为器件重要组成部分的金属材料(如用作电极，导电材料，interconnects等)，也不可避免的降低维度和尺寸，并接近纳米量级。而在低维和纳米尺度下，由于量子效应和衬底作用的逐渐增强，金属的结构和物性都比其体相材料更加丰富、更加复杂，而且低维金属体系的性质对其微观结构的依赖性更为明显。因此，要想真正让纳米器件进入到人们的生活中，在基础研究方面必须同时注重两个方面的工作：1.低维金属体系的控制生长；2.低维金属体系的物性研究。基于此，本论文的工作分为两个部分：　　 第一部分主要讨论两种低维金属体系的控制生长：单原子层Al薄膜和含有松散(疏松)原子层的Al多层薄膜。　　 我们首先采用特殊的界面裁剪和幻数晶格匹配技术，在Si(111)衬底上外延出了单原子层体相Al(111)-1×1薄膜。实验证明单层Al膜和衬底耦合非常小，呈现出明显的金属性，具有一定的体相特征。结合第一性原理的计算我们揭示了其稳定性的根源。单原子层体相Al(111)-1×1薄膜为二维电子气的研究提供了一个理想的平台，同时也为金属薄膜在半导体衬底上的生长提供了一个原子级尖锐的界面。　　 接着我们利用这个原子级尖锐的Al(111)/Si(111)界面，生长出了具有特殊结构的Al多层薄膜：由1.5×1.5的松散原子层和1×1的致密原子层交替生长而成的超晶格。金属薄膜中这种松散原子层的形成违背了金属的“密堆原理”，它是由薄膜内部尖锐界面所增强的量子尺寸效应所致。这说明量子尺寸效应不仅可以调制薄膜的一系列物理和化学性质，而且还可以作为一种很有效的手段来调控低维金属体系的结构。　　 第二部分我们集中研究了四种低维金属结构的奇异物性：二维Al岛，单原子层Al薄膜，Ga诱导的Si(111)表面重构层和纳米厚度的超薄Ag膜。　　 我们首先对二维单原子层Al岛的晶体结构和电子结构进行了系统研究，发现二维Al岛在尺寸较小时，具有明显的能隙，呈现半导体性。随着岛尺寸逐渐增加，其能隙逐渐缩小，最终消失，而转变成金属性，整个转变过程中岛的结构始终保持不变。这种纯粹由岛的尺寸诱发的半导体-金属转变归结于岛内量子尺寸效应的影响。　　 然后我们把Si(111)表面的单原子层Al薄膜作为一个原型系统，研究了其中的等离激元(包括能量色散和衰减)。发现在这样一个单层金属薄膜内，高能端(11 eV左右)存在着和体相金属(单晶Al(111))类似的表面等离激元，同时在低能端(1 eV以下)还具有二维体系所独有的二维等离激元。理论计算表明高能端的等离激元为和衬底耦合的等离子体模式，而低能端的二维等离激元则很有可能来自于界面态二维电子气的贡献。　　 Ga诱导的Si(111)表面重构层实际上是一个完美的二维半导体，其中的Si替代原子可以看作是这个二维半导体中的“施主”掺杂原子，它们悬挂键上的电子会发生电离从而带上正电。利用这个原型系统，笔者研究了其中Si掺杂原子空间分布的统计涨落所引起的纳米尺度下势起伏，并揭示了纳米尺度势起伏的物理本质。　　 最后，本文研究了埋藏在多层Ag薄膜/Si衬底界面处的点电荷库仑屏蔽势。实验发现，原子级平滑的多层Ag薄膜内的量子化电子可以作为一种媒介，它们能把金属-半导体界面处的屏蔽库仑势，以调制后的表面电荷密度分布形式间接的反应在金属薄膜表面，进而能被表面分析手段所探测到。同时我们还通过拟合薄膜表面库仑势图像的高度曲线，得到了界面屏蔽势的屏蔽长度，并提出一个半微观的界面屏蔽理论，比较好的解释了实验中得到的屏蔽长度。