在原子和分子尺度研究表面的结构和性质，以及在表面上构建各种纳米结构，研究其特殊的电学，磁学和光学等性质是表面纳米科学的核心内容。本文的工作就是关于表面纳米结构的构建和表征方面的研究。论文主要内容为利用低温扫描隧道显微镜和理论计算对酞菁铁(FePc)分子和二氯甲烷(CH2Cl2)分子在Au(111)表面，以及单个Pb原子和Pb原子链在Pb(111)表面的纳米结构构建和表征方面的研究工作。　　 在第一章中，介绍了纳米科技的发展历程，然后详述了表面纳米科学的研究内容，以及扫描隧道显微镜技术在表面纳米科学研究中的重要作用。第二章主要介绍了扫描隧道显微学的基本理论和论文实验工作所使用的低温超高真空STM系统的结构和工作原理。　　 利用超高真空低温扫描隧道显微镜，研究了功能有机分子酞菁铁在Au(111)表面上的吸附行为和电子态结构。在亚单层，酞菁铁分子的吸附行为受到了Au(111)表面重构的强烈影响。而对于有序的分子单层膜，这种影响并不明显。由于第一层分子的缓冲作用，第二层分子为层状生长模式，几乎没有受到基底影响。第一层和第二层分子具有相同的晶格结构，但分子的吸附构型差异很大。利用通过功能化针尖获得分子内部高分辨图像的方法，对比研究了酞菁铁和酞菁锌分子在Au(111)表面的电子态结构。研究结果表明，酞菁铁分子一基底间强烈的相互作用使酞菁铁分子的本征电子结构受到了显著影响，而酞菁锌分子与基底的相互作用较弱，其本征电子态结构并没有受到Au(111)基底的明显影响。对于第二层酞菁铁分子，其本征电子态并没有受到Au(111)基底的强烈影响，这来源于第一层酞菁铁分子的缓冲作用。　　 在干净的氮气氛围下，滴大约20μL的二氯甲烷到清洁的Au(111)基底上，然后在超高真空条件下缓慢退火，得到了有序的二氯甲烷缓冲层。STM实验表明，在不同的退火温度下，可以得到结构不同的二氯甲烷缓冲层，其中在335 K，355 K和395 K下得到是三种典型的条带状结构，而在其他温度下得到的则是这三种典型结构的过渡类型。最后，简单介绍了初步利用二氯甲烷缓冲层研究单分子Rotaxane结构/电导转变的例子，为澄清关于Rotaxane分子电导转变机理的争议提供了极具价值的实验证据。这为以后利用二氯甲烷缓冲层研究有机大分子的电学性质提供了很有意义的参考。　　 利用超高真空低温扫描隧道显微镜，采用原位撞击的方法在Pb(111)表面制备了大量单个Pb原子。在STM形貌像中，Pb原子呈现为对称圆形突起，而在微分电导像中，Pb原子的电子态密度分裂成两个对称相等的部分，其节平面为Pb(111)表面的[211]方向。在扫描偏压范围2.00 V-0.10V内，Pb原子的所有微分电导像都呈现基本一样的特征。由于Pb(111)表面的三重对称性，实验中也观察到了Pb原子的节平面沿[121]和[112]方向的情况。利用STM的原子操纵技术，在Pb(111)表面构造了结构和位置确定的Pb原子链，并测量得到了其微分电导像。实验结果表明在Pb原子链内部有电子态密度的振荡现象，类似于沿着原子排列方向的纵波，其相位依赖于扫描偏压，而波长则与扫描偏压无关。实验还发现，原子链的组成原子数目越多波长则越短。基于第一性原理的理论计算和模拟验证了实验结果并给出了理论依据。