晶体管和集成电路是现代信息社会的基石,随着传统硅基半导体技术的发展接近物理极限,寻找新的沟道材料、发展新的半导体集成电路技术是突破硅基技术瓶颈的必经之路。原子级厚的低维材料,例如二维材料（石墨烯、过渡族金属硫族化合物、黑磷等）和准一维材料（碳纳米管、石墨烯纳米带等）,具有优异的物理性能,有望成为下一代晶体管技术的沟道材料。本文选取了二维黑磷和准一维碳纳米管两类体系,系统研究了多种材料的结构、缺陷和性能。在材料生长、加工和器件制备过程中不可避免的会出现缺陷,如空位、吸附原子、间隙原子、位错和晶界等缺陷,会影响材料的结构和性能。由于尺寸和限域效应,低维材料中缺陷的影响更深远。另外,边缘结构对于二维或近一维材料的化学惰性和物理性能也起着不可忽略的作用。作为一种新兴的二维材料,黑磷在高性能纳米电子学和光电器件中有着很好的前景。然而,当前人们对黑磷的结构缺陷和边缘构型的认识主要依赖理论计算,尤其是原子尺度上,实验结果相对较少。主要障碍来源于黑磷结构在水氧气氛、电子束辐照等条件下的不稳定性,尤其是对于单原子层。本文结合电子束辐照和原位加热系统发展了一种新型方法,原位制备出单层和少层黑磷样品,在此基础上,系统研究了单层或少层黑磷中的结构缺陷和边缘构型。当二维材料的尺寸减小到纳米尺度或降低维度时,由于量子限域效应和边缘效应,可能会产生新的性质。本文中,基于碳纳米管的限域空腔成功合成了二硫化钼纳米管、二硫化钼纳米带、碲化钼纳米线等准一维材料和磷原子链、碳原子链等一维材料。结合高分辨透射电镜、纳米区域电子衍射、拉曼光谱、X射线衍射、X射线吸收谱和密度泛函理论计算等多种实验和理论手段,对这些填充物的结构、成分、物理性能以及变温和电子束辐照条件下结构稳定性开展系统研究。实验发现,填充物的结构和物理性能对碳纳米管内径有很强的依赖性,例如碳纳米管内径为8.0～10.0?时,填充的磷原子链为线性单链（半导体性）,13.0～15.0 A中为连结的锯齿形双链（半金属性）,15.0～17.0?中为分离的锯齿形双链（半导体性）。在碳纳米管内填充构建具有新型结构和性能的材料拓展了后摩尔时代新沟道材料的多样性。