Ⅲ族金属元素Al、Ga和In在Si表面的吸附在基础研究和技术应用中有广阔的前景，目前实验和理论研究都非常关注。本文用第一原理理论研究了金属In在Si(001)表面的吸附以及单台阶Si(001)表面上In量子线的生长。 首先研究了In在Si(001)表面的吸附。计算中所取的超原胞模型如下：用12个Si原子层模拟基底，在基底两边各吸附0.5个单层的In原子，同时包含相当于9个原子层厚度的真空层，模型具有镜面对称性。原胞表面大小为√8×√8(单位为表面晶格常数a=3.84(A))，且与二聚体化学键方向成45°角。对In原子吸附以后的表面结构、In原子对Si衬底的作用及缺陷对In量子线生长的影响、In原子是否会向衬底扩散并与Si原子发生交换等问题进行了详细的讨论。我们发现，In原子在Si(001)二聚体表面的吸附形成平行二聚体模型，也就是吸附In原子形成的二聚体与衬底Si二聚体有相同的化学键取向；In原子的吸附不会对Si(001)衬底造成影响；如果衬底存在缺陷，如有一个二聚体空位，In量子线的生长将会在缺陷处发生中断，形成不连续的量子线。研究还表明In原子在Si(001)表面形成二聚体比其扩散到衬底中与Si原子发生交换具有更稳定的能量，因此，在平衡条件下，In原子不会与Si原子发生交换。本文研究的另一个重点是平坦的和单台阶的Si(001)表面上In量子线的生长。首先对In量子线在平坦Si(001)表面生长进行研究。结果表明，在低覆盖率时，In原子在Si(001)衬底上形成有序量子线阵列，量子线取向平行于衬底Si二聚体键，且形成一种局域2×2再构，相邻In原子链之间并不存在排斥作用。In原子链沿[110]方向的相邻排列能降低表面结合能，解释了形成局域2×2再构的原因。进一步研究了单台阶Si(001)表面上In量子线的生长，计算结果与实验取得一致：In量子线趋向于生长在远离SA台阶的位置，而它却靠近SB台阶生长，这是由于两种台阶具有不同的原子结构。