石墨烯,一种由碳原子构成的蜂窝状结构,自从在2004年被成功剥离之后就被广泛研究。单原子层厚度的石墨烯具有很多优良特性,例如:超高的载流子迁移率、超高的透光率、室温下的量子霍尔效应等,使其在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域有巨大的应用潜力,被公认为本世纪的“未来材料”和“革命性材料”。石墨烯的成功激励人们探索其他类石墨烯二维原子晶体材料,其中碳族二维材料(硅烯、锗烯和锡烯),非碳族二维材料(硼烯、铪烯、黑磷、过渡金属二硫属化合物和六方氮化硼)等也都在各自领域取得了很大成就。本论文主要利用超高真空低温扫描隧道显微镜(STM)、低能电子衍射(LEED)结合密度泛函理论(DFT)等研究手段探索几种新型类石墨烯二维原子晶体的生长,并对其结构和电子性质进行表征,具体如下:1.单层Mo Se2的边界结构研究。本工作中报道了利用分子束外延技术(MBE)在Au(111)表面成功构筑了规则边界形状的单层Mo Se2岛。STM表征揭示了Mo Se2岛Mo边界的高分辨图像。STS谱线显示两种边界在正偏压下有明显不同的电子态信息。通过DFT计算Mo Se2岛的几种边界构型,实验中给出Mo Se2岛两种边界的空间结构(裸露的Se边和单个Se原子饱和的Mo边),并且通过分析两种边界处的投影态密度得到不同的电子态来源于Mo原子的dxz轨道与Se原子的pz轨道耦合。2.二维原子晶体硒化铜的生长、表征及表面修饰。利用一步生长法将Se沉积到贵金属Cu(111)表面,经过后续加热处理实现大面积二维单层蜂窝状贵金属硒化物的生长。随着Se沉积量的变化,硒化铜出现两个不同结构:一维条纹结构和六角周期孔洞结构。STM、LEED和DFT研究揭示了两种结构的内在区别。通过在硒化铜孔洞结构表面沉积原子或分子(Fe,Fe Pc,C60),实现了样品表面不同位置的选择性吸附和填充,进而实现硒化铜表面修饰及功能化。3.二维原子晶体硒化银和二硒化五银的生长和表征。利用一步生长法将Se沉积到贵金属Ag(111)表面,经过后续加热处理实现两种大面积二维单层贵金属硒化物的构筑。两种结构的Se原子沉积量不同,制备温度也不同。其中,单层硒化银具有蜂窝状结构,可以在室温下制备,DFT计算显示其自由单层表面有磁性;制备单层二硒化五银需要沉积更多的Se原子及一定的退火温度,LEED显示其在Ag(111)表面形成(√7×√7)的超结构。4.溴-有机分子氢键网格结构的构筑。本工作中利用分子束外延技术和扫描隧道显微镜表征方法,将非金属原子(Br)和有机分子(DPA,Dc C6PA,PTCDA)沉积到金属表面(Ag(111)和Cu(111)),成功构筑和表征了大面积二维手性网格结构。在网格结构中,Br原子以最大数量氢键(-C-H···Br)的位置周期分布在有机分子之间。DFT计算给出氢键可以稳定这种溴-有机分子网格结构。另外,通过改变有机分子与溴原子的比例,实验上在Ag(111)表面获得了不同氢键网格结构。