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有机分子在金属表面的手性识别对于研究手性化合物的对映体分离、异构体识别的传感器以及不对称催化等过程具有非常重要的意义。在本论文的第一部分,我们利用扫描隧道显微镜研究了一种多构型分子C-TBP在Au(111)和Cu(111)表面的自组装行为。所研究分子C-TBP由三个通过乙炔基连接的萘环组成,因为分子含有n=3个可绕乙炔轴旋转的手性集团(即萘环),因此它们吸附在表面上时,存在2n=8种不同的异构体,分别为RRR、LLL、RRL、LLR、RLL、LRR、RLR、LRL,其中两两互为镜像对映异构。通过扫描隧道显微镜(STM),我们可以清楚地将8种构型识别出来。在Au(111)表面上,我们观察到两类有序的结构,分别为brick-wall和lamella。由于密排结构中分子之间的位阻效应,brick-wall结构存在两种准手性的畴,分别由69％RRL+31％RLL和68％LLR+32％LRR组成；而lamella结构包括两类主要由RLR+RRR和LRL+LLL组成的畴,同时也含有少量的其它构型分子。由于分子与Au(111)很弱的相互作用以及lamella结构的不稳定性,我们无法观察到热力学诱导的的构型变化。另一方面,在Cu(111)上,分子上的羧基与Cu具有很强的相互作用,所以无法形成有序的结构。在低覆盖度时,单个分子的构型分布统计结果表明,占主要成分,这是分子内相互作用的结果。
当对第二类超导体施加外磁场时,磁场会渗透到超导体内部,在超导体中就会产生以六角格子规则排列的涡旋线结构,每根涡旋线带有一个磁通量子Φ0(2.07×10-7 G·cm2),相邻涡旋线的间距为d=(2/√3Φ0/H)1/2。研究磁涡旋结构的形成与动力学对理解超导机理与应用具有重要的意义。扫描隧道谱(STS)反映了实空间局域态密度,使得我们不仅可以研究单个磁通涡旋线的行为,还可以研究特定涡旋中心的电子态。在论文的第二部分工作中,我们利用低温STM/STS技术,成功地在低维铅材料上观察到了涡旋图像,并对涡旋性质进行了详细研究。在无限大的铅膜样品上,涡旋芯电子态随厚度的变化揭示了样品超导电性从净极限到脏极限的转变,这主要是由薄膜上不规则界面的强散射导致电子自由程降低所造成的。根据实验测得的变磁场的涡旋图像和GL理论给出的拟合公式,我们发现随磁场增大,涡旋尺寸减小。膜表面缺陷的弱钉扎作用使得磁通排列成扭曲的、不规则的六方格子。在一个存在边界的铅岛样品上,我们仔细分析了涡旋图像随磁场的演化,第一次在实空间观察到了表面超导层。这个超导层位于岛样品的边界且平行于外加磁场方向。通过电导谱线的测量以及相应的线性拟合,我们得到12ML的铅岛4.32K时的上临界场Hc2和Hc3分别为1960G和3077G。两者的比值为1.57,这更加支持了表面超导电性的存在。
在论文的第三部分,我们研究了Si衬底上Ag薄膜(膜厚为11ML)对Pb的生长行为和电子性质的影响。首先,受量子尺寸效应的影响,在低覆盖度时,在Ag/Si表面Pb的生长采取双层生长加9ML拍频的模式；当膜厚大于21ML时,生长则是理想的layer-by-layer模式。这与Pb在Si(111)表面的生长行为类似。不同的是,Pb在Ag表面采取F-M模式生长,可以形成厚度为1ML、3ML和6ML的薄膜。其次,STS的结果表明,由于Ag薄膜的存在,量子阱态的能级均向高能端移动,而且能级越高,移动值越大。这反映了电子在界面处反射相位的改变。通过变隧穿距离的dI/dV-V的测量我们发现,未占有量子阱态(QWS)相邻能级的差值随量子数增大而逐渐减小。分析表明,这是由于金属表面镜像势的影响造成的。