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石墨烯独特的电子结构使其在光学、电学、热学和力学等方面具有优异的性能，在许多领域都存在巨大的应用前景。尤其是石墨烯的高迁移率和室温近弹道输运特性，使其成为未来纳米电子学时代的理想候选材料之一。本文主要研究了Ru(0001)表面高质量石墨烯的制备，Ru(0001)上石墨烯缺陷对钴纳米团簇成核和插层的影响，以及硅插层后石墨烯表面单空位缺陷之间的量子散射态，取得了以下研究成果: 1、在Ru(0001)表面制备出了高质量的亚单层、单层和双层石墨烯。对于亚单层石墨烯，石墨烯岛具有锯齿型边缘，其大小可以通过乙烯的通入量来控制。在基底处于高温时(800℃)通过增加乙烯的剂量到100 L，在Ru(0001)表面制备出高质量的单晶单层石墨烯。继续增加乙烯的剂量并降低冷却速率至5℃/min，Ru(0001)表面生长出高质量的双层石墨烯，进一步的拉曼光谱表征揭示了石墨烯的振动态，G峰和2D峰的强度比表明Ru(0001)表面双层石墨烯的行为更像本征的自由态的石墨烯。这一制备高质量的亚单层、单层和双层石墨烯的方法对石墨烯的基础研究和应用领域都有重要意义。 2、Ru(0001)上石墨烯缺陷对钴纳米团簇成核和插层的影响。在Ru(0001)外延生长石墨烯表面观察到四种缺陷，在室温下沉积钴之后，钴纳米团簇将优先吸附在石墨烯缺陷的周围。通过退火，在530℃时钴原子通过缺陷插入到石墨烯和Ru(0001)表面中间。进一步沉积钴原子和退火将增加插层的钴岛的尺寸。这提供了一种控制钴纳米团簇的分布和密度以及插层钴岛的尺寸的方法，这种方法将在催化工业、磁存储和未来磁信息技术中具有潜在应用价值。 3、通过扫描隧道显微镜(STM)实验结合第一性原理计算，研究了硅插层后的Ru(0001)上的石墨烯单空位缺陷的稳定性和缺陷态之间发生量子干涉的机制。研究发现位于石墨烯的同一子晶格的两个空位缺陷之间的相互作用除了最近邻位置外，在不同距离时并不会产生新的量子干涉图案。但对于位于石墨烯的不同子晶格的两个空位缺陷，其相互作用强烈地影响每个空位缺陷的散射，并在两个缺陷态之间产生新量子干涉图案，量子干涉图案由单空位缺陷之间的相对位置和距离来决定。基于自由态的石墨烯得到的STM模拟图像很好地再现了硅插层后的Ru(0001)外延生长石墨烯表面缺陷的STM实验图像，进一步证明了硅插层后的石墨烯是近自由态的。