自从Eigler等人在极低温(4K)下，利用扫描隧道显微镜(STM)对吸附在Ni(110)表面上的单个Xe原子进行成功操纵以来，单原子操纵技术一直是研究的热点。这种技术在纳米科学领域有重要的应用，具有迷人的前景。比如，它使得我们可以按照自己的意愿，采用自下而上(Bottom-up)的方式去组建各种纳米结构和器件。人们通常使用STM和原子力显微镜(AFM)来进行单原子操纵。利用显微镜的探针可以对吸附在材料表面上的单个原子进行横向操纵和纵向操纵。本课题组在理论上得到了提高横向操纵可靠性的方法，并提出了只依靠原子力实现可逆纵向操纵的方法。本文将在此基础上进一步研究如何提高横向操纵的可靠性及在多种材料的平整表面和台阶表面获得单原子可逆纵向操纵，进而在金属表面构建三维纳米结构。本文第一章主要介绍单原子操纵的研究背景及最新研究成果。第二章主要介绍了本文研究所使用的理论方法，包括原子嵌入势和分子力学方法。第三章，用分子力学方法结合半经验势研究Ag(111)表面的单原子横向操纵和纵向操纵，结果表明，与Ag单原子探针相比较，利用Cu单原子探针可以进一步提高横向操纵的可靠性。利用Cu三原子探针，依靠探针和被操纵原子之间的原子力，还可在Ag(111)平整表面提取单个Ag,Cu原子，并能在台阶表面实现可逆纵向操纵。此外，利用Ag三原子探针，通过合适的方法也能够实现可逆纵向操纵，并构建三维纳米结构。第四章，研究Ni，Pt，Au等面心立方金属(111)，(001)，(110)表面的纵向操纵，在Ni(111)表面、Pt(110)表面和Au(110)表面获得了可逆纵向操纵，并提出了构建三维纳米结构的方法。第五章总结本文主要研究结果并对后继工作进行了简单介绍。