硅基纳米薄膜材料具有特殊的物理和化学性质，在光学、微电子和光电技术等许多领域都具有重要的理论和应用前景，一直是实验和理论研究的热点对象。而薄膜的生长过程－尤其是初期生长过程，对薄膜材料的结构和性质有着重要的决定作用，因此弄清薄膜的初期生长机制将为进一步制备高质量的功能薄膜材料提供一定的理论指导。为了能较完整地反映生长过程中吸附粒子与周围原子以及基底的相互作用，本文采用第一性原理计算分别从原子和电子层次研究了Si(001)-p(2×2)表面及Ge与Si原子吸附Si(001)－p(2×2)表面的结构和性质，并深入地分析和讨论了模拟所得结果，为相关的实际应用提供了一定的理论基础。其具体研究内容及结果如下： (1)对Si(001)-p(2×2)再构表面的几何及电子结构进行第一性原理研究，并对Si(001)-p(2×2)表面以下几层原子的弛豫进行了模拟计算。 由于表面重构是硅纳米薄膜的一种重要表面行为，且Si(001)晶面是实验上常用的硅基薄膜生长的衬底面，故本文首先对Si(001)的理想表面进行几何优化，分别研究了不同真空层厚度和原子层数对表面构型的影响。研究表明：当真空层厚度为10A、表面层数为8层时，表面能和表面弛豫将不受层数和真空的影响。在此基础上，通过进一步计算得到了稳定的p(2×2)再构的(001)表面，并对此重构表面进行原子及电子结构的计算和分析。计算结果表明：Si(001)表面发生p(2×2)重构，将导致表面第二层原子沿二聚方向相互靠近。同时弛豫发生至表面下数个原子层，且沿z轴方向的幅度随深度的增加而逐渐减小。费米能级附近的态密度由s和p轨道共同组成，其中p轨道起到了主要的贡献；经过优化后，费米能级处的态密度则显著降低，表面结构趋于稳定。 (2)对Ge与Si原子吸附Si(001)-p(2×2)表面的结构和性质进行第一性原理模拟计算并对比研究。 计算了Ge与Si原子在Si(001)-p(2×2)面各个高对称位置上的吸附结构，其中包括吸附能、键长、几何结构等；为了从微观上来理解及解释这些情况，本文对其又作了吸附前后结构的电子特性分析，包括态密度、电荷密度等，从微观上给出了吸附的机理，并分析了体系的电荷转移特性。计算表明：Ge与Si原子在Si(001)-p(2×2)表面吸附的稳定位置相同，但几何结构及电子态存在一定差异，认为此差异来源于Ge与Si原子序数的不同以及Ge-Si与Si-Si之间原子相互作用的差别。同时还发现：吸附原子在S，P，B，H，C五个特殊的高对称位置吸附，其中，S位最稳定，P，B为亚稳定位置，H，C则最不稳定。