以具有特定结构的模板引导一维纳米线、纳米环的制备与组装,从而实现对这些一维纳米结构的形貌、尺寸、取向和排布等在纳米甚至原子尺度上的精确控制,这为新型的有序一维纳米体系的生长和研究提供了一个有效的途径。本论文采用分子束外延以及超高真空室温扫描隧道显微镜和低能电子衍射等实验技术,首次观察到了在Si(111)表面Ge诱导的两种非公度结构,并成功地制备了公度相/非公度相分离的条状和岛状表面。在该模板上进一步蒸镀金属Pb,我们获得了的一维超导Pb纳米线的有序阵列和超导Pb纳米环。论文的具体内容主要分为以下两个部分:　　 (1)在衬底温度为550℃、Ge的沉积量近1 ML的条件下,在Si(111)-(7×7)表面形成了两种Ge非公度相结构--γ相和β相。γ相由尺寸小、边缘形貌不规则、边界取向为<11-2>、堆叠在层错位置上的三角形畴平铺而成。而β相则由尺寸接近但不均一的、较大的、边界取向为<11-2>和<-1-12>分别堆叠在层错和无层错位置上的三角形畴拼接而成。两种非公度相畴内部均为1×1六角密排结构,吸附的Ge原子间的相互作用大于Ge原子与Si(111)衬底间的相互作用,这导致了其原子间距与Ge的(111)面的晶格常数一致,即为0.40±0.03 nm。三角形畴呈现幻数特征,边界原子个数从γ相的n=4增加到β相的n=5,6,7。应力释放促使Z字形轻畴壁形成于β相的三角形畴间,同时也有少量的--正对排布的轻畴壁连接尺寸较小的畴。在√3相上室温沉积1/6 ML的Ge并逐渐从300℃退火至420℃时,表面出现了与非公度相畴结构一致的三角形幻数团簇,在此基础上,我们提出了非公度相可能的Ge/Si双原子层结构模型Gen(n+1)/2Sin(n-1)/2。此外,通过研究含有1 ML与3 MI,的Ge的β相在退火过程中的形貌演化,我们给出了Ge的非公度相与公度相间的变化关系。　　 (2)在衬底温度为550℃、Ge的沉积量在1/3 ML到1 ML间的条件下,我们发现,富Ge的γ、β混合相将与(√3×√3)R30°-Ge相共存于Si(111)表面,它们互不干涉间隔式地沿Si台阶分布排列,形成了独具特色的条状相分离的表面形貌。而且,其中非公度混合相的带宽度及带间距可以通过Ge覆盖度和Si片的斜切角来精确控制。当衬底温度低至470℃时,在较大的Si台面上将出现同样结构的相分离双层岛。鉴于两相具有不同的表面活性,在这种条状和岛状的相分离结构上进一步沉积金属Pb,由于Pb原子选择性地在混合非公度相上的优先成核,我们得到了具有宏观长度的、原子级可控的宽度和厚度的单晶Pb纳米线有序阵列及超导Pb纳米环。值得指出的是,对于给定的Si衬底,因Ge在Si(111)表面的非公度相和公度相的宽度和空间分布都可以通过Ge的覆盖度和衬底温度精确地控制,又因金属总是可能在两种相结构中的一种上面选择性成核,所以这种模板引导的纳米线、纳米环的生长方法可以广泛地被应用到其它金属中。