自上个世纪初以来,科学技术得到了极其迅速的发展,经历了从经典到量子、从宏观到微观的过渡。纳米尺度的基础研究和应用研究是科技发展的必然趋势。一方面,物理、化学、生物学等领域的基础科学研究,需要在纳米尺度乃至单分子单原子水平进行开展;另一方面,随着电子科技的发展,电子器件的体积不断减小,硅基器件越来越接近其物理极限,基于纳米材料进行器件构筑是一个有效的解决方法。低维纳米材料因其在尺寸上的天然优势,在纳米科技中极具发展前景。在纳米科技的发展中,扫描隧道显微镜技术扮演着不可或缺的角色,给该领域带来了长足的进步。本文的工作即是在这样的背景之下展开的,主要分为以下三个部分:1. 首先介绍了针尖制备控制电路的优化设计。将控制电路的关断时间减小到10 ns左右,制备的钨针尖曲率半径达1 nm以下,曲率半径小于3 nm的成功率大于80%;详细探究了针尖曲率半径与电解电流和控制电路关断速度之间的关系,发现了在针尖的形成过程中,电解电流会使得针尖发生熔化,极大的影响了针尖曲率半径。然后,介绍了前置放大器电路的优化设计,阐述了扫描隧道显微镜对于前置放大器的需求,以及放大器设计的原理和难点。最终设计一个增益为10⁹ V/A,带宽可达4 KHz的高稳定性的超低噪声放大器,整体性能与商业级放大器相当。对本实验室扫描隧道显微镜的Beetle-type扫描头的驱动电路和样品架进行了改进。通过对RHK公司的R9控制器进行编程,以及对扫描管电压进行重新分配,成功驱动Beetle-type扫描头进行进退针,并增加了样品架的平移功能。2. 在Ag（111）单晶基底上构筑了萘酞菁分子晶体,并使用扫描隧道显微镜针尖诱导了单个萘酞菁分子的互变异构。实验过程中,通过物理气相沉积的方法将分子沉积到Ag（111）形成多层膜结构。我们发现,在STM形貌图中,萘酞菁分子的中心出现了“噪点”,这是由于分子发生互变异构导致的。随后探究了偏压对于互变异构的影响。我们发现,在正负偏压下,对分子互变异构的诱导行为是不对称的,正偏压下能够诱导分子互变异构的起始电压要比负偏压下的起始电压更接近费米能级;且正偏压下互变异构速率随偏压增加的速度更快。然而,根据文献报道,在分子与金属基底直接接触的体系中,在不同的偏压极性下,针尖对互变异构诱导行为是对称的。二者现象截然不同,因此我们推测,其中的操纵机制亦有所不同。在我们的体系中,底层分子阻隔了顶层分子和基底之间电子态的耦合,使得隧穿电子被分子捕获后,居留时间大大增加。这进一步激发了分子的振动能级,使得分子呈现振动激发的状态,进而诱导分子发生互变异构。该成果对于探究电子与分子的相互作用以及针尖诱导单分子的化学反应具有重要意义。3. 介绍了单层IrTe₂二维原子晶体材料的制备及其相变研究。首先介绍了使用直接碲化的方法进行单层IrTe₂二维原子晶体,以及使用扫描隧道显微镜在室温下对其进行表征的过程。在室温下的形貌图中发现了IrTe₂的1/5相和1/6相的结构。然而,在IrTe₂块体材料中,这两个相都只能在低温下存在,这说明层数的降低极大地影响了其相变转变温度。然后介绍了低温下的IrTe₂形貌表征。在低温下,形貌发生了变化,条纹结构更加凸显,且发生了严重的弯曲。温度越低,弯曲越大。在80 K下,1/6相不复存在,而被一种无序的相取代。我们推测,这一形貌变化是由于低温下单层IrTe₂与Ir基底发生了不同程度的形变引起的。DFT计算发现,二者之间存在较强的相互作用,佐证了应力导致IrTe₂形貌变化的机制。最后,我们将所制备的IrTe₂材料在900℃高温下进行退火,制备了一种新型的材料,具有蜂窝状的晶格结构,晶格常数高达0.68 nm。该成果对于二维材料生长和相关的相变研究具有重要意义。