信息技术的成功发展离不开电子学器件的小型化。对器件小型化的追求促使了人们对单分子器件的研究和理解，以求最终实现以单分子为基本单元构筑电路。现在，单分子器件已经成了在纳米尺度研究各种有趣物理现象和机制的平台，它的发展离不开对单个分子自旋态和电荷态的有效调控。磁性金属酞菁分子是中心包含一个磁性离子的大环化合物，这一类分子具有良好的化学稳定性，独特的光学和电子学特性，涉及诸多的应用领域例如化学传感器和太阳能电池材料等，在实现单分子性能的控制方面有着重要的作用。另外，吸附在金属表面的酞菁分子对于研究和理解单分子的自旋态而言是一个很好的体系:分子骨架可以减弱金属离子的自旋与金属电极的自由电子的相互作用;改变金属离子中心，还可以实现自旋量子数的变化。　　本论文的主要工作是利用低温扫描隧道显微镜研究了在Au(111)基底上的几种金属酞菁分子的电子态，试图为实现单分子的电学和磁学性质的调控提供有用的思路。论文研究了如何利用外界的激励（化学修饰、原子操纵和外加磁场）来探测和控制单分子的自旋态、手性态，并探索了分子与基底的耦合作用。论文中的工作包括以下三个部分。　　第一部分研究了Au(111)表面磁性金属酞菁分子自旋态的探测和调控。　　1.实现单个磁性分子自旋态的可逆转变对于Kondo物理的理解和自旋电子学的应用有着重要意义。通过H原子的吸附和脱附，实现了Au(111)基底上MnPc分子Kondo共振的“关”与“开”。DFT计算表明，吸附H原子后，中心Mn离子的自旋由3/2变为1，不再满足发生Kondo效应的条件。吸附的H原子可以通过电压脉冲或者加热的方法脱附。这项工作在单分子尺度展示了通过化学吸附对分子自旋态的调控，在单分子电子学中的自旋调控方面可能得到应用。　　2.借助原子操纵实现了单分子内部g因子的空间分辨。单分子内部的g因子可以反映出局域的精细自旋-轨道相互作用。g因子的测量是通过分析分子的扩展的Kondo效应与磁场的依赖关系来实现的。实验发现在单分子内部g因子的空间分布是不均匀的，并结合DFT计算解释了这种不均匀性。这项工作为探索单分子内部自旋相关的特性提供了新的途径。　　3.研究了如何利用磁场调制磁性单分子的自旋量子态。非磁性金属中的磁性杂质可能处于Kondo态或者mixed-valence态。在吸附于Au(111)表面的FePc分子体系中，实验上首次观察到了这两种量子多体态的Fano干涉效应。在磁场的作用下，最终的Fano线形表现出连续的演化。这种磁场调控的量子干涉效应，为单分子自旋电子学提供了自由度和可控性。　　第二部分研究了如何通过化学修饰调控Au(111)表面单个MnPc分子的手性态。通过将吸附在Au(111)表面的MnPc分子氢化为H3-MnPc分子，造成了对称性破缺，诱导了分子/基底系统的手性的产生，并且这一过程没有移动分子的骨架。几何结构上的手性在电子结构上也表达了出来。这种氢化诱导手性产生的机制提供了一种有效的调控表面分子手性的方法，并期待这种气体吸附诱导手性的机制应用到手性气体传感器等领域。　　第三部分介绍了与酞菁分子相关的其他两项工作。首先研究了四种酞菁分子在石墨烯表面的自组装行为。有机分子与石墨烯之间的相互作用可以改变石墨烯的输运特性，并且在分子的自组装行为中起着重要的作用。分子-基底相互作用与分子间的相互作用之间的微妙的竞争关系，最终决定了石墨烯表面分子的不同的自组装行为。这项工作有助于理解分子与石墨烯之间的相互作用对石墨烯电子态的调控，将来在石墨烯器件中可能得到应用。然后，研究了如何构筑二维H2分子团簇。低维的H2分子结构可能表现出新奇的量子性质，并且有重要的实用价值。通过在Au(111)基底上引入MnPc分子作为成核点，对H2分子进行了有效的钉扎与收集，从而实现了二维H2分子团簇的构筑，并表征了其电子态。二维H2分子团簇为研究固体表面H2分子的物理性质和化学发应提供了很好的平台。