表面单分子动力学的研究对于揭示表面化学反应机理以及纳米尺度的分子器件的设计等具有重要的意义。具有新型功能的科学仪器对于不断开阔人类认识世界的能力,开辟新的研究领域具有重要的作用。本论文的主要内容是利用低温超高真空扫描隧道显微镜系统研究了单分子在表面的吸附、扩散、转动等动力学过程;同时,参与研制了一套超快激光耦合扫描隧道显微镜系统,并完成了相关性能的测试。具体内容可以分为以下三部分:　　 1.利用低温扫描隧道显微镜对苯分子在Au(111)表面的吸附和扩散行为进行了研究。在原子尺度上对Au(111)表面的herringbone重构进行了成像。发现了吸附在表面台阶处和平整表面的苯分子不同的动力学行为。用二维分子气模型揭示了STM针尖形成的局域电场对分子扩散势能的调制。提出了在纳米尺度上对Au(111)表面扩散势能成像的一种新方法。　　 2.利用低温扫描隧道显微镜研究了吸附在NaCl超薄绝缘层上的单个镁卟吩分子的转动动力学行为。观察到分子具有两个稳定构型,对应于不同的电荷态,而且分子的电荷态可以通过隧穿电流来改变。发现不同电荷态下,分子转动性质有显著不同,揭示了电荷态的特征和分子转动行为的控制机理。通过测量分子转动速率和隧穿电子的能量、隧穿电流大小的关系揭示了这是共振隧穿激发和单电子激发过程。这一研究提出了一种利用电荷态控制分子转子和分子马达的新方法。　　 3.研制了超快激光耦合扫描隧道显微镜系统。这一系统利用激光技术在光谱学和时间分辨的能力和扫描隧道显微镜的高空间分辨能力,为在单分子尺度上进行单分子的动力学性质研究提供了强有力的新型研究手段。设计并制作了STM扫描头,样品加热器,分子蒸发源和针尖刻蚀系统等。完成了系统的整体测试,时间分辨部分和扫描隧道显微镜部分工作性能良好,达到了设计指标。