固体材料在其尺寸减小到纳米尺度时会经常表现出不同于体材料的新奇量子现象。这些量子现象对研发新型固态量子器件有着重要的价值，因此在纳米尺度上研究受限量子体系的物理性质对基础科学研究和技术应用都有着非常重要的意义。本论文工作主要是开发了一套用于原位制备、表征和测量纳米结构物理性质的极低温强磁场双探针扫描隧道显微镜及分子束外延联合系统，同时发展了一套用于隧道谱测量的主动式降噪扫描隧道显微镜，利用扫描隧道显微镜(谱)研究了Pb/Si(111)体系中量子阱调制的量子共振态随Pb薄膜厚度振荡效应，以及受限结构Cu(111)的表面态波欠量子化的现象。　　 为了研究纳米结构的新奇物理现象，笔者成功地开发了一套超高真空下的极低温强磁场双探针扫描隧道显微镜及分子束外延联合系统。在这套系统中实现了原位纳米结构的制备、极端条件下的结构形貌的原子级分辨率表征以及利用双探针实现的极低温强磁场条件下原位制备薄膜的输运测量。这套系统的低温可达到2.5 K，横向和纵向磁场均都可达到12 T，真空度可达10-11 Torr。此外，笔者还开发了基于数字信号处理器的硬件结构来实现扫描隧道显微镜的控制系统，实现了对针尖灵活的控制以及增加了一些新的功能。　　 为了提高隧道谱测量的准确度，本文开发了一套主动式降噪的扫描隧道显微镜(谱)。首先对一个针尖在闭环反馈状态下振动噪声的进行采样，然后将其驱动信号处理后加到另一个在开环反馈状态下的针尖用以采集隧道谱，这样在环境噪声以及没有内部减振系统的条件下依然能获得质量很高的隧道谱信号。　　 利用扫描隧道显微镜(谱)，笔者研究了与量子尺寸效应相关的一些新奇物理性质。在一个Si(111)表面外延生长的楔形Pb岛上，观测到了由量子阱调制的位于Pb真空能级以上的量子共振态随Pb厚度的奇偶振荡效应。采用量子力学完全解的计算方法，从理论上解释了奇偶振荡是由于从针尖注入的电子在Pb和真空表面以及Pb和Si表面处反射的结果。　　 此外笔者研究了受限体系里的表面态。在规则的正六方具有单层深度的Cu(111)洞内，研究了电子表面态在量子受限体系中的行为。利用扫描隧道谱的方法，得到了受限体系的表面态的色散关系，通过对其进行二维傅立叶分析，发现了其波欠的量子化现象。