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随着集成电路工业的发展，单分子功能器件成为当前研究热点之一。分子的电子态性质除了受自身的结构特征影响外，还受到分子相对于固体表面的吸附位置与吸附姿态的影响。富勒烯分子由于其特殊的笼状结构而具有良好的稳定性。富勒烯分子笼内嵌入的金属原子可引起明显的电荷转移，诱导分子的电学和磁学性质发生很大的变化，因此其在单分子功能器件等方面具有很高的研究价值。在本论文中，我们利用扫描隧道显微术(STM)研究了金属衬底上富勒烯分子C60及Gd@C82的结构和电子态等性质，主要创新性研究工作有:
1.在Cu(111)上，通过研究低温时吸附的C60分子的自组装结构，发现分子在未发生重构的衬底表面上形成五种不等价的吸附结构。根据分子尺度的高分辨STM图像，我们建立了该五种吸附结构之间的演化联系;利用DFT理论计算了C60分子在Cu(111)表面不同位置所形成的四种吸附构型的键能，并结合相应的STM所得构型优化确定了具体的吸附结构模型;通过对不同热处理阶段的C60自组装分子岛结构的研究，发现C60分子诱导界面处衬底发生重构，籍以此首次明确了C60亚稳态结构向(4×4)稳定结构转化的过程。
2.通过系统地对比研究内嵌金属富勒烯分子Gd@C82在Cu(111)和Pt(111)上的低温吸附的结构及其电子态性质，发现Gd@C82分子在两种衬底上的生长方式完全不同:Gd@C82分子在Cu(111)上优先吸附于能量较低的台阶边缘与缺陷(或吸附物)处，并以岛状方式生长，而在Pt(111)上则随机吸附于各处，并以层状方式生长;经过热处理后，Gd@C82分子在两种金属表面上形成不同的密堆积排列结构;Gd@C82分子诱导Cu(111)表面重构，但并未引起Pt(111)表面发生重构。通过对比扫描不同偏压下分子和缺陷(或吸附物)的STM图像，我们发现分子的电子态除了受其吸附取向的影响，还受衬底表面缺陷及吸附物的影响。利用扫描隧道谱及DFT理论研究，明确了Cu(111)表面不同吸附物(即C、CO、O)影响Gd@C82分子电子态性质的机制;利用微分电导谱/图技术对吸附在Pt(111)表面的Gd@C82分子进行了检测和成像，确定了Gd@C82分子内嵌金属Gd的位置。
3.研究了Pt(111)表面上FeO薄膜因晶格失配而形成的具有非均匀分布的周期性表面势对C60和Gd@C82的吸附结构及电子态的影响。该周期性表面势不但可以调制C60分子的吸附取向而形成长程有序的(√133×√133)R17.5°超结构，而且还可以影响C60分子的电子态从而形成p(8×8)超结构。由于FeO薄膜周期性表面势的调制，Gd@C82分子选择性地吸附在其摩尔结构的hcp和fcc位置。FeO薄膜极性表面势与极性Gd@C82分子之间的偶极相互作用导致单个Gd@C82分子的表观高度远小于其几何直径。