The ultimate miniaturization of a device can be realized by making a single atom or single molecular device. To achieve this, it is essential to study the fundamental properties of single atoms and single molecules on surfaces. In this thesis, I studied the properties of a single vanadyl phthalocyanine molecule and Fe atom on surfaces using a scanning tunneling microscope and atomic force microscope. The mechanism of the hopping excitation of hydrogen in the tunneling junction was identified, and its excitation spectroscopy was applied to measure the intermolecular interaction between vanadyl phthalocyanine and hydrogen. Through this, interactions between molecules at the atomic scale were measured and high-resolution atomic force microscopic images were obtained using hydrogen. Moreover, in case of Fe, the dependence of the electrical and magnetic properties of Fe single atom on the absorption site on insulating NaCl layer was studied using spin-excitation spectroscopy. Through this, it was found that the electronic configuration of Fe atom embedded in the soft NaCl layer and the magnetic properties according to it were different from those known previously. In the theoretical part, the excitation energy of hydrogen and iron could be calculated through the density functional theory calculation, and the results were consistent with the inelastic electron tunneling spectroscopy results.
소자의 궁극적인 소형화는 단원자 또는 단분자소자를 만듬으로서 현실화될 수 있다. 이를 위해 단분자와 단원자의 근본적인 물성연구는 필수이다. 이 학위논문에서 나는 이차원 표면 위에서의 바나딜 프탈로시아닌 단분자와 철 단원자의 특성에 대하여 주사터널링 현미경과 원자간 힘 현미경을 이용해 연구하였다. 터널링 접합에서 수소의 깡충뛰기 들뜸 기작을 규명하였고, 그 들뜸 분광법을 바나딜 프탈로시아닌과 수소간의 분자간 상호작용 측정을 위해 적용하였다. 이를 통해 원자수준에서 분자간 상호작용을 측정하고 수소를 이용한 고해상도 원자간 힘 현미경 이미지를 얻을 수 있었다. 더불어 철의 경우 스핀 들뜸 분광법을 이용해 철 단원자의 전기적 자기적인 특성의 소금 절연층 위의 결합위치 의존성에 대해 연구하였다. 이를 통해 부드러운 소금층 안에 들어간 철원자의 전자 구성과 그에 따른 자기적 특성이 알려진 특성과 달라짐을 발견하였다. 이론적인 부분에서는 밀도 범함수 이론 계산을 통해 수소와 철의 들뜸 에너지를 계산할 수 있었고, 비탄성 전자 터널링 분광 결과와 합치를 보였다.
