自从石墨烯问世以来,人们发现,由于维度减小和晶体结构的限制,二维材料往往展现出独特的性质。因此无论是在基础研究还是应用实践,二维材料都引起了学界的广泛关注。目前,已经有许多具有丰富奇异电子相的二维材料被研究发现,如过渡金属二硫化物等。然而,对于钙钛矿氧化物这一类以化学离子键结合的材料来说,传统的方法缺乏克服离子键这种强作用力的能力,很难在保证质量的前提下获得大尺寸二维样品,所以有关二维钙钛矿氧化物薄膜的研究报道相对较少。针对这一难题,本研究利用了一种牺牲层的刻蚀方法:在钙钛矿衬底上依次外延生长La1/3Sr2/3Mn O3（LSMO）牺牲层和薄膜材料层,然后通过在碘化钾酸溶液中刻蚀LSMO牺牲层以释放上层薄膜材料。本研究得到了具有高结晶质量、大尺寸（～1×1 cm~2）的自支撑二维钙钛矿钛酸锶（SrTiO3,STO）薄膜;通过利用光致发光（Photoluminescence,PL）和时间分辨光致发光（Time-Resolved Photoluminescence,TRPL）等方法研究了其奇异物理性能。本论文具体工作包括以下几个部分:第一、通过脉冲激光沉积技术,在（001）晶向的钛酸锶衬底上生长得到了高质量的LSMO/STO薄膜,发现LSMO作为中间牺牲层插入后得到的上层STO薄膜仍保持了良好的晶体质量与表面形貌,为下一步自支撑二维薄膜的制备奠定了基础。并且成功制备了具有良好导电性的STO界面二维电子气（Two-Dimensional Electron Gas,2DEG）,其载流子浓度约为1-4×1014 cm-2。第二、利用碘化钾酸溶液刻蚀LSMO牺牲层的方法成功剥离得到了自支撑二维STO薄膜,该薄膜完整性高,具有较好的单晶特性和表面平整度,可转移至多种衬底,尺寸最高可达1×1 cm~2。第三、在室温下,探究了多个二维STO薄膜样品的光致发光特性,多峰高斯拟合结果表明二维STO薄膜的特征峰分别位于2.7 e V、2.34-2.4 e V、1.7-1.9 e V和1.3-1.55 e V,其中2.34-2.4 e V的绿色发光峰和1.7-1.9 e V的红色发光峰是独特的,未在块体STO中出现。二维STO薄膜样品的吸收光谱与透射光谱在～460 nm（～2.7 e V）和～550-850 nm位置也出现了吸收峰,跟PL的结论相符合。第四、采用时间分辨光致发光光谱研究了二维STO薄膜独特的光致发光现象。通过光载流子的速率方程和热拉伸指数曲线模型分别对PL衰减曲线进行拟合分析,发现并确定了二维STO薄膜中自陷激子（Self-Trapped Excitons,STE）的存在。据此对二维STO薄膜的光致发光起源进行了讨论:2.34-2.4 e V的发射源于STE,2.7 e V的发光归因于从导带到STE基态的电子跃迁,1.7-1.9 e V和1.3-1.5 e V的发光则与Ti空位有关。进一步的第一性原理计算表明:二维STO薄膜表面Ti空位的形成能比块体STO中低1.3 e V左右;弯曲的二维STO结构的带隙为1.63 e V,小于原始二维STO结构的2.23 e V带隙,因此以自支撑二维钛酸锶为代表的二维钙钛矿氧化物在光电领域可能具有良好的应用前景,具有很好的研究价值。