发现新的薄膜超导材料及其超导电性研究已经成为凝聚态物理研究的重要前沿，也是未来发展新的高温超导薄膜电子学器件的重要材料基础。镓(Ga)是一种元素超导体，但具有多种结构相。α-Ga是室温下的稳定相，其超导转变温度（Tc）为～1.1 K;γ-Ga是一种亚稳相，其Tc～7.6K。在实际材料中，Ga的亚稳相多以混合相出现，严重影响了其超导电性的研究。在本篇论文中，我们利用分子束外延(MBE)技术分别在氮化镓(GaN(0001))衬底和硅(Si(111))衬底上制备了单相的晶体Ga膜;并利用原位的扫描隧道显微镜/谱(STM/STS)技术和非原位的电输运测量技术研究了Ga膜的超导电性，包括超导能隙△、超导转变温度Tc、临界磁场和磁通结构等。具体内容如下:　　(1)我们在宽禁带半导体GaN(0001)衬底上成功地制备了大面积平整的两个原子层(2ML，0.556 nm)厚的Ga膜。它具有六角周期的晶体结构，其原子结构和原子间距与所有Ga的体相都不相同，是一种新的二维超导相。原位STS谱测量表明两层Ga膜的超导能隙为1.01 meV，远远大于Ga体稳定相(α-Ga)的超导能隙(0.16 meV)。利用非原位的电输运测量手段，我们观察到Ga膜的超导转变温度为5.4 K，是α-Ga的五倍，显示出界面增强的超导特性。2MLGa/GaN(0001)是一种新的金属/半导体异质结界面增强超导体系，为研究界面超导机理提供了新的平台。而GaN是半导体工业中重要的光电材料（2014年诺贝尔物理学奖），在其上制备的两原子层厚的超导薄膜为超导电子学与半导体工艺的结合提供了可能。　　(2)我们在规则台阶的Si(111)衬底上生长了不同尺寸、不同形状的Ga岛，并确定了其结构为亚稳态的γ相(γ-Ga)。紧接着，我们利用低温STM/STS研究了Ga岛的横向尺寸和厚度对其超导电性的影响。实验发现，超导转变温度Tc随着Ga岛的横向尺寸（有效直径re）和厚度减小而降低，临界超导厚度为两个原子层。尤其重要的是，相对于在圆形Ga岛上观测到的正常磁通结构，我们在长方形Ga岛上观测到拉长的磁通结构。磁通形状因子η随着岛的长宽比L/w及磁场B的增加而增大。磁场下的零偏压电导沿着岛的短边方向呈现出振荡行为，而沿着长边方向只有单一的极大值，证实了每个拉长的磁通对应着单个量子磁通Φ0。这种不寻常的磁通结构还从来没有被理论预言或实验所报道。我们的实验结果不仅有助于加深人们对纳米尺度下磁通结构的理解，也为未来应用于高磁场的超导纳米器件的设计提供了思路。