本论文用等离子体辅助的分子束外延设备在钙钛矿衬底上外延生长TiO2以其过渡族金属Mn等掺杂的TiO2薄膜。运用各种表征手段，我们对外延薄膜的生长过程，形貌，结构，组份，以其性能进行了比较系统的研究。本研究所得的结果不仅使人们对分子束外延生长的过渡族金属掺杂外延薄膜的条件和微宏观生长机制的了解增强，而且对该外延薄膜的物理性能特别是磁性能有进一步深刻的认识，更对相关外延结构以其器件的应用起到了引导作用。我们相信，这些研究对于外延生长过渡族金属氧化物能够起到一定的指导作用，并对外延材料和结构的相关应用提出了新的预测。 本论文主要有三点创新： (1)使用分子束外延(MBE)的方法来制备Mn:TiO2外延薄膜，得到的化学配比较好的外延薄膜和非常锐利的界面，并用热力学和动力学理论分析其生长过程。 (2)利用一系列的实验和检测手段来分析Mn掺杂TiO2薄膜中磁性的真正来源，发现了氧空位和界面在磁性来源中的重要作用，并利用热，光和电学的方法来调制薄膜的磁性。 (3)制备了Pt/TiO2/SrTiO3:Nb/Pt电阻开关器件，该器件具备良好的开关性能。