宏观尺度上原子级平整的单晶薄膜是研究二维宏观电子性质的前提。在本论文中，我们利用分子束外延（MBE）的方法，在硅衬底及钛酸锶衬底上分别实现了大面积原子级平整单晶Pb薄膜及FeSe薄膜的异质外延生长，并利用输运及扫描隧道显微镜（STM）研究了超导电性随厚度的变化。论文主要包括以下两个方面：（1）利用Pb的条状非共度相（SIC相）修饰Pb/Si界面，成功的实现了Pb单晶薄膜逐个原子单层的外延生长。通过研究Pb单晶薄膜随厚度变化的超导电性，实验上首次发现对于4-9个原子单层厚度的Pb单晶薄膜，其超导相变来源于二维体系BKT相变。并且通过逐个原子单层的增加Pb单晶薄膜厚度，首次观察到二维体系超导相变由BKT相变向平均场相变的过渡行为，完善了该体系中二维超导电性随厚度变化的相图。（2）在TiO₂面终止的SrTiO₃（100）衬底上成功的制备了大面积原子级平整的FeSe单晶薄膜，实验发现单位原胞厚度的FeSe薄膜具有高温超导电性。其超导能隙的大小依赖于衬底表面的处理方式：在经过Se刻蚀的SrTiO₃（100）衬底上，单位原胞厚度FeSe薄膜的超导能隙达到20.1meV，与本征FeSe单晶薄膜相比（超导能隙2.2meV，对应的超导转变温度为9.4K），增大了近一个数量级。若超导机制与本征FeSe薄膜相同，该能隙对应的超导温度将达到液氮温度77K以上。在未经过Se刻蚀的绝缘SrTiO₃（100）衬底上，单位原胞厚度FeSe薄膜的超导能隙为10.0meV，经输运测量得到的最高转变温度为50K。当增加FeSe薄膜的厚度时，发现一个单位原胞厚度以上的FeSe薄膜不具有超导电性，即超导电性仅局限于界面处0.55nm厚度的FeSe薄膜内。