过渡族金属氧化物一直是凝聚态物理研究的重点。由于d电子的电荷与自旋、轨道的相互耦合,产生了丰富的新奇物理效应。随着异质结的制备工艺的进步,人们可以组合不同过渡族金属氧化物,从而实现量子演生现象的设计,因而过渡族金属氧化物异质结界面成为了研究的热点。钙钛矿型作为过渡族金属氧化物中一种最具代表性的晶体型受到了极大的关注。SrTiO3是其中被研究得最为系统和深入的钙钛矿型氧化物,其在氧化物电子学里的地位相当于传统半导体电子学的硅。最典型的SrTiO3的异质结就是LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气（2DEG）。展示了丰富的物理效应,例如界面导电性、磁性以及强Rashba耦合等,具有深厚的研究潜力。本文,我们着眼于表面或界面2DEG的缺陷机制,利用不同手段引入SrTiO3或TiO2表面/界面氧空位,系统研究了表面的原子结构与电子结构、输运性质的关联,拓展了缺陷的范围。在理解缺陷对2DEG性质的作用的基础上,我们利用亚原子层生长,控制离子刻蚀参数以及门电压和光辐照的方式对缺陷进行调控,从而达到调控电子性质的目的。论文的主要结果包括:1.利用同步辐射上原位的氧化物分子束外延（MBE）系统在SrTiO3衬底上生长了不同终止层的超薄单层薄膜。发现酸洗过后SrTiO3衬底特殊的两层TiO22错开堆叠的双层（Double Layer）结构表面结构,一层（两层）Sr O在这种衬底上呈岛状生长模式,但是随后再生长一层TiO22可以使薄膜恢复平整的TiO22双层结构表面结构。ARPES分析发现SrTiO3衬底具有跟文献报道一致的表面2DEG,而一个单层的Sr O就将2DEG消除,使SrTiO3表面2DEG从“开”到“关”,另一个单层TiO22的沉积又使2DEG随着表面恢复的双层结构结构从“关”到“开”。这一工作建立了表面2DEG和TiO22双层结构的密切联系,实现了从亚原子层面上的“界面工程”。XPS和XAS的光谱学研究和讨论表明表面氧空位的产生释放电子,使Ti离子从原来的四价变成三价。Ti离子的共价键改变导致了其导带的eg轨道移到费米面以下,通过束缚氧空位释放的部分电子形成-1.2 e V的特征局域态。而剩下的电子则聚集在费米面上的t2g上形成巡游的2DEG。2.首次利用Ar离子轰击技术在两种晶型的TiO2（锐钛矿和金红石）上制备表面2DEG,发现轰击时间的可以使锐钛矿表面形成一维或二维的输运行为,其负磁电阻和电阻的温度曲线表明表面具有磁性离子（Ti3+）。轰击金红石TiO22衬底表面虽然没有得到高质量2DEG,但0.5分钟的轰击时间在2 K时还是获得了50 cm2/Vs的迁移率,高于锐钛矿的所有轰击时间条件下的迁移率。对比两种晶型2DEG的输运行为,发现物理法引入氧空位制备表面2DEG只是必要条件,晶体构型、键长键角等结构因素均影响形成的2DEG。3.利用脉冲激光沉积技术成功制备了高质量的界面2DEG体系-Sr Nb O3/Sr T i O3。发现2DEG的电阻随着温度循环呈现特殊的“回滞型”现象,即降温曲线是单调的金属性（带有弱局域化特征）,而升温曲线则在84 K和179 K出现两个电阻峰。分析表明SrTiO3自身的结构相变引起的结构畴使电子被集中在畴壁中,升降温过程中载流子在相变温度附近被急剧释放或“冻结”造成电阻峰。通过门电压和光辐照对电阻曲线的调控,发现84 K的电阻峰起源于SrTiO3体材料的立方-四方相变,而179 K的电阻峰与近表面具有2DEG的SrTiO3薄层的立方-四方相变有关。我们的发现表明除了点缺陷氧空位以外SrTiO3本身相变引起的线缺陷-畴壁对SrTiO3基2DEG电子性质的影响不可忽略。