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过渡金属氧化物由于其丰富的物理化学性质，而被广泛的应用于电子器件和化学催化等领域。随着高精度的样品制备和分析技术的发展，从原子尺度上来理解这些性能并利用微观结构来实现对这些性能的调控就显得尤为重要。比如，它们在原子尺度上的结构及稳定性、相关的吸附与迁移特性就直接影响到它们作为催化剂时的催化效率、催化选择性和催化剂的寿命。另外，原子级分辨的过渡金属氧化物的低维结构和异质界面，也表现出与其体相相关却又截然不同的新奇物性。因此，近年来，关于过渡金属氧化物低维体系上新奇现象及其调控方法和机理的研究成为凝聚态物理的热点课题。而这一切的基础就是能够在原子级精度上实现过渡金属氧化物表/界面以及薄膜的制备。 钛酸锶(SrTiO3)作为一种典型的过渡金属氧化物，具有相对简单的钙钛矿结构。伴随着铜氧化物高温超导体的发现，一直以来都被作为沉积钙钛矿系列氧化物的衬底。同时它还被认为是可以取代SiO2的新一代高k材料。另外，由于SrTiO3的能隙跨越了H2O的氧化还原能级，这意味着无需外加电场就能实现H2O的光催化分解，因此它被视为“绿色”能带工程材料。最近，由于SrTiO3的超导电性、铁电性、顺电性和金属莫特绝缘体转变等性质的发现，以SrTiO3为基础的多功能材料的研发成为近期凝聚态物理的研究热点。基于以上几点，在原子级尺度上对SrTiO3的薄膜沉积技术和表/界面以及相关的物理化学性质进行更深入的研究是非常必要的。 本论文针对SrTiO3做了以下三个方面的工作。第一部分，化学计量比SrTiO3(110)薄膜的同质外延和表征;第二部分，SrTiO3(111)单晶表面结构和性质的研究;第三部分，SrTiO3(111)不同表面重构上的吸附行为的研究。 第一部分，基于SrTiO3(110)表面重构随着表面成分变化而相应转变，我们通过调节反射式高能电子衍射(RHEED)在[001]方向上的电子入射角，实现了RHEED衍射斑中的整数斑点的衍射强度只对表面化学成分敏感，而对生长过程中表面粗糙度不敏感。并在此基础上，以RHEED强度作为反馈信号来调节Sr和Ti的沉积时间，进而对阳离子化学计量比进行精确控制。通过扫描隧道显微镜(STM)和截面透射电子显微镜(Crosssection-TEM)的表征，我们确定得到的外延薄膜具有较高的有序性，并且阳离子的化学计量比优于0.5％。 第二部分，我们在原子尺度上系统的研究了SrTiO3(111)表面重构的演化。首先，在溅射退火处理得到的SrTiO3(111)表面上沉积Ti并在O2中退火，表面重构从(4×4)到(6×6)再到(5×5)变化。然后沉积Sr并在O2中退火，表面重构又会从(5×5)变到(6×6)再变到(4×4)。通过分析得到这三种重构转变过程中Sr和Ti的沉积量，以及它们之间的台阶高度差异，我们推断(4×4)重构是由SrO3截止的，而(6×6)和(5×5)重构是由Ti截止的。这些重构表面具有较好的热稳定性，在5.0×10-6mbarO2中900℃退火后依然保持不变。我们还发现，(4×4)重构表面总是伴随着三角形吸附;(6×6)重构能够独立存在;而(5×5)重构表面则极易形成三维岛状结构。这些现象可能是由于不同的极性补偿机制导致的。其次，在溅射退火处理得到的SrTiO3(111)表面上沉积Ti并在真空中退火，我们可以得到含有少量(6×6)重构的(9×9)重构表面。 第三部分，我们研究了Sr，Ag和Au在SrTiO3(111)重构表面上的吸附行为。其中单原子Sr能够占据(6×6)和(5×5)重构表面的所有吸附位置，且其稳定温度高达400℃。而Ag在(6×6)和(5×5)重构表面以及Au在(9×9)重构表面只有在低覆盖度时才是单原子吸附。随着覆盖度的增加，会形成更加稳定的多原子团簇。(9×9)重构表面上的Au单原子有两种吸附位置。在较稳定的吸附位置上，其稳定温度高达100℃。通过对STM图像的分析，我们得知在较稳定的那种吸附位置上的单个Au原子带正电。这些研究为单原子器件的实现和研究单原子的催化性能提供了基础。