作为化学反应、光化学催化的模板材料，过渡金属氧化物（TMOs）表面原子尺度的结构及其吸附、迁移等过程一直是人们关心的课题。TMOs材料中存在多种相互竞争的基态，对掺杂、应力、外场等的变化产生敏感的响应，从而具有丰富的性质和优异的性能。而在薄膜、界面以及异质结构中，TMOs材料更呈现出各种新奇的性质，比如两种绝缘TMOs的异质界面上可能存在具有高载流子迁移率的导电层。在原子尺度上实现对TMOs材料结构的控制，进一步研究它们在对称性破缺、空间限域、维度降低等情形下的特殊性质既是凝聚态物理所面临的巨大挑战，同时也是功能材料人工调控发展成熟的重要机遇。SrTiO3是一种广泛应用于功能氧化物人工低维结构生长的衬底材料。我们在原子尺度上对SrTiO3的表面晶格结构和电子结构开展了详细的研究，特别是其(110)表面，除了表面对称性破缺之外，还存在由于极性引起的重构不稳定性。利用Ar离子溅射和超高真空退火处理可以得到原子级平整的SrTiO3(110)表面，通过溅射剂量的改变还可以调节单晶截止面的类型。在表面沉积不同剂量的金属Sr或Ti也能实现类似的改变，并且更易于精确控制。我们由此观测到一系列不同的表面重构，揭示出表面有序相的稳定是由化学成分驱动的热力学过程。上述研究结果应用于SrTiO3表面外延生长的调控，有助于优化氧化物分子束同质外延的生长参数，进而实现对薄膜结构原子尺度的精细控制。