非常规超导体的新奇物性及其机制一直是凝聚态物理学与材料研究的前沿问题。在本论文中,利用分子束外延（MBE）、氩离子刻蚀退火（IBA）和低温扫描隧道显微镜/谱（STM/STS）等技术,我们在原子尺度系统研究了β-Bi2Pd拓扑超导体、铋基铜氧化物高温超导体和多种铜氧化物薄膜的制备和超导机理。拓扑超导体是一种新奇的量子态,体态因非平庸配对能隙完全打开,边界态则是无能隙的马约拉纳（Majorana）费米子。在SrTiO3（001）衬底上,我们利用MBE技术成功制备了缺陷浓度和尺寸可控的β-Bi2Pd超导薄膜。原位的STS研究发现,β-Bi2Pd具有双能隙结构,分别来源于它的体带和拓扑表面态。拓扑表面态的超导能隙的出现意味着它具有二维拓扑超导特性。通过外加磁场,我们在磁通中心观察到了明显的零偏压电导峰,它不随偏离磁通中心的距离而发生劈裂行为,符合Majorana零能态的特性。我们还发现拓扑表面态的超导和传统超导体不同,即使远离磁通中心,其超导能隙不能恢复到零磁场值,这进一步证实了β-Bi2Pd表面拓扑超导的性质。最后,我们还验证了拓扑表面超导能隙和Majorana零能态不受非磁性本征缺陷影响,证实了它们受时间反演对称性保护的特征。铜氧化物高温超导体自1986年发现以来一直备受研究者的关注,但由于材料晶体结构的复杂性,其超导配对机制仍然不清楚。在本论文中,通过自上而下的IBA技术,我们首次制备出了组成铋基铜氧化物高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ（Bi-2212）和Bi2Sr2CuO6+δ（Bi-2201）的各个原子层,并利用STM/STS研究了每一原子层的性质。我们发现,赝能隙是掺杂氧化物即电荷库层的本身属性,而与铜氧化物的高温超导电性没有关系。且与高温超导有关的超导能隙只存在于CuO2面。通过两个材料的对比研究,我们还澄清了最优掺杂Bi-2212比Bi-2201超导转变温度更高的物理机制。除此外,我们利用自下而上的氧化物MBE技术在SrTiO3（001）衬底上探索了多种铜氧化物（例如CuO、CaCuxOy、CaCuxOy、LaCuxOy）的生长,并通过原位的STM/STS对这些铜氧化物薄膜进行了系统的形貌和电子性质表征,为进一步研究它们可能的超导电性奠定了重要的基础。