二维材料体系由于维度的降低，带来很多新奇的物理现象，例如量子霍尔效应和拓扑边缘态，这些效应有可能带来革命性的新器件和新应用。同时，二维材料的所有原子都暴露在表面上，人们可以直接观察其原子排列、测量其电子结构，又可通过表面修饰、堆垛等等方式，剪裁材料的物性，实现无限可能的人工材料和人工物性。本报告介绍我们在新型二维体系的探索及其原子尺度物性研究方面的前沿工作，从我们首先实验发现的硅烯、硼烯等单元素非层状二维材料到更复杂的多元体系，以及我们在利用低温扫描隧道显微镜/高分辨针尖增强拉曼光谱对这些材料进行原子尺度物性研究中的一些有趣发现。同时也对这个领域做一个粗浅的展望。