自超导现象发现以来,实现高温甚至室温超导一直是科学家们孜孜以求的目标。BCS传统超导理论的建立为人们设计具有高转变温度的超导体提供了坚实的理论基础。氢化物和硼化物等轻质材料因具有轻的原子量而具有较高的德拜温度,从而成为高温超导体的最佳候选。Ga H₃、Ca H₆、YH₆、H₃S和La H₁₀等氢化物先后被预测到具有高的超导转变温度。并且,科学家们在高压下成功合成了H₃S和La H₁₀,并观测到它们的超导转变温度分别为203 K和250-260 K,相继刷新了超导转变温度的观测记录,进一步激发了人们在氢化物中探索高温超导体的热情。通过分析发现,在Ga H₃、Ca H₆、YH₆和La H₁₀等金属氢化物中,氢分子通过得到来自金属原子的电子实现了彻底的原子化（离子型氢化物）;而在H₃S中,氢通过与硫原子形成共价键也以原子态的形式存在（共价型氢化物）。因此,原子氢构型是氢化物具有高温超导电性的重要特征。本文采用晶体结构预测技术结合第一性原理计算方法设计了几种高压下具有原子氢构型的三元氢化物高温超导体,同时对氢化物的稳定压力进行了优化。此外,我们还探索了其他轻质材料的超导电性,如硼硅化合物。研究结果如下:设计了具有原子氢特征的离子型三元氢化物高温超导体,同时优化了二元氢化物的稳定压力或超导转变温度。（1）首先探索了ⅢB和ⅣB族金属对具有原子氢特征的A15型Ga H₃超导体稳定压力和超导电性的影响。结果表明ⅢB和ⅣB族金属中原子半径较小的Sc、Ti、Zr和Hf可以与Ga和H原子在高压下形成稳定的三元氢化物Ga MH₆,并保持A15型结构。这四种电负性较小的金属增强了A15型结构的稳定性,使稳定压力由二元氢化物的160 GPa分别下降为116、95、80和85 GPa。然而,其中具有更多d电子的Ti、Zr和Hf的引入降低了H原子在费米能级处态密度的贡献,从而严重地降低了Ga H₃的超导转变温度。Ga Sc H₆具有与Ga H₃类似的电子性质,其中费米能级处的态密度由氢和金属原子共同主导,从而使Ga Sc H₆超导转变温度与Ga H₃相当。由此可得氢主导费米能级处的电子态密度是氢化物高温超导体的重要条件之一。该研究设计了稳定的三元氢化物超导体,为优化金属氢化物稳定压力提供了参考。（2）Ga Sc H₆三元氢化物超导体的预测为设计其它具有原子氢构型的高温超导体提供了基础。基于氢含量更高的二元氢化物Ca H₆,探索了Ca XH₁₂（X=Mg、Sc和Y）在高压下的稳定性、晶体结构和超导电性。研究表明Ca Mg H₁₂和Ca Sc H₁₂以Cmmm结构,Ca YH₁₂以立方Fd（?）m结构分别在280、238和170 GPa以上稳定存在。正如我们所期待的,这些预测的结构与扩胞后的Im（?）m Ca H₆类似。电声耦合计算表明这三种氢化物都是潜在的高温超导体,超导电性主要来源于氢原子主导的强电声相互作用。其中Ca YH₁₂具有最强的电声耦合,导致其在200 GPa的超导转变温度高达258 K,高于相同压力下Ca H₆和YH₆的值。我们成功设计了具有原子氢特征的三元氢化物高温超导体,为合成类似Ca H₆的氢化物提供了一条可能的路径,同时将促进后续的理论和实验对三元氢化物高温超导体的探索。设计了具有低动力学稳定压力和原子氢特征的B-H共价型三元氢化物高温超导体。通过对La BH_x（x=1-10）在高压下的理论研究,发现了六种可以稳定的成分,其中富氢氢化物La BH₇和La BH₈分别在103-233和161 GPa以上热力学稳定。在稳定的结构中,氢以原子相的形式存在。随着氢含量的增加,每个B与H形成的共价键数量也随之增加,直至在La BH₈中所有的H与B原子形成BH₈共价单元。La的引入使B容纳了更多的H原子。超导性质研究表明La BH₇和La BH₈是潜在的高温超导体,与氢原子相关的软模对超导电性有很大的贡献。P（?）m1 La BH₇在110 GPa下具有93 K的超导转变温度。Fm（?）m La BH₈的动力学稳定压力可以低至55 GPa,并在此压力下超导转变温度高达156 K。该研究为未来理论预测和实验获得兼具低合成压力和高超导转变温度的氢化物超导体提供了理论基础。同时,为近期关于镧基超氢化物的合成实验中可能引入硼元素的推论提供了参考。开展了对其它轻质材料B-Si化合物在高压下的研究,发现压力有助于高硅含量的B-Si化合物的稳定。同时确定了稳定成分在高压下的晶体结构,其中富硼化合物中的硼构型由常压下的B₁₂二十面体变成了褶皱的类石墨烯硼六元环,该结构特征与知名的Mg B₂超导体类似。此外,这些富硼的高压相可以在常压下保持动力学稳定。随后的电声耦合计算表明它们都是潜在的超导材料,其中B₂Si是一个具有双带隙的各向异性超导体,其超导转变温度可达30 K,远高于文献中报道的其他B-Si材料的超导转变温度。我们的研究揭示了B-Si体系富硼高压相潜在的超导电性,将进一步促进人们探索高压下其他轻质硼化物的结构和物理性质。