高压可以显著减小原子间距,改变电子轨道分布,从而丰富材料结构,调控材料物理和化学性能。本论文基于两种新型高压调控策略--非静水压和高压诱导致密孪晶化方法,选取了两种典型的轻元素共价材料,分别对非静水压下致密分子氢和致密孪晶超硬碳化硼的结构与物性开展系统研究,取得以下创新性结果:1.金属氢被誉为高压物理的圣杯。理论预言,氢的金属化需要近400 GPa的静水压条件,这限制了极大地其结构表征和潜在高温超导电性的测量。本文利用第一性原理准静态应力-应变方法,模拟了分子氢在非静水压作用下的结构形变和电子性质转变,发现剪切应力可有效降低分子氢晶格对称性限制,增加H2分子键长,诱导分子内电荷向分子间转移,加速电子能隙闭合,增强电子-声子耦合效应,促成分子氢的金属化和高温超导性（超导温度132～140 K）转变。结果表明,引入合适的非静水压作用,将显著降低固态氢金属化的预期压强（相比静水压降低约120 GPa）,从而降低金属氢的实验合成、结构表征和性质测量的技术难度。2.超硬材料是高压产生装置的重要组成部分,高温高压是合成超硬材料的重要手段。高压诱导材料致密孪晶化是改善超硬材料力学性能与结构稳定性的有效策略。富硼固体是一类极为重要的超硬或准超硬材料,其结构中通常包含着复杂笼型硼结构单元,其结构设计具有超出简单原子单元晶体的复杂度和计算量。本文发展了适用于含复杂结构单元的孪晶结构设计方法,发现了多种不同厚度、不同结构单元取向、能量同单晶近简并的二十面体富硼固体的新型孪晶结构,提出了通过引入孪晶来优化局部成键对称性和结构单元空间堆积对称性关系,降低结构复杂共价键网络内禀应变能,提升结构稳定性和力学强度有趣机制。