半导体材料在基础科研、工业生产及日常生活中具有重要的应用价值,所以探究这类材料的新结构及其新性质是一个极为有意义的课题。众所周知,材料的内部结构是决定其性质的基本因素,是理解材料宏观性质和微观机理的基础。大部分半导体材料是具有强共价的三维网状结构,氮化镓作为第三代半导体的明星材料便是其中一种,研究这类材料更深、更广的物理性能成为当下亟待解决的问题。另外自从石墨烯的发现以来,层状半导体材料特殊的结构特征引起大家广泛的关注。因其层与层之间存在较弱的范德瓦尔斯作用力,具有有序的堆叠性,而表现出系列新奇的性质,这极大地拓展了半导体材料的使用范围及研究价值。高压作为一种有效的手段可以调节凝聚态物质的结构,进而可以诱发结构相变。此外,高压还可以降低反应势垒,促进化学反应的进行,可以获得常压下无法得到的亚稳材料,甚至可以合成一些非常规配比的新化合物,这大大扩展了我们对现有物质科学的认知。因此高压手段为我们寻找材料的新性质、新结构提供了新的思路。过渡金属硫族化合物是一类典型的二维层状材料,其一般化学式为MX₂,其中M是过渡金属,如Hf、Ti、Zr、Nb、Ta;X为硫族元素,如S、Se和Te。由于其层状结构特征,压力效应对这类材料的结构调节作用非常显著,因此探究其高压下结构和性质演化是值得探讨的课题。第Ⅲ主族氮化物（GaN,AlN,lnN）是当下最有前景的第三代半导体材料,这类强共价网状体系的化合物在高压下不易发生结构相变,而我们考虑化学组分和高压极端条件作为共同调控方式,将可能促使非常规配比的新结构出现。本论文中,首先我们从理论计算的角度利用CALYPSO结构预测方法对ZrS₂的高压结构进行预测,确定其高压-结构相图,然后对其电学性质进行了探究。我们同样利用结构预测方法在Ga-N体系中寻找稳定的镓的多氮化物,之后并对其能量密度和化学键进行研究,并尝试合成了我们预测的新结构。其主要的成果如下:1、我们研究了高压效应下ZrS₂表现出的系列结构相变特征,确定了高压-结构相图和金属化压力点,这些结果都与已报道实验数据完美吻合。我们将目光投放到了常压下为1T结构的过渡金属硫族化合物ZrS₂,前人已对ZrS₂完成了高压实验,通过XRD数据他们发现在8 GPa左右有结构相变发生,但是相变后出现的新结构并没有确定。通过高压电阻实验数据发现,随着压力增加电阻减小,但是没有发现金属化现象。因此我们在前人实验的基础上,对ZrS₂进行高压结构预测,尝试解决这一体系还没解决的新结构及金属化相变问题。理论结果发现ZrS₂在低压2.0 GPa左右发生结构相变,晶体结构从常压相P3?m1相转变成P2₁/m相,之后在5.6 GPa又发生第二次结构转变形成Immm相,最后在25 GP出现第三次结构转变形成对称性更高的I4/mmm相。然后我们将实验上已报道的15.2 GPa下ZrS₂的XRD数据和我们所预测的结构模拟的XRD进行对比,发现15.2 GPa下是P2₁/m和Immm结构的混合相。之后我们计算了电学性质,电子结构特征明显给出了P2₁/m相具有半导体属性,而Immm和I4/mmm相皆为金属特征。即ZrS₂在5.6 GPa通过晶体结构一级相变的方式进行金属化。2、我们预言了高压下两个新配比的富氮化合物,系统探究了其电子结构特征,通过计算其能量密度发现它们是潜在的高能密度材料,并尝试利用实验手段合成了新结构。利用CALYPSO寻找高压条件下Ga-N体系除了GaN外其他富氮新配比的化合物,最后发现两个非常规配比的稳定相GaN₅和GaN₁₀。通过分析其晶体结构特征发现GaN₁₀中含有无限氮链,GaN₅中含有N-N单键,它们的能量密度分别为4.112 kJ/g和3.8 kJ/g,使得它们成为高能密度材料。通过电学性质计算,能带结构特征表明GaN₁₀呈现金属特性而GaN₅呈现半导体特性。之后我们利用大腔体压机和金刚石对顶砧等一系列高压技术手段尝试合成理论预测得到的新型化合物,通过同步辐射技术得到衍射数据精修分析发现,GaN₅可能在60 GPa和2000 K的条件下合成。