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凝聚态物质结构的理论预测是一个具有挑战性的课题。课题组前期基于晶体对称性的分类检索思想，结合粒子群多目标优化算法，引入结构表征的成键特征矩阵，提出并发展了卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法，编制了具有自主知识产权的CALYPSO结构预测软件，现已成为结构预测领域的重要工具。本论文基于前期积累，发展了CALYPSO团簇结构预测方法，编制了相应的程序代码并集成于CALYPSO软件包中（见网址：http://www.calypso.cn），在此基础上，对锂的高压半导体相的结构和硼的团簇结构进行了系统的研究，获得了创新性结果：1.综合考虑孤立体系的结构特点和复杂性，对CALYPSO方法中多种结构处理方法进行扩展，发展了CALYPSO团簇结构预测方法：引入点群对结构产生的限制，有效减少了探索空间的自由度，增加结构种群的多样性；引入成键特征矩阵，实现对团簇结构的唯一表征，用于排除相似结构，对搜索相空间进行有效划分；调整粒子群优化算法使其可以进行高效的团簇结构演化。系统的测试表明该方法可以进行高效可靠的团簇结构预测。2.实验发现导电性极好的金属锂在高压下竟然失去了金属性，转变为半导体，这激发了人们对锂的高压半导体相结构的研究热潮。本文利用自主发展的CALYPSO晶体结构预测方法，提出在60万大气压下金属锂转变为一个晶体学单胞内包含40个原子的复杂底心正交结构（Aba2-40结构），该结构中由于芯电子的排斥作用，价电子被完全局域到晶格的间隙区域，失去了自由电子特性，金属锂变成了半导体。本文提出的半导体Aba2-40结构随后被实验证实。3.富勒烯是纳米科学领域的重要结构单元，但至今未发现由非碳元素形成的富勒烯。本文利用自主发展的CALYPSO团簇结构预测方法，提出由38个硼原子组成的硼团簇具有类富勒烯结构，该结构由硼三角和硼六角组成，是一个六角空洞掺杂的二十面体。细致的电子结构计算表明该纯硼富勒烯结构具有较大的能隙、奇特的双重芳香性和满壳层的电子结构，能量上极为稳定。研究结果为实验合成出非碳富勒烯结构提供了重要的理论支撑。