We use density-functional theory calculations to explore the magnetic properties of perovskite rare-earth nickelates, $\mathcal{R}$NiO$_3$, by constructing microscopic magnetic models containing all relevant exchange interactions via Wannierization and Green's function techniques. These models elucidate the mechanism behind the formation of antiferromagnetic order with the experimentally observed propagation vector, and explain the reason previous DFT plus Hubbard $U$ calculations favored ferromagnetic order. We perform calculations of magnetic moments and exchange-coupling parameters for different amplitudes of the $R_1^+$ breathing mode distortion, which results in expanded and compressed NiO$_6$ octahedra. We find that the magnetic moment vanishes for the "short bond" nickels, i.e., the ones in the compressed octahedra. The inclusion of spin-orbit coupling demonstrates that the magnetic anisotropy is very small, while the magnetic moment of the short bond nickel atoms tend to zero even for the noncollinear case. Our results provide a clear picture of the trends of the magnetic order across the nickelate series and give insights into the coupling between magnetic order and structural distortions.
Interplay of octahedral rotations and breathing distortions in charge ordering perovskite oxides
利用群论方法研究了$AB$ O $_3$类钙钛矿的结构与性质的关系，这些钙钛矿具有八面体旋转和八面体呼吸畸变（CBD）。八面体的旋转在钙钛矿家族中是普遍存在的，而呼吸扭曲的出现-导致$B$ O $_6$八面体近似均匀膨胀和收缩的氧置换模式-在具有单一化学独特$B$ -位点的组合物中更罕见。CBD的存在依赖于$B$ -位点阳离子的电子不稳定性，轨道简并或价态波动，并且通常伴随着电荷顺序金属-绝缘体转变或$B$ -位点阳离子排序出现。我们列举了从旋转和呼吸晶格模式获得的结构变体，并制定了一个一般的朗道功能描述它们的相互作用。我们使用这些信息，并将其与统计相关技术相结合，以评估原子尺度上的临界温度代表性的电荷有序镍酸盐和铋酸钙钛矿失真的作用。我们的研究结果提供了新的微观见解的基础结构-性能的相互作用，在电子和磁性相界，建议合理的路线来定制功能氧化物的行为设计。
Modifying the Electronic Orbitals of Nickelate Heterostructures Via Structural Distortions
我们描述了一种通用的材料设计方法，在镍酸盐异质结构中产生大的轨道能量分裂（轨道极化），在费米能处产生二维单带电子表面。由此产生的电子结构模仿高温铜酸盐超导体。这两个关键要素是：（i）通过电荷转移和内部电场构建原子尺度的Ni位畸变，以及（ii）使用三组分超晶格来打破反转对称性。我们使用{ \it ab initio}计算实现的方法，与实验验证的关键结构基序，使设计成功。
Bond disproportionation and dynamical charge fluctuations in the perovskite rare earth nickelates
我们提出了一个理论描述的局部电子性质的钙钛矿稀土镍酸盐-材料具有负电荷转移能，强O $2p$ - Ni $3d$共价，和呼吸模式晶格畸变的起源高度研究的金属-绝缘体和反铁磁有序过渡。利用一个完整的轨道，全相关的双集群的方法，我们发现强烈的电荷波动与债券的解释。独特的双集群制定允许列入必要的轨道简并和库仑相互作用计算共振X射线光谱响应，我们发现良好的协议与既定的实验结果。这种以前没有的，理论和实验之间的关键联系提供了最近提出的键重离子化理论的验证，并提供了一种分析方法的镍酸盐和其他高价过渡金属化合物的工程阶段的光谱研究。
{\it Ab initio} prediction of $d_{x^2-y^2}$-wave superconductivity in infinite-layer nickelates
National Taiwan University（台湾大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica（中央研究院原子与分子科学研究所）
Pressure-induced metal-insulator and spin-state transition in low-valence layered nickelates
从头计算预测，在零温度下的金属-绝缘体转变发生在La $_4$ Ni $_3$ O $_8$在中等压力下作为压力诱导的自旋态转变的结果。已经观察到在105 K在环境压力下从低温高自旋状态到高温低自旋状态的自旋状态转变随着压力的施加而向较低温度转移。从我们的计算中，我们发现，较小的晶胞体积有利于金属低自旋态，它变得更稳定，在5 GPa。类似的物理现象应该发生在相关化合物La $_3$ Ni $_2$ O $_6$中，但在不同的能量尺度上，这可能解释了为什么在这种材料中没有观察到跃迁。
Interplay between lattice, orbital, and magnetic degrees of freedom in the chain-polymer Cu(II) breathing crystals
用X射线衍射和从头算能带结构计算研究了链状高分子Cu（II）呼吸晶体C21 H 19 CuF 12 N4 O 6。我们发现，在T=146 K的晶体结构的修改，与自旋交叉过渡，诱导的轨道顺序的变化，在一半的Cu网站。这反过来又导致磁相互作用符号的切换，根据轨道和自旋自由度之间的耦合的古登努-金盛-安德森理论。
