《自然-通讯》报道中心研究成果：自旋超导和它的类金兹堡-朗道理论
超导由Onnes于1911年首次发现，至今超导已成为物理学中的一门重要学科。它不仅促进物理学自身的发展，而且有广泛应用价值，对人们生活改进起到了推动作用。超导体有两个最基本性质：一是零电阻现象，即电流可以无耗散地流过超导体；另一是Meissner效应，即超导体具有完全抗磁性。此外，超导还有很多重要现象，如Josephson效应、磁通量子化等。描述超导的理论有BCS理论、金兹堡-朗道理论、London方程等。
我们知道，电子具有电荷和自旋自由度。但在很长的一段时间里，人们只关注与电荷相关的性质，而忽视了自旋自由度。在近十年来，人们发现电子自旋有很多优异性质，从而逐渐得到重视，并取得了重大研究进展。人们发现，一些与电荷有关的效应，有与之相对应的自旋有关效应；例如与量子Hall效应相对应的是量子自旋Hall效应（拓扑绝缘体）。
2011年，中心成员孙庆丰教授、谢心澄教授等人开创性地提出自旋超导的概念[Phys. Rev. B 84,214501(2011); Phys. Rev. B 87,245427(2013)]。自旋超导态是一种与(电荷)超导态对应的新型宏观量子态。自旋超导有两个基本性质：一个是零自旋阻现象，即自旋流能够无耗散地流过自旋超导，但它对电荷来说是绝缘体；另一个是电Meissner效应，即自旋超导体会屏蔽电场梯度。作者还首次推导出自旋超导的类London方程、类BCS理论，和预言了自旋流Josephson效应。并指出铁磁石墨烯（或者高磁场下的石墨烯）、一些三维铁磁材料、氦3、以及磁性原子的Bose-Einstein凝聚体等，在低温时有可能成为自旋超导。
最近，北京大学物理学院量子材料科学中心孙庆丰教授，谢心澄教授和中科院物理所博士生鲍志强一起研究了自旋超导的类金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau，GL)理论。并且证明第二类GL方程和推广的London方程是等价的。特别是，这类GL方程是普适的，能应用到各种自旋超导体来研究它的各种性质。在文章中作者用类GL方程计算了带电导线电场下的超自旋流(见图1)，并证实电Meissner效应。此外，他们利用类GL方程分析了自旋超导体的三个特征参数；并预言了交流自旋流Josephson效应，即一个不随时间变化的磁场能诱导出一个随时间交变的自旋流。这项工作发表在《自然-通讯》杂志上：Ginzburg–Landau-type theory of spin superconductivity，Nature Communications 4, 2951 (2013)。
以上这些工作有潜在发展为物理学中一门学科的可能性。
这些研究工作得到国家自然科学基金和国家重点基础研究发展规划(973计划)相关项目的资助。
