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，本协同中心的博士生鲍志强（中科院物理所），谢心澄教授（威廉希尔williamhill官网）和孙庆丰教授（威廉希尔williamhill官网）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)。
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图1. (a) 带电细导线下的自旋超导体薄膜，粉色的箭头表示超自旋流的流向。(b) 电场的变化量∂zEz，
电场诱导出的超自旋流j, 等效电荷Q和位置坐标x的函数关系。∂zEz被Q抵消，这正是电Meissner效应。 |
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。
