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    《自然-通訊》報道量子中心研究成果⛹🏻‍♀️:自旋超導和它的類金茲堡-朗道理論

    來源:意昂体育平台新聞網 時間:2013-12-23

    超導由Onnes於1911年首次發現,至今超導已成為物理學中的一門重要學科。它不僅促進物理學自身的發展🆗,而且有廣泛應用價值,對人們生活改進起到了推動作用。超導體有兩個最基本性質:一是零電阻現象,即電流可以無耗散地流過超導體;另一是Meissner效應🤰🏼,即超導體具有完全抗磁性。此外🙆🏼,超導還有很多重要現象,如Josephson效應😳、磁通量子化等🧜🏻‍♀️。描述超導的理論有BCS理論、金茲堡-朗道理論𓀌、London方程等。

    我們知道👎🧝🏽,電子具有電荷和自旋自由度。但在很長的一段時間裏⬅️,人們只關註與電荷相關的性質,而忽視了自旋自由度👭🏻。在近十年來🤵🏽,人們發現電子自旋有很多優異性質,從而逐漸得到重視,並取得了重大研究進展👍。人們發現,一些與電荷有關的效應🏂,有與之相對應的自旋有關效應👩‍🚒🌿;例如與量子Hall效應相對應的是量子自旋Hall效應(拓撲絕緣體)。

    2011年,中心成員孫慶豐教授🏫、謝心澄教授等人開創性地提出自旋超導的概念[Phys. Rev. B 84,214501(2011); Phys. Rev. B 87,245427(2013)]。自旋超導態是一種與(電荷)超導態對應的新型宏觀量子態。自旋超導有兩個基本性質:一個是零自旋阻現象,即自旋流能夠無耗散地流過自旋超導,但它對電荷來說是絕緣體👣;另一個是電Meissner效應,即自旋超導體會屏蔽電場梯度。作者還首次推導出自旋超導的類London方程、類BCS理論,和預言了自旋流Josephson效應👮🏻‍♂️。並指出鐵磁石墨烯(或者高磁場下的石墨烯)🧛🏼、一些三維鐵磁材料、氦3、以及磁性原子的Bose-Einstein凝聚體等🫴,在低溫時有可能成為自旋超導。

    最近,意昂体育平台物理學院量子材料科學中心孫慶豐教授、謝心澄教授和中科院物理所博士生鮑誌強一起研究了自旋超導的類金茲堡-朗道(Ginzburg-Landau,GL)理論。並且證明第二類GL方程和推廣的London方程是等價的。特別是,這類GL方程是普適的,能應用到各種自旋超導體來研究它的各種性質。在文章中作者用類GL方程計算了帶電導線電場下的超自旋流(見圖1),並證實電Meissner效應🖖🏻。此外,他們利用類GL方程分析了自旋超導體的三個特征參數🧙🏼‍♂️;並預言了交流自旋流Josephson效應⏺,即一個不隨時間變化的磁場能誘導出一個隨時間交變的自旋流。這項工作發表在《自然-通訊》雜誌上💱:Ginzburg–Landau-type theory of spin superconductivity🧔🏿,Nature Communications 4, 2951 (2013)0️⃣🧑‍🎤。

    以上這些工作有潛在發展為物理學中一門學科的可能性。

    這些研究工作得到國家自然科學基金和國家重點基礎研究發展規劃(973計劃)相關項目的資助♎️。

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