超导体

超导体（superconductor^[1]）是指具有超导电性的一类固体^[8]，它呈现三个基本特征，即零电阻^[9]、完全抗磁性^[9]、磁通量子化^[10]。超导体按不同的特性可以分成多种类型，按磁化特征分为第一、第二类超导体^[11]；按临界转变温度分为低温^[12]、高温超导体^[12]；按材料组成可分为合金、化合物、元素、有机超导体^[13]；按超导的机制可分为传统、非传统超导体^[14]。此外，超导体有临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度三个临界参数^[15]。

超导体应用在多个不同领域，如在强电方面主要集中在电力、科研、生物医学等方面^[2]；在弱电方面则主要应用在电子学和通信，如超导量子干涉器件、微波器件、超导计算机等^[3]；超导的抗磁性主要应用于超导磁悬浮列车、超导核聚变反应领域^[16]。与超导体相关的概念有超导电性、超导态、正常态、混合态、中间态、失超等概念^[17]。也可以由超导体引申迈斯纳效应^[18]、BCS理论^[19]、GL理论等相关理论^[20]。

超导体的历史可追溯到1911年，荷兰物理学家昂内斯首先发现超导态^[4]。1933年，迈斯纳又发现了超导体的抗磁性这一重要性质^[6]。随后在1957年，金兹堡和朗道提出BCS理论后，超导体理论阶段结束，开始进入超导实际应用阶段^[6]。

1987年，氧化物超导材料被发现^[4]，随后在1988年，英国研制出世界上第一个超导通信器件，1991年，世界上第一个超导磁体也诞生，超导进入快速发展时代^[21]。2001年，超导体被发现，石墨的超导性也于2006年被发现。至2018年，石墨烯的超导电性被确定^[22]。

超导体的研究趋势趋向于多元化，如在元素超导体^[23]、重费米子超导体^[24]、有机超导体^[25]、铜氧化物超导体^[26]、铁基超导体^[27]、镍基超导体^[28]、笼目超导体^[29]、其他过渡金属化合物超导^[30]、低温超导材料、氧化物高温超导材料等^[31]。

讲述超导体概念需引入超导概念，某些材料在低温下会出现电阻完全消失的现象，这种现象称为超导^[32]。金属失去电阻的状态为超导态，具有超导电性的固体称为超导体^[8]。

零电阻效应又称完全导电性^[6]，超导材料先加热到高于超导体临界温度，然后降到临界温度以下，当超导材料取掉磁场后，由于磁场效应可在超导材料中产生感应电流，如果继续使温度保持在临界温度以下，这个超导材料在超导状态下其电阻变成零，因而无能量损耗，即使不提供电源也可维持超导材料电流流通，这就是超导体的零电阻性质^[9]。

当超导体达到临界温度以下处于超导态时，不论超导体中原先有无磁场存在，其内部的磁场强度总是等于零，即处于超导态的超导体已成为一种完全抗磁体，它会把磁场完全排斥到超导体外，这种性质称为完全抗磁性^[9]。

超导体在制造圆环状时，会产生磁通的冻结现象。若在高于的温度下沿圆环轴向加一外磁场，圆环中空部分就有磁通产生。一旦当温度降到以下，圆环进入超导态，再移走外磁场时，中空部分的磁通却仍然不变，它由超导环表面的超导电流一直维持着，这部分磁通就称为“冻结"磁通。这个磁通的变化是不连续的，称为磁通量的量子化^[10]。

1908年，荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得的低温^[5]。

1911年，荷兰物理学家昂内斯（H.K.Onnes）在研究水银在低温下的电阻时，发现在温度降至附近时水银突然进入一种新状态，其电阻近乎为“”，他把这一新状态称为超导态^[4]。

1933年，迈斯纳（W.Meissner）和奥克森菲尔德（R.Ochsenfeld）发现外加磁场不能进入超导体的内部，而且原来处在外磁场中的正常态样品，当温度下降使它变成超导体时，会把原来在体内的磁场完全排出去^[4]。这也使超导体的一个极其重要的性质—完全抗磁性被发现^[6]。

1950年，金兹堡（V.L.Ginzberg）和朗道（L.D.Landau）将朗道的二级相变理论应用于超导体，对于在一个恒定磁场中的超导体行为给予了更为适当的描述，建立了金兹堡-朗道理论。该理论也能预言迈斯纳效应，并且还可以反映超导体宏观量子效应的一系列特征^[7]。

1957年，巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.N.Cooper）和瑞弗（J.R.Schrieffer）创建了揭示超导机制的BCS理论，让提高超导体超导转变温度成为研究超导体的重要目标^[6]。1959年，戈科夫（L.P.Gorkov）从超导性的微观理论证明了金兹堡-朗道理论的正确性。20世纪50年代初同位素效应、超导能隙等关键性的发现为揭开超导电性之谜奠定了基础^[7]。

20世纪60年代，日本学者和专家提出超导电动磁浮技术，他们最早是以低温超导磁浮技术为研究对象，超导高速磁浮具有防脱轨性能高、噪声辐射小等优点^[33]。同时代，铌基超导材料和被发现，液氦下使用的低温超导材料开始逐步得到大规模应用^[34]。

1966年，人们发现氧化物在时出现超导电性，从此人们把寻找高温度的超导体方向转向陶瓷材料。1979年，人们发现了临界温度达到的超导体^[35]。

1973年，约翰斯通（Johnston）等人发现的超导转变温度约。1975年，斯莱特（Sleight）等人发现氧化物超导体的超导转变温度约^[36]。

1986年，在瑞士苏黎世IBM研究所的科学家贝德诺兹（G.Bednortz）和缪勒（K.A.Miler）首先发现镧-钡-铜-氧（）陶瓷材料的超导转变临界温度为^[37]。到1986年，人们已发现了常压下有28种元素、近5000种合金和化合物具有超导电性^[4]。

1987年，美国的朱经武等宣布发现的氧化物超导材料。同时，中国科学院的赵忠贤、陈立泉等人日本的S.Hikami等人也都发现化合物的^[4]。1988年底，由英国伯明翰大学和帝国化学工业公司合作研发的第一台以新型“高温”超导体制成的设备诞生，这台超导体设备包括一根微波天线，能以100%的效率转换输入的能量^[38]。

1988年，英国研制出世界上第一个超导通信器件该超导材料用液氮冷却后电阻为零；1991年，日本又制成世界上第一个超导磁体^[21]。

1997年，巴丁、库珀和瑞弗描述了大量电子通过相互作用形成“库珀电子对"的超导理论（BSC理论）。根据该理论，金属和金属化合物的临界超导温度不超过^[35]。2001年，日本东京Aoyama Gakuin大学的J.Akimitsu教授发现一种新的超导体—，它是一种的超导体，它创造了金属超导材料临界温度的新记录，这种过渡金属氧化物的发现，被称为超导电性的又一重大突破^[39]。

2006年，美国佐治亚理工学院成功地制造出石墨烯平面场效应管。日本东京工业大学细野秀雄教授合成以铁为超导主体的化合物，开创了对铁基超导体的研究。2008年，日本科学家细野秀雄发现氟掺杂镧氧铁砷化合物超导体具有的临界温度。2012年9月，德国莱比锡大学的研究人员发现石墨颗粒在室温下具有超导性^[40]。

2018年，美国麻省理工学院Pablo Jarilo-Herrero课题组通过不断调整两层石墨烯之间的旋转角度，发现在附近时石墨烯会表现出莫特绝缘体的特性，并在温度条件下成功实现超导电性^[22]。

超导体的分类可以按材料组成分类^[13]，也可以按超导体的磁化特征^[11]、临界转变温度^[13]、超导的机制来分类^[14]。

超导体按材料组成可分为化学材料超导体（铅和水银等）、合金超导体（铌钛合金）氧化物超导体（钇钡铜氧化物）和有机超导体（纳米管）^[13]。

合金和化合物超导体包括二元、三元和多元的合金及化合物。其组成可以是全为超导元素，也可是部分为超导元素，部分为非超导元素^[41]。合金超导体大多都是第二类超导体，具有较高的临界转变温度和特别高的临界磁场及临界电流密度，这对于超导电性的应用（如超导磁体、超导大电流输送等）是特别重要的^[12]。常见的合金超导体有和^[41]。

化合物超导体和合金超导体相比，超导临界条件均较高，在强磁场中性能良好，但质脆、不易加工，需采用特殊的加工方式。常见的化合物超导材料有等。化合物超导体按其晶格类型可分为型、型、型和菱面晶型，和就属于型，也是最受重视的类型^[12]。

在所有的金属元素中，约有半数具有超导电性，其中临界转变温度最高的是铌，它也是常温下唯一可实用的超导元素，还有许多超导元素，它们的超导临界温度也是随压力的增高而上升。另外一些元素在经过特殊工艺处理后显示出超导电性^[12]。

数据来源：^[12]

有机超导体是指在一定条件下具有超导电性能的有机物质^[42]，它是以碳元素为基础组成的超导体。1980年法国、丹麦科学家首先发现二-四甲基四硒富瓦烯—六氟磷化物在压力和温度下具有超导性，此为世界上第一个出现的有机超导体^[43]。有机超导体主要有，其约，，其约，掺碱金属的的为，的为，高分子超导体主要是非碳高分子^[41]。

超导材料按其磁化特征可分为第一类超导体、第二类超导体^[11]。

第一类超导体只有一个临界磁场。这类超导体的主要特征是在临界转变温度以下，当所加磁场强度比临界磁场弱时，超导体能完全排斥磁场线的进入，具有完全的导电性相可逆的迈斯纳效应；如果所加磁场强度比临界磁场强时，这种超导特性就消失了，磁场线就可以进入材料的体内。也就是说，第一类超导体在临界磁场以下显示出超导性，超过临界磁场立即转变为常导体。这类超导体包括除以外的其它超导元素^[11]。

第二类超导体有两个临界磁场，即上临界场和下临界磁场，当外加磁场小于下临界磁场时，这类超导体处于纯粹的超导态，这时它具有同第一类超导体相同的特性。当加大到，并从逐渐增强，体内有部分磁场线呈斑状穿过，电流在超导部分流动，并随着的增加，透入深度增大，直到，磁场线完全穿入超导体内，超导部分消失，转为正常态。第二类超导体包括以及大多数合金和化合物超导体^[11]。第二类超导体还有一个特例，即第三类超导体^[44]。

第三类超导体是第二类超导体中的非理想超导体。这类超导体在混合状态下，除了具备第二类超导体性质外，还能在磁场中通过电流，而且不会破坏其超导性。这类超导体又被称为强磁场超导体或硬超导体。相对于非理想第二类超导体，还有理想的第二类超导体，它们在混合状态下，当有电流传输时，就有电能消耗，即表现为有电阻，又称为软超导体^[11]。

低温超导体的转变温度需要特殊的技术才可以达到；高温超导体的转变温度会达到氮气液化的温度^[13]。

低温超导材料以合金和合金为主，低温超导体也称为常规超导体，是指临界转变温度较低的超导材料，它具有优良的机械加工性能和超导电性是最主要的实用化超导材料^[12][34]。

高温超导体是指能在液氨沸点以上的温区呈现超导电性的材料，同时也把临界转交温度达到以上的超导材料。高温超导体具有与低温超导体相同的完全导电性和完全抗磁性。高温超导体可以分为氧化物超导体和非氧化物超导体^[12]。

超导体按超导的机制可分为：传统超导体（可以用巴库斯理论解释）和非传统超导体（不能用巴库斯理论解释）^[14]。

超导体具有三个临界参数：临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度^[15]。

当温度低于临界转变温度时，材料处于超导态，当温度高于临界转变温度时，它会恢复正常态^[45]。为了便于超导材料使用，希望临界温度越高越好。已知的金属超导材料中铑的最低为；的最高为^[15]。

数据来源：^[46]

当温度低于临界转变温度时，若磁场强度大于某一个临界值时，磁场将破坏超导态，使材料从超导态转变为正常态，此时的磁场强度称为临界磁场强度^[45]。是温度的函数，即：

为时的临界磁场。当时，；随温度的降低，渐增，至时达到最大值^[15]。

除磁场强度影响超导转变温度外，电流密度也影响超导的状态。当样品的电流密度超过某一值时，超导体就出现电阻，称为临界电流密度^[45]。产生临界磁场的电流，即超导态允许流动的最大电流，称为临界电流。对于第一类超导体，根据西尔斯比定则，对于半径为的超导丝所形成的回路，有如下关系：

^[15]

与超导体相关的概念有很多，常见的有超导电性、超导态、正常态、混合态、中间态、失超等概念^[17]。

指某些物质在低温下呈现电阻为零等特性的性质。超导电性不仅指超导体的零电阻现象，还包括它具有完全抗磁性，即超导体不仅是完全导体，而且还是完全的抗磁体，磁场不能进入超导体的内部。除此之外，超导体还具有约瑟夫逊效应^[17]。

超导体呈现超导电性时的一种热力学状态。有许多特性：完全导电性、完全抗磁性、超导隧道效应、比热不连续、量子效应等等。这些特性可用BCS理论、伦敦方程、二流体模型等来解释^[17]。

超导体不呈现超导电性时的状态。在这个状态下超导材料与普通导电材料一样，有电阻、磁力线能穿透进内部、比热变化连续等。它是超导体使用时应防止产生的状态^[17]。

第二类超导体的超导相基底上出现许多圆柱形正常区域并有磁通线穿过的状态。当时，为磁场强度、为下临界磁场强度、为上临界磁场强度。第二类超导体处混合态，磁通线排列成二维的三角格子结构，当外磁场强度接近时，三角格子的周期不变，仅使周围超导区域中的最小磁场强度与外磁场强度的差别减小，到时为零，发生第二类相变，早现为正常态^[17]。

退磁因子不为零时超导态与正常态共存的状态或迈斯纳态与混合态共存的状态。当不为零的第一类超导体处在外磁场中，由于超导体的磁化而使磁场分布发生变化，在超导体表面的某些区域先达到临界磁场而转变成正常态，其他部分仍然是超导态，出现超导态与正常态共存的中间态^[17]。

超导体由超导态转变成正常态的现象。超导体中由于某种扰动，如电磁场波动、加热激发、环境温度变化、机械振动等，而引起其中某一小区域的超导体发热，造成局部温度升高，使临界电流密度下降。而临界电流密度下降更造成超导体进一步发热，使其温度进一步升高，最后使整个导体都由超导态变成正常态^[17]。

超导体可以引申出来多种理论，主要有迈斯纳效应^[18]、BCS理论^[19]、GL理论^[20]。

当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流在超导体内部形成的磁场，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁场抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，，即超导体排斥体内的磁场。用电子自旋理论解释是这样的，当一个磁体靠近超导体时，磁体的磁场使超导体内的电子的方向朝一个方向，由楞次定律可知，电子的磁场于外界磁场的方向必然相反，超导体表面的电流实际上是大量电子的自旋电流的集体行为，自旋电流是永恒的，不需要电压驱动^[18]。

费米面附近两个电子按形式结合形成库珀对，有比两个处在自由状态时的电子更低的能量，这是一个极富启发性的结果，巴丁立马意识到，库珀对的形成将是形成超导微观理论的关键。在此基础上，巴丁、库珀和施里弗于1957年提出了涉及超导机理的微观理论，简称BOS理论。超导体的很多性质都与这个能隙的存在有关，根据BCS理论，绝对零度时的能隙可表示为：

根据BCS理论，有限温度下的超导体能隙由下列方程确定：

当时，所有库珀对都被拆散成一个个正常的电子，超导体从超导态转变成正常态，超导能隙消失，即由此得到超导转变温度的表达式为：

这就是著名的BCS关于的公式^[19]。BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应，对超导现象进行了微观机理的解释，该理论提出，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓的“库珀对”，库珀对在晶格当中可以无损耗地运动，从而形成超导电流^[47]。

金兹堡一朗道理论（简称GL理论），是基于朗道的一般二级相变理论的，当理论中引入的序参量为宏观波函数时，就可应用于超导性质的研究^[20]。金兹堡和朗道将超导电子的有效波函数作为超导态的序参量并将朗道的二级相变应用于对超导体的分析，在此基础上形成了另外一个唯象理论，称其为金兹堡一朗道理论，简称GL理论。GL理论由于考虑到了温度、磁场，以及位置对超导序参量的影响，因此，基于GL理论，阿布里科索夫（Abrikosov）提出超导体可以分为第一类和第二类两类性质不同的超导体，从而开创了对类超导体研究的先河^[48]。

超导体的研究趋势趋向于多种多样，如在元素超导体^[23]、重费米子超导体^[24]、有机超导体^[25]、铜氧化物超导体^[26]、铁基超导体^[27]、镍基超导体^[28]、笼目超导体^[29]、其他过渡金属化合物超导^[30]、低温超导材料、氧化物高温超导材料等^[31]。

2023年6月，中国科学技术大学物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室陈仙辉教授团队的应剑俊特任研究员等人与南京大学孙建教授课题组合作在高压元素超导领域取得重要进展。通过超高压技术手段，研究团队发现元素钪在高压下具有高达的超导转变温度，刷新了元素超导最高转变温度的纪录^[23]。

1975年，在重费米子金属发现之后，人们开始在重费米子材料中开展超导探索研究，1975年和1978年，科学家们发现和已具备超导的迹象，1979年，Steglich发现在左右呈现出超导的确凿证据，重费米子超导诞生。重费米子超导的发现打开了非常规超导研究的大门，在超导的历史上具有重要意义^[24]。2018年，浙江大学关联物质研究中心/物理系袁辉球团队将放到特殊的实验装置中，并将温度下降到以下，测量该超导材料的磁场穿透深度随温度的变化。在极低温条件下，他们提出了一种新的超导配对态^[49]。

2020年5月，中国清华大学物理系宋灿立、马旭村和薛其坤研究团队利用分子束外延技术在石墨化的衬底上成功制备出单晶富勒烯薄膜。并在薄膜中发现了薄膜厚度变化诱导的莫特绝缘体-超导体转变，以及仅三层厚的薄膜具有高于体相的超导转变温度。他们首次澄清了掺杂富勒烯中载流子浓度依赖的超导相图，并确定性地证明了在整个相图上超导能隙均为无能隙节点的波配对，与电子的关联性和赝能隙强弱无关。碱金属掺杂富勒烯超导体具有与铜氧化物高温超导体类似的电子态相图，其高达的超导转变温度，因此理解其超导电性和配对对称性对探索非常规高温超导的微观机理具有重要意义^[25]。

自1986年铜氧化物高温超导体发现以来，理解高温超导机理和进一步提高超导转变温度一直是凝聚态物理研究中的核心问题^[50]。2019年，中国科学院物理研究所郭静、周亚洲等人利用高压下电阻和磁化率测量等综合实验方法对具有强二维特性的最佳掺杂高温超导体进行了研究。他们首次采用了“面内-面间”的高压原位电阻同步测量技术和“电阻-磁化率”一体化高压原位测量技术。并首次观测到了压力诱导的超导态跃变的电阻与磁化率特征。这一发现不仅为进一步开展对高温超体的深入研究，为理解超导电性的稳定性与奇异量子态以及赝能隙、反常金属态、掺杂量子相变等的关系提供了重要线索，而且为高温超导机理的突破提供了新的实验依据^[26]。

2008年，日本科学家在铁砷化物中发现了的超导电性，铁基高温超导研究的序幕从此被拉开。2008年3月左右，中国科学院物理所及中国其他同行科学家们通过稀土元素替换，在短时间内将“”体系的超导临界温度提高到了以上。2010年至2012年间，中国科学院物理所研究团队再次在铁基新超导体探索中取得突破，发现了超导转变温度接近甚至超过铁砷层状化合物且不含砷的新铁硒基超导体，铁基超导研究对“磁性与超导电性不相容”的传统观念造成的冲击与挑战，为促进高温超导技术的应用奠定坚实的基础^[27]。

2019年8月，美国斯坦福大学教授Hwang课题组率先在基于无限层结构的镍氧化物外延薄膜中发现了超导电性。2021年4月，中国电子科技大学乔梁团队在制备的镍基超导外延薄膜中成功获得了零电阻的超导电性^[51]。2023年11月，中国中山大学物理学院姚道新教授团队首次提出了双层镍氧超导体的多轨道模型，这一成果为对于理解新型镍基超导体的微观图像和超导机理起到了重要作用。姚道新团队率先破译镍氧化物的超导机理，对高压相的双层镍氧超导体进行了系统性计算，通过建立一个双层两轨道模型来分析了镍氧化物超导配对的关键因素。这也为镍氧超导体从实验研究到后续的理论研究搭建了桥梁^[28]。

2023年9月，北京理工大学物理学院王秩伟、姚裕贵等人发表了对笼目结构超导材料中范霍夫奇点的研究，并发现材料的CDW被完全抑制，超导转变温度达到最高，约为，是系列材料中观察到的常压条件下的最高超导转变温度。在该类超导体中，一个理想的范霍夫情景主要通过两种途径来实现。其电子结构中存在着多个VHS，同时该材料中存在二维VHS的两种主要的不平衡态——CDW和超导，这为探索范霍夫情景提供了良好的研究平台^[29]。

2001年，日本科学家秋光纯发现超导电性高达的后，掀起了硼化物尤其是金属二硼化物超导体的研究热潮。2023年，上海科技大学物质科学与技术学院齐彦鹏课题组与中国人民大学刘凯教授及雷和畅教授合作，利用高压技术在二硼化钼（，一种过渡金属硼化物）中发现了转变温度高达的超导电性，这是硼化物中超导临界转变温度仅次于的超导体，也是过渡族金属硼化物中最高的体系。这为探索轻元素高温超导体带来了新思路^[30]。

1961年，美国Hulm等人首先报道了超导合金。NbTi合金的为，其临界场可达，可用来制造磁场达或的超导磁体。NbTi线可用一般难熔金属的熔炼方法加工成合金，再用多芯复合加工法加工成以铜（或铝）为基体的多芯复合超导线，最后用时效热处理及冷加工工艺使其最终合金由单相转变为具有强钉扎中心的两相合金。超导材料主要应用于制造核磁共振成像系统、实验室用超导磁体、磁悬浮列车等。超导材料因其易加工、低成本和耐用，已成为最成功的实用化、商业化的超导材料。超导体未来相当长时间内将继续得到广泛应用^[31]。

1954年，材料是由贝尔实验室Matthias发现，直到1970年代初才实现商业化生产。是一种具有晶体结构的铌锡金属间化合物，其超导转变温度为，在时的上临界磁场可达，磁场下能承载的临界电流密度约为，因此，主要用于制作的超导磁体。2011年，Bruker公司已采用开发了，的NMR系统。也是的一个研究热点，主要由于它具有优异的应变特性，但是这种材料的加工窗口更窄，制备更为困难。日本国立材料科学研究所对该材料的研究工作较为突出，已能制备高性能长线，并实验绕制了高场内插线圈。和是应用最为广泛的两种超导材料。用合金线材绕制一个的超导磁体，用线材绕制一个的超导磁体已经不存在任何的技术问题。这些导线的主要生产厂家是美国牛津超导公司、欧洲先进超导公司、日本古河公司以及英国Luvata公司、中国西部超导公司等^[31]。

1988年，日本NIMS的Maeda发现了临界温度达的铋系氧化物超导体，后经证实他们得到的是和的混合物，的为，而的是^[31]。铋系超导相是一种陶瓷结构，无法直接加工成带材。通常采用粉末装管法，即将脆性的超导粉包裹在金属套管里制备成导线。带材工艺流程一般是先将原料粉末装入银管，通过拉拔轧制，然后退火热处理。经过十几年的发展，利用这种方法，可以开发出长度为千米级的铋系多芯超导线材，且技术已经比较成熟，已达到商业化生产水平。超导体具有较强的各向异性，在液氮温区的不可逆场较低，在较小的磁场下，其临界电流会显著降低，不适合用于强磁场场合。因此，在液氮温区，超导体主要面向“超导电缆”应用。作为铋系的另一个分支，是唯一可制备成各向同性圆线的铜基氧化物高温超导材料，因此，它仍然受到一些研究者的关注，主要瞄准低温高场下的内插磁体应用。美国牛津超导公司和佛罗里达高场实验室等通过高压热处理+慢升温工艺优化，大幅度减少了空洞，使得导线的工程电流密度提高到。他们合作绕制的高场内插磁体，在的背景场下，产生了的磁场^[31]。

临界温度达的钇系超导体（）是第一个被发现的超过的高温超导体。钇系可以在强磁场下承载较大的临界电流，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。由于钇系超导体带材在强磁场下具有更为优异的性能，近年来，它已成为超导材料的研究热点，研究重点是降低成本和提高性能。自1999年第一根100米长钇系超导体带材被制备出来以后，第二代高温超导带材的研发单位已逐步发展成为以企业公司为主，主要的研发单位为美国SuperPower公司，日本Fujikura和SWCC公司，美国AMSC公司，德国THEWA公司以及韩国SuNAM公司等。经过近20年的发展，基于双轴织构和薄膜外延技术的第二代高温超导钇系超导体带材逐步发展成熟，处于产业化前夜。随着钇系超导体长线的量产，人们也在尝试基于钇系超导体带材的超导电力装置示范应用，如超导储能、超导限流器、变压器等。最近，美国Florida 高场实验室和SuperPower 公司合作，使用100安的100米长的钇系超导体带材绕制了一个高场内插线圈，在背景场下，产生了的磁场，创造了世界纪录^[31]。

超导指的是某些材料温度降到临界温度以下，电阻突然消失为零的现象。作为20世纪最伟大的科学发现之一，超导体具有零电阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性，在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景，受到人们的广泛关注^[27]。

高温超导强电应用主要涉及电力、科研、生物医学等诸多领域^[2]。

在电力系统中采用超导技术可以提高单机容量和增加电网的输送容量、降低传输损耗、提高系统运行的稳定性和可靠性、改善电能质量降低电网的占地面积和电网造价及改造成本，并使超大规模电网的实现成为可能。超导电缆、超导变压器、超导故障电流限制器和超导储能器已发展或接近到工程实用阶段，超导发电机和超导电动机的研制也取得重要进展^[2]。

在科学研究仪器上，超导磁体可用来制作超导高能加速器，利用超导磁体产生的强磁场可以极大地增加加速器能量、减小损耗、减小加速器半径、减少占地面积，利用超导磁体研制出了超导回旋加速器、超导同步加速器、超导对撞机和超导直线加速器^[2]。

在医学上，超导技术主要应用于核磁共振成像（NMRI）和核磁共振仪（NMR）。NMRI的磁体系统中的主磁体采用超导磁体不仅可以比常规磁体产生更强的主磁场，而且均匀性高、稳定性好，能缩短测量时间，使图像更清晰且具有更多的功能，NMRI装置中所用的磁体绝大部分采用超导磁体^[2]。

超导在弱电领域中的应用也是多方面的，其中主要是在电子学和通信上的应用，因此形成了一门“超导电子学”新学科。超导电子学已经在很多方面发挥出无可替代的作用，尤其在超导量子干涉器件（SQUID）、微波器件、超导计算机等几个方面^[3]。

SQUID是探测磁信号最灵敏的传感器，可以分辨的磁场，一切可以转化为磁场的物理量，例如电流、电压、电感、磁化率温度、位移等，都可以用它来探测^[3]。

高温超导微波器件主要可分为高温超导微波无源器件和高温超导微波有源器件。由于高温超导薄膜有很低的表面电阻，在相同温度和频率下，比常规导体要低1~3个数量级，用以构成微波器件时，其性能相比传统器件将有明显的改善。高温超导微波无源器件主要有高温超导微波谐振器、高温超导滤波器、高温超导天线、高温超导多工器、高温超导开关、高温超导延时线等^[3]。

超导数字计算机是基于约瑟夫森结快速单磁通量子（RSFQ）机制的新一代高速低耗、超大容量、高性能计算机。约瑟夫森器件的极高的开关速度及低功耗使它能大大提高数字计算机的运算速度、减小体积。利用RSFQ逻辑/存储电路可以实现所有数字电路所需的逻辑功能，可制成超导存储器、超导大规模集成电路^[3]。

超导的抗磁性主要应用于超导磁悬浮列车、超导核聚变反应领域^[16]。

在交通运输领域，一个具有代表性的应用是HTS磁悬浮列车的研制，日本在2004年美国应用超导会议上报告研制成功了用带材的磁浮列车1/2模型跑道磁体系统引起了广泛注意，日本长期进行超导磁浮列车的研制工作，在山梨线上达到了550千米/小时的最高载人速度和1000千米/小时的相对速度，整个技术已经长期试验达到了可实际应用的程度^[2]。超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，所以磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制造高速超导磁悬浮列车^[16]。

超导核聚变反应核聚变反应需要1亿~2亿摄氏度的高温，但没有任何耐温材料可以存放这样高温的物质。超导体产生的强磁场可以将参与核聚变反应的高温物质进行“磁隔离”将这些物质约束在一个有限的区域内和容器壁隔离，这样便保护了容器^[16]。