（一）超导的发现
1908年，荷兰物理学家卡末林一昂纳斯(H．K．Onnes)成功地将氦气(He)液化，并达到了4.2K的低温。1911年，昂纳斯在莱顿(Leiden)大学利用他们自己建立的低温设备测量了低温下汞(Hg)丝的电阻随温度的变化关系，惊人地发现在T=4.15K附近汞丝的电阻突然消失(降到10-5Ω以下)，他把这种零电阻物质状态定名为超导态，而把电阻突然消失的温度称为超导转变温度或超导临界温度，用符号Tc表示。随后，他们又发现了许多其他金属也都具有超导现象，如锡(Sn)在3.7K附近；铅(Pb)在7.2K附近；钽(Ta)在4.38K附近；铌(Nb)在9.2K附近；铝(Al)在1.14K附近，及钒(V)在4.3K附沂转变为超导态等。
（二）超导体的电磁性质
零电阻效应
超导态金属的电阻率极小，目前的实验表明，超导态金属的电阻率小于10-28Ωm，它远远小于正常态金属的最小电阻率10-15Ωm，因而完全可以认为超导态的电阻率为零，这表明超导态具有理想导电性。
利用超导体的理想导电性，就可根据电磁感应原理在超导线圈中建立起持久不衰的电流，称之为持续电流。用金属超导材料制成一圆环，在T>Tc时放到外磁场中，并使环面与磁场垂直，然后降低温度到T＜Tc，使金属环变成超导态后，撤去外磁场，由电磁感应原理，就可在金属环中建立起持续电流。设环的电感为L，电阻为R，则环中电流衰减的时间常数τ为τ=L/R。
环中的电流将按指数关系衰减，即I=I0e-ε/τ。
只要观察电流的衰减情况就可估计电阻率的上限。1963年范尔(J．File)和米尔斯(R．G．Mills)利用核磁共振(NMR)方法测量超导持续电流的磁场，估计出电流衰减的时间不小于10万年。
迈斯纳效应(完全抗磁性)
在超导体发现以后的20多年中，人们一直认为超导体只有理想导电性，它在磁场中的特性将完全由理想导电性决定，而理想导电性并不排斥磁场在超导体内的存在。
1933年，迈斯纳(M．P．Meissner)和奥克森菲尔德(R．Ochsenfeld)为了验证超导体的磁性是否真的完全由理想导电性决定，把锡和铅的样品放人不太强的外磁场中冷却到临界温度T。以下，使它变成超导态。
他们发现原来进入样品中的外磁场完全被排挤出来，这表明超导体内部的磁感应强度总是为零，即超导体内不允许有磁场存在，它表明超导体具有完全抗磁性，这一现象称为迈斯纳效应。
临界磁场Hc(T)和临界电流J c。
第一类超导体的H-T曲线
当温度T>Tc时，超导态将被破坏而转变为正常态。实验证明：在一定温度下的超导态也可被足够强的磁场所破坏，当H>Hc时，超导态将转变为正常态，Hc称为超导体的临界磁场，它是温度的函数。超导体的临界磁场随温度的变化关系如上图所示。图中临界磁场曲线的右上方为正常态，左下方为超导态。
实验指出：铅(Pb)、汞(Hg)、锡(Sn)等超导体的Hc-T曲线一般都可以近似地表示为抛物线关系，Hc(T)=Hc(0)(1-T2T2c)(13-3)。
式中，Hc(0)为绝对零度时的临界磁场。实验还表明：如果在没有外磁场的情况下，只要在超导体中通过足够强的电流，超导态也会被破坏而变成正常态，称破坏超导电性的最小电流为临界电流，记为J0(T)，它也是温度的函数。
1916年锡斯比采用电流产生的磁场破坏了超导态来解释这一现象。他指出：当通过样品的电流在样品表面产生的磁场达到临界磁场Hc时，超导态就被破坏，这一电流就是样品的临界电流。
（三）两类超导体
到目前为止，已发现28种元素在地球常态下具有超导性，另外还有许多合金及化合物也具有超导性。超导体按其磁化规律可分为两类：第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体。
第Ⅰ类超导体只有一个临界磁场Hc，其磁化曲线如下图（1）所示。
第Ⅱ类超导体有两个临界磁场：下临界磁场Hc1和上f临界磁场Hc2，其临界磁场随温度的变化关系如下图(2)所示：对第Ⅱ类超导体，当外磁场小于下临界磁场Hc1时，样品内无磁场，即B=0，完全处于迈斯纳状态，是完全抗磁体。
当外加磁场大于上临界磁场Hc2时，样品完全处于正常态。当外磁场介于下临界磁场Hc1和上临界磁场Hc2之间时，样品内既有B=0的超导态部分，又有B≠O的正常态部分，是超导态和正常态共存的状态，故称为混合态。当第Ⅱ类超导体处于混合态时，样品内将出现奇妙的微观结构。
理论和实验都表明：在样品内，通过正常态的磁感应线周围是一个半径很小并以它为轴线的圆柱形正常区，各正常区之间是相互连通的超导区。需要特别指出的是通过这些圆柱形正常区的磁感应通量是量子化的，称为磁通量子化，其最小单位称为磁通量子，它等于Ф0=h2e=2.0678×1015(WB)(13-4)。
并称这些圆柱形正常区为量子磁通线，式中，h为普朗克常数，e为基本电荷电量。由于每条量子磁通线周围都有涡旋电流，起屏蔽作用，以保证周围的超导区内无磁场，因此第lI类超导体的混合态又称为涡旋态，量子磁通线也称为涡旋线。量子磁通线的排列是有规则的，它们组成一个二维的周期性磁通格子，并且这些磁通的点阵都是呈三角形排列。
（四）BCS超导理论
1957年，巴丁(J．Bardeen)、库柏(L．N．Cooper)和施里弗(J．R．Schrieffer)建立了超导电性的量子理论，简称为BCS超导理论，他们因此而获得1972年诺贝尔物理奖。BCS理论的基本观点可简述如下。
①当晶体中的一个电子经过某处时，由于电子与晶格离子间的库仑吸引力，使得该处的晶格发生畸变，并造成正电荷密度的局部增大，晶格中的这种扰动将通过晶格波(简称格渡)的形式向外传播，这种传播着的扰动又会反过来吸引另一个电子，这样两个电子间就有了间接的吸引力。两个电子通过晶格畸变而产生的相互作用称为电子晶格相互作用。
②在晶格中传播的格波，其能量是量子化的，相应的能量子称为声子，声子的最大能量为ε=hωD。
式中，ωD为德拜频率。晶体中两个电子就是通过不断交换声子而发生相互作用的，因而电子-晶格相互作用又称为电子-声子相互作用。
③在高温时，两个电子通过交换声子而产生的吸引力小于它们之间的库仑排斥力。当温度足够低时，这种吸引力就可大于库仑排斥力，这时两个电子将形成一个束缚态。库柏证明了能量在费米能级附近，动量等值反向和自旋相反的两个电子(P↑，-P↓)之间通过电子一声子相互作用产生的吸引力最大，它们将形成稳定的束缚态——库柏电子对，简称库柏对(cooper pair)。正是晶体中这些库柏对的特有行为产生了超导体的各种特性。
④在T=0K的情况下，超导体中处于费米能级附近的全部电子都会两两结合成库柏对，这种状态就是超导基态。在Tc＞T＞0的情况下，由于晶格的热振动，使得晶体中的部分库柏对被拆散而成为正常电子。随着温度的不断升高，晶体中的库柏对越来越少，并且稳定性也逐渐减弱。当温度升高到临界温度Tc时，晶体中的所有库柏对都被拆散，于是超导态也就转变为正常态。
（五）约瑟夫森效应
由两片超导体中间夹一薄绝缘层构成的超导器件称为超导隧道结或约瑟夫森结，也常称为SIS结。1962年约瑟夫森(B．D．Josephson)指出：当SIS结的绝缘层只有1nm左右时，在SIS结中除了由正常电子产生的隧道电流外，还会有由库柏电子对产生的隧道电流，这种由库柏对产生的隧道电流称为约瑟夫森隧道电流，库柏电子对的隧道效应就称为约瑟夫森效应。
（六）高温超导体
自从1911年发现超导以来，科学家一直在寻找高临界温度的超导材料，但进展却非常缓慢。1942年发现NbN(氮化铌)的临界温度Tc=15K，1973年发现Nb3Ge(铌三锗)的临界温度Tc=23．2K，直到1986年贝德诺兹(J．G．Bednorz)和缪勒(K．A．Muller)发现La-Ba-Cu-O(镧钡铜氧化物)系统中存在临界温度Tc=35K的超导体。高Tc氧化物超导体的发现立刻引起了物理学界的重视，从而开始了超导研究的新纪元，并掀起了一场席卷世界的超导热。
超导温度提高示意德诺兹和缪勒也因此而荣获1987年的诺贝尔物理奖。随后，1987年2月中国科学院物理所的赵忠贤、美国休斯敦大学的朱经武分别独立地发现了Tc=90K的Y-Ba-Cu-O(钇钡铜氧化物)超导体，很快，日本物理学家又合成了Tc=110K的Bi-Sr-ca-cu-O(铋锶钙铜氧化物)体系。在此以后又发现了Ti-Ba-Ca-Cu-O(铊钡钙铜氧化物)系列氧化物，使超导转变温度提高到125K，最近人们又合成了Hg系氧化物超导体，其超导转变温度达到133．8K。另外，20世纪末，人们又合成了Tc=48K的C60系有机超导体。
尽管新发现的超导体的转变温度还远远低于室温，但终于实现了液氮温区(77K)的超导转变，这是一个极大的飞跃，通常把液氮温区下工作的超导体称之为高温超导体。
（七）超导体的应用
超导体的应用非常广泛，一般可分为强电和弱电两个方面的应用。强电和弱电方面的应用主要有如下几种。
超导磁体的应用
1961年孔兹勒(J．E．Kungler)等人利用NbaSn超导材料制成了能产生近磁场的超导磁体，打开了超导体实际应用的局面。超导磁体不仅能产生很强的磁场，而且具有体积小、质量轻、电能损耗低等优点，它除了在核物理、高能物理等大型实验中有着广泛应用外，在研究物质结构、生物分子的仪器(如高分辨率电子显微镜、核磁共振仪等)中，超导磁体也已成了其中的关键部分。
目前，中、小型超导磁体已经是很多实验室的基本设备。
超导在电力工业上的应用
超导的应用将会给电力工业带来一场革命，如超导输电、超导发电机、超导电动机、超导储能、磁流体发电机及超导磁悬浮列车等，必将大大改变电力工业的面貌。实际上，在这方面已经做了大量的工作，并取得了令人鼓舞的进展，如1969年英国就制成了2388.75kW的直流超导发电机，试验运行表明基本上是成功的；交流超导发电机也已在实验室制成；磁流体发电装置已经于1977年在莫斯科投入使用；超导磁悬浮列车也已经在日本投入运行。
在我国，超导磁悬浮列车已在上海投入运行。
弱电方面的应用
弱电方面的应用主要是利用约瑟夫森超导结制成的各种超导器件，由于这些超导器件具有灵敏度高、噪声低、响应速度快和损耗小等特点，在精密测量、电子学和电子计算机等方面有着越来越广泛的应用。例如利用约瑟夫森效应可以测量微弱的电磁辐射，在射电天文、微波通信等方面都有重要的应用，另外还可以通过测量频率来测量电压，可用作电压基准。再如利用超导量子干涉仪来测量微弱磁场，作为高灵敏度的磁场计。约瑟夫森结还可以作为电子计算机的元件，制成速度更快的计算机。
