1911 年 - 至今 | 零电阻·完全抗磁·量子宏观 | 通往无损耗能源的圣杯
| 类型 | 临界温度 | 代表材料 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 低温超导 (LTS) | < 30K (-243°C) | 铌钛合金、铌三锡 | 技术成熟、已商业化 |
| 高温超导 (HTS) | > 77K (-196°C) | 钇钡铜氧 (YBCO) | 可用液氮冷却、成本低 |
| 铁基超导 | 20-55K | 铁砷化物 | 2008 年发现、新体系 |
| 室温超导 (目标) | > 300K (27°C) | 研究中 | 圣杯目标、尚未实现 |
定义：低于临界温度时电阻突然降为零
表现：电流可无损耗流动
意义：可实现无损耗输电、强磁场
定义：完全排斥外部磁场
表现：磁悬浮现象
意义：超导的标志性特征、磁悬浮应用
临界温度 (Tc)：超导转变温度
临界磁场 (Hc)：破坏超导的磁场
临界电流 (Ic)：破坏超导的电流
定义：宏观尺度展现量子行为
表现：磁通量子化、约瑟夫森效应
意义：量子计算、精密测量
| 理论 | 时间 | 提出者 | 核心内容 |
|---|---|---|---|
| 二流体模型 | 1934 年 | 戈特和卡西米尔 | 超导电子和正常电子共存 |
| 伦敦方程 | 1935 年 | 伦敦兄弟 | 解释迈斯纳效应、穿透深度 |
| 金兹堡 - 朗道理论 | 1950 年 | 金兹堡、朗道 | 唯象理论、获 2003 年诺奖 |
| BCS 理论 | 1957 年 | 巴丁、库珀、施里弗 | 微观理论、电子配对、获 1972 年诺奖 |
| 约瑟夫森效应 | 1962 年 | 约瑟夫森 | 超导隧道效应、获 1973 年诺奖 |
两个电子通过晶格振动（声子）形成配对，克服库仑排斥，形成玻色子
电子运动引起晶格畸变，吸引另一个电子，形成间接吸引
超导态与正常态之间存在能隙，需要能量才能打破库珀对
昂内斯在莱顿大学发现汞在 4.2K 时电阻突然消失，首次发现超导现象，开启超导研究新纪元，获 1913 年诺贝尔物理学奖
迈斯纳和奥克森菲尔德发现超导体的完全抗磁性，即迈斯纳效应，这是超导的第二个基本特性，成为判断超导的关键标准
金兹堡和朗道提出超导唯象理论，引入序参量概念，为理解超导相变提供理论框架，金兹堡获 2003 年诺贝尔物理学奖
巴丁、库珀、施里弗提出 BCS 理论，首次从微观角度解释超导机制，提出电子通过声子形成库珀对，获 1972 年诺贝尔物理学奖
约瑟夫森预言超导隧道效应，即库珀对可穿越绝缘层，这一效应成为超导量子干涉仪 (SQUID) 和量子计算的基础，获 1973 年诺奖
发现铌三锗 (Nb₃Ge) 超导临界温度 23.2K，是传统超导体的最高记录，保持 13 年未被打破
贝德诺尔茨和米勒在 IBM 苏黎世实验室发现铜氧化物高温超导材料 (La-Ba-Cu-O)，临界温度 35K，突破传统理论极限
朱经武、吴茂昆等发现钇钡铜氧 (YBCO) 超导体，临界温度 92K，首次突破液氮温区 (77K)，引发全球超导研究热潮
发现二硼化镁 (MgB₂) 超导，临界温度 39K，是传统超导体的新突破，成本低、易加工
日本细野秀雄和中国科学家团队发现铁基超导材料，开辟超导新体系，临界温度最高达 55K
发现硫化氢在高压下临界温度达 203K (-70°C)，接近室温，引发室温超导研究新热潮
罗切斯特大学宣称发现室温超导材料，但后因数据问题被撤稿，室温超导仍是未解之谜
韩国团队宣称发现常压室温超导材料 LK-99，引发全球关注，但多数实验室未能复现
应用：无损耗电力传输
优势：零电阻、大容量
现状：示范工程运行中
应用：SMES 超导磁储能
优势：高效率、快速响应
应用：电网调峰、应急电源
应用：托卡马克磁约束
代表：ITER、中国 EAST
关键：超导磁体产生强磁场
应用：大型风力发电
优势：体积小、重量轻、效率高
前景：海上风电
| 领域 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
| 医学成像 | MRI 核磁共振成像 | 超导磁体产生强磁场，全球数万台 MRI 使用超导 |
| 粒子加速器 | LHC 大型强子对撞机 | 超导磁体引导粒子束，周长 27 公里 |
| 科学仪器 | SQUID 超导量子干涉仪 | 最灵敏的磁传感器，用于脑磁图、心磁图 |
| 光谱分析 | NMR 核磁共振波谱 | 化学、生物研究的关键工具 |
利用超导磁体实现磁悬浮，日本 L0 系超导磁悬浮时速达 603 公里
超导电机驱动、超导磁流体推进，效率高、噪音低
超导磁分离、超导感应加热、材料处理等工业应用
卫星超导传感器、空间科学探测等航天应用
| 领域 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
| 量子计算 | 超导量子比特 | 谷歌、IBM 等采用超导路线，已实现量子优越性 |
| 超导电子 | RSFQ 超导数字电路 | 超高速、低功耗计算 |
| 通信 | 超导滤波器 | 基站信号处理，提高通信质量 |
| 探测 | 超导单光子探测器 | 量子通信、天文观测 |
| 方向 | 内容 | 应用前景 |
|---|---|---|
| 室温超导 | 寻找常压室温超导材料 | 彻底改变能源、交通、电子 |
| 高温超导机理 | 理解铜氧化物、铁基超导机制 | 指导新材料设计 |
| 超导带材 | 第二代高温超导带材 | 大规模电力应用 |
| 拓扑超导 | 马约拉纳费米子 | 拓扑量子计算 |
| 超导量子计算 | 超导量子比特扩展 | 实用化量子计算机 |