高温超导是指转变温度显著高于传统金属超导体的超导现象。当材料的温度低于临界温度 时，它可以无电阻地传输电流，并表现出迈斯纳效应，即在适当条件下将磁通排出材料内部。“高温”是一个相对概念：许多这类材料仍然需要借助低温技术进行冷却。该领域既包括非常规超导体，尤其是铜氧化物和铁基化合物，也包括必须在极高压强下才能达到高转变温度的富氢材料。(energy.gov)
定义与历史发展
高温超导与低温超导之间，并不存在普遍适用的数值界限。从历史上看，“高温超导”这一称谓逐渐被用于转变温度超过约23开尔文的材料；这是1986年以前常规化合物所达到的转变温度水平。一个重要的实用基准是77 K，即液氮在大气压下的沸点，因为在这一温度以上工作的超导体可以采用液氮冷却，而不必使用温度更低的氦冷却系统。不过，转变温度低于77 K的材料仍属于高温超导研究的范畴。(nature.com)
1986年，J. 格奥尔格·贝德诺尔茨和K. 亚历山大·米勒在IBM公司的钡—镧—铜氧化物体系中发现了约35 K的超导转变。他们的发现确立了陶瓷作为一类重要超导材料的地位，并使他们获得了1987年诺贝尔物理学奖。1987年，由吴茂昆和朱经武领导的研究团队报告，钇—钡—铜氧化物体系的超导转变温度可达约93 K，突破了液氮温度这一门槛。此后的发现大幅扩展了已知超导材料的种类。(nobelprize.org)
主要材料类别
铜氧化物超导体，也称铜酸盐超导体，含有对其电子性质起核心作用的铜氧平面。代表性材料包括钇钡铜氧化物、铋系化合物和汞系化合物。它们的超导性质强烈依赖于化学组成和载流子浓度，后者通常通过元素替代或调节氧含量来控制。许多母体化合物是反铁磁绝缘体；引入可移动的载流子后，材料会在有限的组成范围内出现超导现象。以载流子浓度为横轴、 为纵轴绘制的曲线，通常呈现出超导“穹顶”。(nature.com)
2008年，研究人员报告了氟掺杂LaFeAsO在26 K发生超导转变，此后铁基超导体受到广泛关注。相关块体化合物的转变温度达到了约55 K。这类材料含有铁以及砷、硒或碲等元素，并有多个参与电子过程的能带。磁性、结构变化与超导现象密切相关，但三者之间的关系因化合物而异。将这类材料纳入高温超导范畴，也说明高温超导不能简单地定义为77 K以上的超导现象。(nature.com)
富氢超导体提供了实现高 的另一条途径。2019年，有研究报告称，组成约为LaH₁₀的氢化镧在约170吉帕的压强下，可在接近250 K时出现超导现象。它的行为与强电子—晶格耦合机制相符，这不同于对铜酸盐超导体的通常解释。这些结果来自被压缩至极高压强的微小样品，并不意味着材料能在通常的环境条件下工作。(nature.com)
微观物理机制
超导是一种集体量子力学态，涉及电子配对和相干有序。在常规BCS理论中，晶格振动的量子——声子——所介导的有效吸引作用使电子形成库珀对。配对的形成与相干性同样是非常规超导的核心，但引起配对的相互作用不一定是常规的声子机制。(energy.gov)
铜酸盐超导体的配对对称性主要为d波。其超导序参量随动量空间中的方向变化而改变符号，超导能隙则存在能隙为零的节点。强电子相互作用和磁涨落是理论描述中的重要因素，但完整且得到普遍认可的微观解释仍未确立。铁基化合物可以呈现不同的能隙结构，因此不能用单一的配对对称性来描述所有高温超导体。(nature.com)
非超导态也十分重要。许多铜酸盐材料表现出赝能隙，即低能电子态受到部分抑制的现象，这种现象在 以上仍可能存在。它与超导及其他电子有序态之间的关系，是一个重要的研究问题。角分辨光电子能谱学测量随动量变化的电子激发，而隧穿和散射实验则提供有关能隙与关联效应的互补信息。(nature.com)
磁学行为与实验证据
在技术应用中具有重要价值的铜酸盐材料属于第二类超导体。在一定的外加磁场范围内，磁通并非被完全排出，而是以量子化涡旋的形式进入材料。涡旋运动会造成电能耗散。涡旋钉扎将涡旋固定在缺陷处，使材料能够无电阻地承载较大的电流。因此，实际可用性能取决于温度、磁场和电流密度，而不只是 。(nature.com)
实验上确认超导现象，需要结合电学和磁学测量。电阻的急剧下降是重要证据，但还必须结合磁响应、对磁场的依赖关系以及其他证据加以评估。例如，氢化镧研究报告了零电阻、同位素效应，以及外加磁场对转变温度的抑制。这些相互补充的检验有助于将超导现象与电输运性质的其他变化区分开来。(journals.aps.org)
导体与应用
REBCO指稀土—钡—铜氧化物，其中包括含钇的化合物。这类材料的涂层导体是在带有缓冲层的金属基底上沉积一层薄超导层制成的。通过精确控制晶体生长取向，可以减轻晶界的不利影响；通过人为引入缺陷，则可以增强涡旋钉扎。制造过程中必须兼顾载流能力、机械强度、均匀性和成本。高磁场应用往往在远低于液氮温度的条件下运行，以获得更好的性能。(nature.com)
应用领域包括科研磁体、核磁共振系统、电力电缆，以及正在研发的核聚变用磁体。已提出或已演示的电力应用还包括电动机、发电机和电网设备。尽管超导电流能够避免超导材料内部的电阻损耗，但制冷、交流损耗、接头和保护系统仍会带来工程要求。因此，仅凭较高的转变温度，并不能确定完整装置的效率或实用性。(energy.gov)