超导性是一种物质状态：某些材料冷却至临界温度以下时，在磁场和电流不超过一定限度的条件下，会呈现直流电阻为零，并将磁场排斥出材料内部。它是量子力学的宏观表现，也是凝聚态物理学的重要研究课题。超导材料的电学和磁学性质使其可用于制造强磁体、灵敏探测器和量子电子电路。(energy.gov)
发现与发展
1911年，海克·卡末林·昂内斯以液氦作为冷却介质，在研究约4开尔文温度下的汞时发现了超导性。金属在冷却过程中通常表现为电阻逐渐降低，而汞却突然转变为电阻小到无法测量的状态。昂内斯因对低温下物质性质的研究而获得1913年诺贝尔物理学奖。(nobelprize.org)
对超导性的理论认识通过几种相互补充的方法逐步发展起来。伦敦模型描述了磁场屏蔽，而1950年提出的金兹堡—朗道理论则用随空间变化的序参量来描述超导性。1957年，约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·罗伯特·施里弗建立了BCS理论，为常规超导性提供了微观解释。1986年，超导铜氧化物陶瓷的发现开辟了高温超导研究领域。(cds.cern.ch)
电学与磁学性质
零电阻意味着稳恒电流可以流动，而不会产生普通导体中的电阻发热。这一性质适用于符合条件的直流情形：超导体在交变场作用下或磁通涡旋运动时，仍可能耗散能量。因此，超导性并不意味着所有超导装置都能在没有能量消耗或损失的情况下运行。(energy.gov)
迈斯纳效应是指材料进入超导态时将磁通排斥出去的现象。它使超导性区别于单纯的完全导电性：仅有零电阻只会保持原有磁通，而不会要求将其排出。材料表面附近的屏蔽电流使内部磁场在一个特征穿透深度范围内衰减。在迈斯纳态中，距离表面足够远处的磁感应强度趋近于零。(arxiv.org)
超导行为只能存在于温度、磁场和电流密度所限定的一定范围内。温度过高或磁场过强都会破坏超导态。过大的电流也可能拆散电子对，不过实际的电流上限往往更早就会因涡旋运动而达到。因此，仅凭一种材料的转变温度，并不能判断它在电气应用中的实用价值。(cds.cern.ch)
微观解释
在常规超导体中，电子形成相互关联的电子对，称为库珀对。电子与晶格的相互作用可以在电子之间产生有效吸引力，这种吸引力由量子化的晶格振动，即声子传递。在转变温度以下，成对的电子共同参与一种具有相位相干性的集体量子态，而不再表现为彼此独立的载流子。(energy.gov)
BCS理论将电子配对与电子激发谱中的能隙联系起来，并解释了常规超导体的主要热力学和电磁性质。金兹堡—朗道理论则使用一个幅值和相位随空间变化的复数序参量来描述这种集体态。这种唯象描述在转变温度附近，以及理解界面、磁场屏蔽和涡旋等问题时尤其有用。(cds.cern.ch)
非常规超导体中也存在配对，但简单的声子介导机制不足以解释许多铜氧化物和铁基材料。这些材料中的电子关联，以及相互竞争的磁有序或电荷有序，使全面的微观解释更加困难。对这些材料的研究既关注电子对的形成，也关注长程相位相干性的建立。(energy.gov)
第一类与第二类超导体
超导体根据其对磁场的响应分为两类。第一类超导材料具有一个热力学临界磁场，将超导态与正常态分开。第二类超导材料则具有下临界磁场和上临界磁场；两者之间存在混合态，磁通通过涡旋穿入材料，而涡旋核心周围仍保持超导性。(cds.cern.ch)
普通的单量子涡旋携带一个磁通量子，
[ \Phi_0=\frac{h}{2e}, ]
其中，(h) 为普朗克常数，(e) 为电子电荷量的绝对值。磁通量子化反映了成对载流子的集体量子态。涡旋运动会产生耗散，因此，能够通过磁通钉扎固定涡旋的缺陷，对许多承载大电流的超导体至关重要。第二类超导材料能够承受实用超导磁体所需的强磁场。(cds.cern.ch)
材料与工作条件
超导材料包括单质金属、合金、金属间化合物和陶瓷氧化物。铌钛合金和铌锡化合物是重要的磁体材料。铜氧化物超导体的转变温度显著高于许多常规金属超导体；其中一些能够在高于液氮沸点、即约77开尔文的温度下工作。因此，“高温”是一个相对概念，并不意味着通常的室温。(fcc.web.cern.ch)
压力可以显著改变超导行为。氢化镧实验已证实，在约150至170吉帕的压力下，其超导转变温度接近250开尔文。这类结果涉及极端压缩条件下的微小样品，而非可直接用于常压设备的材料。实际运行取决于冷却、压力、载流能力、耐受磁场能力以及加工制造等方面的综合要求。(nature.com)
应用与工程限制
超导磁体为磁共振成像、核磁共振仪器和粒子加速器提供强而稳定的磁场。用于电网的超导电缆及相关设备也已得到开发，其高电流密度有助于提高输电容量。这些系统仍然需要制冷及配套的工程基础设施。(energy.gov)
约瑟夫森效应使超电流能够通过超导体之间的弱连接。采用约瑟夫森结的器件包括用于高灵敏度磁测量的超导量子干涉仪，简称SQUID。结电路还可用于实现精密电压标准，以及构建量子计算机所用的超导量子比特。(nist.gov)
大型磁体需要采取措施，防范失超，即部分导体转变为有电阻状态的过程。此时，储存的磁场能量可能产生大量热量和很高的电压。检测电路、加热器和能量导出系统通过控制这一转变过程，并分散或导出储存的能量来减少损坏。(cern-courier.web.cern.ch)