1911年,荷蘭物理學(xué)家???span lang="EN-US" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">·卡曼林·昂尼斯(Heike Kamerlingh Onnes)發(fā)現(xiàn),把汞冷卻到-269攝氏度時(shí)電阻會(huì)突然消失,電子會(huì)在其中無(wú)阻礙地運(yùn)動(dòng)。后來,他又注意到許多金屬和合金都具有與汞相類似的特性,他將這種特殊的導(dǎo)電性能稱之為“超導(dǎo)態(tài)”——這是人類首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。昂尼斯因研究物質(zhì)在低溫下的性質(zhì),并制出液態(tài)氦而榮獲1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1933年,德國(guó)物理學(xué)家邁斯納研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)一個(gè)磁體與一個(gè)超導(dǎo)體彼此靠近時(shí),受磁體磁場(chǎng)影響,超導(dǎo)體表面會(huì)形成超導(dǎo)電流,超導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在超導(dǎo)體內(nèi)部,它與磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等方向相反,二者抵消以后,超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?span lang="EN-US" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">0,也就是說超導(dǎo)體具有抗磁性,這一現(xiàn)象被稱為邁斯納效應(yīng)。
1957年,第一個(gè)真正能描述超導(dǎo)現(xiàn)象的BCS理論誕生,由美國(guó)科學(xué)家John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer基于“波粒二象性”建立,并于1972年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。BCS理論將超導(dǎo)現(xiàn)象理解為一種宏觀量子效應(yīng),該理論指出,金屬中自旋和動(dòng)量相反的電子可以配對(duì)形成“庫(kù)珀對(duì)”,庫(kù)珀對(duì)在晶格當(dāng)中可以無(wú)損耗的運(yùn)動(dòng),形成超導(dǎo)電流。簡(jiǎn)單來講,電子在晶格中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)吸引鄰近區(qū)域的正電荷,形成高正電荷區(qū),而后高正電荷區(qū)又會(huì)吸引自旋方向相反的電子,該電子與原先的電子能以一定的結(jié)合能配對(duì),當(dāng)溫度很低時(shí),該能量可能比晶格原子振動(dòng)的能量要高,因此,庫(kù)珀對(duì)無(wú)法和晶格發(fā)生能量交換,也就是說無(wú)法產(chǎn)生電阻,即形成所謂“超導(dǎo)”。但通常情況下,這種晶格點(diǎn)陣有缺陷,會(huì)因熱振動(dòng)使電流產(chǎn)生阻礙。
至此,超導(dǎo)體的三大基本特性完全導(dǎo)電性、完全抗磁性和宏觀量子效應(yīng)均已奠定。
1962年,約瑟夫遜研究了兩塊超導(dǎo)體被一層薄絕緣介質(zhì)分開后,在兩端施加電壓,電子會(huì)從一端穿過絕緣體到達(dá)另一塊超導(dǎo)體,就好像超導(dǎo)體與絕緣體之間存在隧道一般,這種現(xiàn)象叫做隧道效應(yīng)。而當(dāng)去除電壓,神奇的事情再次發(fā)生,兩塊超導(dǎo)體之間仍會(huì)存在微弱的電流,這就是超導(dǎo)體的約瑟夫遜效應(yīng)。
1973年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了保持了近十三年記錄、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為 32.4K(-249.92 ℃)的超導(dǎo)合金——鈮鍺合金。
1986年,瑞士蘇黎世IBM公司的柏諾茲和繆勒在銅氧化物體系發(fā)現(xiàn)了35K的超導(dǎo)。
1986年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研究出了打破夜氫40K的溫度障礙,臨界溫度為40K(-235.15℃)的超導(dǎo)材料。
1987年,美國(guó)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武和中國(guó)科學(xué)家趙忠賢陸續(xù)把釔-鋇-銅-氧轉(zhuǎn)變溫度提高到了90K(-185.15℃),從而發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體材料,打破了液氮 77K的"溫度堡壘"。
1988年,日本實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)超導(dǎo)體的理想,研發(fā)出了轉(zhuǎn)變溫度為110K(-165.15℃)的超導(dǎo)材料Bi-Sr-Cu-O,解決了困擾科學(xué)界多年的問題。超導(dǎo)熱從高溫超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)以后席卷全球。轉(zhuǎn)變溫度達(dá)零下150.15℃的鉈系化合物超導(dǎo)材料和轉(zhuǎn)變溫度達(dá)零下140.15℃的汞系化合物超導(dǎo)材料相繼被發(fā)現(xiàn),高壓條件下的汞轉(zhuǎn)變溫度能達(dá)到"恐怖" 的164K(-111.15℃)。
2007年2月,日本東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授和其合作者發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度為零下 251.15℃的氟摻雜鑭氧鐵砷化合物。
2008年2月,日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鐵砷化物體系中存在26K的超導(dǎo)電性。在中國(guó)科學(xué)家的努力下,這類材料的超導(dǎo)臨界溫度很快就突破了40K,在塊體材料中實(shí)現(xiàn)了55K的高溫超導(dǎo)電性。而高于40K以上的超導(dǎo)體又被稱之為高溫超導(dǎo)體,銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體,是目前發(fā)現(xiàn)了僅有的兩大高溫超導(dǎo)家族。
2016年,英國(guó)愛丁堡大學(xué)E.Gregoryanz等人在325 GPa獲得了氫的一種 “新固態(tài)”,認(rèn)為可能是金屬氫,論文發(fā)表在《自然》雜志。
同年6月,德國(guó)科學(xué)家在arXiv貼出了關(guān)于石墨晶體中存在350K超導(dǎo)跡象的論文,樣品來自巴西某礦產(chǎn)的石墨晶體。但理論上,石墨烯中是否存在室溫超導(dǎo)電性,一直以來是爭(zhēng)議的一個(gè)焦點(diǎn)之一,而論文的“超導(dǎo)證據(jù)”只是電阻在350K存在一個(gè)輕微的下降,并會(huì)響應(yīng)磁場(chǎng)的變化,專家認(rèn)為這可能和超導(dǎo)關(guān)系不大。
2017年,美國(guó)哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)宣布在495 GPa下實(shí)現(xiàn)了金屬氫,他們觀測(cè)氫在壓力不斷增加過程中,從透明氫分子固體,到黑色不透明的半導(dǎo)體氫,最終到具有金屬反光的金屬氫,論文發(fā)表在《科學(xué)》雜志。