超導體的主要性質表現為：

①超導體進入超導態時，其電阻率實際上等于零。從電阻不為零的正常態轉變為超導態的溫度稱為超導轉變溫度或超導臨界溫度，用T_c 表示。

②外磁場可破壞超導態。只有當外加磁場小于某一閾值H_c時才能維持超導電性，否則超導態將轉變為正常態，Hc 稱為臨界磁場強度。H_c 與溫度的關系為Hc≈H₀〔1－(T/T_c)2〕，H₀ 是T=0K時的臨界磁場強度。

③超導體內的電流強度超過某一閾值I_c 時，超導體轉變為正常導體，I_c稱為臨界電流。

④不論開始時有無外磁場，只有T c，超導體變為超導態后，體內的磁感應強度恒為零，即超導體能把磁力線全部排斥到體外，具有完全的抗磁性。此現象首先由W.邁斯納和R.奧克森菲爾德兩人于1933年發現，稱為邁斯納效應。一個小的永久磁體降落到超導體表面附近時，由于永久磁體的磁感線不能進入超導體，在永久磁體與超導體間產生排斥力，使永久磁體懸浮于超導體上。

超導電性一二類超導體

超導體分第一類(又稱Pippard超導體或軟超導體)和第二類(又稱London 超導體或硬超導體）兩種。在已發現的超導元素中只有釩、鈮和锝屬第二類超導體，其他元素均為第一類超導體，但大多數超導合金則屬于第二類超導體。第一類超導體只存在一個臨界磁場Hc，當外磁場H 超導電性理論研究

對超導體的宏觀理論研究開始于W·H·開塞姆、A·J·拉特杰爾和C·J·戈特等人的工作，他們運用熱力學理論分析討論了超導態和正常態之間的相變問題，得出超導態的熵總是低于正常態的熵這一重要結論，這意味著超導態是比正常態更為有序的狀態 。

超導電性二流體模型

戈特和H·B·G·卡西米爾根據以上結果于1934年提出了超導態的二流體模型，認為超導態比正常態更為有序是由共有化電子（見能帶理論）發生某種有序變化所引起，并假定：①超導體處于超導態時，共有化電子可分成正常電子和超導電子兩種，分別構成正常流體和超導電子流體，它們占有同一體積，彼此獨立地運動，兩種流體的電子數密度均隨溫度而變。②正常流體的性質與普通金屬中的自由電子氣相同，熵不等于零，處于激發態。正常電子因受晶格振動的散射而會產生電阻。超導電子流體由于其有序性而對熵的貢獻為零，處于能量最低的基態。超導電子不會受晶格散射，不產生電阻。③超導態的有序度可用有序參量ω（T）=Ns（T）/N表示，N為總電子數，Ns為超導電子數。T>TC時，無超導電子，ω=0；Τ 超導電性宏觀電磁理論

1935年，F·倫敦和H·倫敦兩兄弟在二流體模型的基礎上運用麥克斯韋電磁理論提出了超導體的宏觀電磁理論，成功地解釋了超導體的零電阻現象和邁斯納效應。根據倫敦的理論，磁場可穿入超導體的表面層內，磁感應強度隨著深入體內的深度X指數地衰減：B(x)∝e-x/λ，衰減常數λ稱為穿透深度。當超導體的線度小于穿透深度時，體內的磁感應強度并不等于零，故只有當超導體的線度比穿透深度大得多時，才能把超導體看成具有完全的抗磁性。實際測量證實了存在穿透深度這一理論預言，但理論數值與實驗不符。1953年A.B.皮帕德對倫敦的理論進行了修正。倫敦的理論未考慮到超導電子間的關聯作用，皮帕德認為超導電子在一定空間范圍內是相互關聯的，并引進相干長度的概念來描述超導電子相互關聯的距離（即超導電子波函數的空間范圍）。皮帕德得到了與實驗相符的穿透深度。

超導電性京茨堡·朗道

1950年，V·L·京茨堡和L·D·朗道在二級相變理論的基礎上提出了超導電性的唯象理論，稱為京茨堡·朗道理論（簡稱GL理論）。超導態與正常態間的相互轉變是二級相變（相變時無體積變化，也無相變潛熱）。1937年朗道曾提出二級相變理論，認為兩個相的不同全在于秩序度的不同，并引進序參量η來描述不同秩序度的兩個相，η=0時為完全無序，η=1時為完全有序。GL理論把二級相變理論應用于正常態與超導態的相變過程，其獨到之處是引進一個有效波函數ψ作為復數序參量，|ψ|2 則代表超導電子的數密度，應用熱力學理論建立了關于ψ的京茨堡-朗道方程。根據GL理論可得到許多與實驗相符的結論，例如臨界磁場、相干長度及穿透深度與溫度的關系等。GL理論還給出了區分第一類超導體和第二類超導體的判據。A.A.阿布里考索夫根據GL理論詳細討論了第二類超導體的基本特性。L.P.戈科夫從超導體的微觀理論導出了GL方程。今把GL理論與后來阿布里考索夫和戈科夫的工作合起來稱為GLAG理論。

超導電性BCS理論

J·巴丁、L·N·庫珀和J·R·施里弗三人于1957年建立了關于超導態的微觀理論，簡稱BCS理論，以費米液體為基礎，在電子，聲子作用很弱的前提下建立起來的理論。它認為超導電性的起因是費米面附近的電子之間存在著通過交換聲子而發生的吸引作用，由于這種吸引作用，費米面附近的電子兩兩結合成對，叫庫珀對。BCS理論可以導出與倫敦方程、皮帕德方程以及京茨堡-朗道方程相類似的方程，能解釋大量的超導現象和實驗事實。對于某些超導體，例如汞和鉛，有一些現象不能用它解釋，在BCS理論的基礎上發展起來的超導強耦合理論可以解釋。

超導電性應用

超導電性具有重要的應用價值，如利用在臨界溫度附近電阻率隨溫度快速變化的規律可制成靈敏的超導溫度計；利用超導態的無阻效應可傳輸強大的電流，以制造超導磁體、超導加速器、超導電機等；利用超導體的磁懸浮效應可制造無摩擦軸承、懸浮列車等；利用約瑟夫森效應制造的各種超導器件已廣泛用于基本常數、電壓和磁場的測定、微波和紅外線的探測，及電子學領域。高臨界溫度超導材料的出現必將大大擴展超導電性的應用前景。

超導體最理想的應用是在城市商業用電輸送系統當中充當電纜帶材。然而由于費用過高和冷卻系統難以達到現有要求導致無法實用化，但已經有部分地點進行了試運行。2001年五月，丹麥首都哥本哈根大約150,000居民使用上了由超導材料傳送的生活用電。

2001年夏，Pirelli公司為底特律一個能源分局完成了可以輸送1億瓦特功率電能的三條400英尺長高溫超導電纜。這也是美國第一條將電能通過超導材料輸送給用戶的商用電纜。2006年7月住友商事電子在美國能源部和紐約能源研究發展委員會的支持下進行了一項示范工程——超導DI-BSCCO電纜首次入網運行。該電纜承擔著70,000個家庭的供電需求并且未出現過任何問題。

利用超導體的磁懸浮效應，可以實現速度高達581km/h的磁懸浮列車，世界上第一條磁懸浮列車建成于英格蘭伯明翰。我國上海浦東機場也有一條長達30km的磁懸浮列車軌道于2003年12月投入運營。

超導體還可用來制作超導磁體，于常規磁體相比，它沒有焦耳熱，無需冷卻；輕便：一個5T的常規磁體重達20t而超導磁體不過幾千克；穩定性好、均勻度高；易于啟動，能長期運轉。

超導磁體也使得制造能將亞粒子加速到接近光速的粒子對撞機成為可能。

超導材料還可應用于超導直流電機、變壓器以及磁流體發電機，將顯著提高能效并顯著減輕重量以及體積。此外超導計算機、超導儲能線圈、核磁共振成像、超導量子干涉儀（SQUID）、開關器件、高性能濾波器、軍事上的超導納米微波天線，電子炸彈、超導X射線檢測儀、超導光探測器以及160 Ghz的超導數字路由器等這都是非常誘人的應用項目 。

卡末林·昂納斯進而研究雜質對超導的影響，出乎他的意料，在水銀中加雜質并不影響超導現象的出現。看來，卡末林·昂納斯為了試驗最純的金屬，選用了水銀，卻偶然地發現了并不只是屬于純水銀的一種普遍現象——超導電性。然而，對于卡末林·昂納斯來說，這一發現并非完全偶然，第一，他首先實現了氦氣的液化，而且直到20世紀20年代，全世界只有他獨家生產液氦；第二，他所在的低溫實驗室擁有大規模液氫生產設備，可以保證維持氦恒溫器的低溫狀態；第三，他明確地認定要探索低溫下物質的各種特性，特別是電阻的變化。所以超導電性的發現對于卡末林·昂納斯來說，又是必然的。卡末林·昂納斯因對低溫下物質性質的研究，特別是液氦的制備而獲得1913年諾貝爾物理學獎。他是繼洛侖茲、塞曼（P．Zeeman）和范德瓦耳斯之后榮獲這一最高科學榮譽的第四位荷蘭物理學家 。

吳杭生先生是物理學家 1932年2月19日生于浙江杭州，籍貫安徽桐城。1953年畢業于復旦大學物理系。1956年北京大學物理系理論物理研究生畢業。1993年當選為中國科學院院士。2003年12月4日逝世。 曾任中國科學技術大學教授。主要從事超導電性理論研究。 2100433B

本書較系統地介紹第二類超導體和弱連接超導體的性質、理論和應用。全書選材偏重于實用方面，對和實際應用有關的物理問題，書中盡可能闡述清楚；對目前距離實際應用還較遠或沒有關系的內容，則予以略去，或者只是簡單地提及。具體內容為：理想第二類超導體，非理想第二類超導體，超導材料的臨界電流密度和顯微結構的關系，磁通跳躍，退化和穩定方法，交流損耗，弱連接超導體，伏安曲線的階梯結構，電磁波的產生、混頻和檢測，超導量子干涉器等。 本書可供從事超導電性應用和實驗工作的科技工作者和大學物理系低溫專業師生參考。