В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,15 К резко падает до нуля. Однако нулевое сопротивление — не единственная отличительная черта сверхпроводимости. Ещё из теории Друде известно, что проводимость металлов увеличивается с понижением температуры, то есть электрическое сопротивление стремится к нулю. Одним из главных отличий сверхпроводников от идеальных проводников является эффект Мейснера, открытый в 1933 году. Таким образом, открытие сверхпроводимости растянулось на двадцать с лишним лет.

Применение сверхпроводимости


Достигнуты значительные успехи в получении высокотемпературной сверхпроводимости. На базе металлокерамики, например, состава YBa2Cu3Ox, получены вещества, для которых температура Тc перехода в сверхпроводящее состояние превышает 77 К (температуру сжижения азота).

При работе сверхпроводникового устройства вблизи азотных температур оно по фундаментальным причинам становится более устойчивым к внешним возмущениям, а система криостатирования более простой и надежной в эксплуатации. Важным положительным фактором является высокая электрическая прочность жидкого азота, сравнимая с прочностью трансформаторного масла, что позволяет упростить конструкцию системы электроизоляции и сделать ее пожаробезопасной. Высокотемпературные сверхпроводники могут использоваться и при более низких температурах. При этом их токонесущие характеристики существенно улучшаются.

Среди ВТСП-проводов выделяют провода двух поколений. Провода 1-го поколения (1G) — это провода на основе серебряной матрицы с микроканалами, в которых находится сверхпроводящая керамика, как правило, Bi–Sr–Ca– Cu–O (BSCCO).

Первые длинномерные провода 1G были созданы в середине 90-х. Сегодня технология их производства («порошок в трубе») достаточно хорошо развита, в мире выпускаются сотни километров провода, которые идут на создание прототипов сверхпроводникового электротехнического оборудования – кабели, токоограничители, магниты. Однако провода 1G более чем на 2/3 состоят из чистого серебра, что исключает значительное снижение их стоимости в будущем.

Есть ещё один недостаток: сверхпроводимость в BSCCO быстро разрушается во внешнем магнитном поле. Это ограничивает спектр применения сверхпроводников первого поколения устройствами с относительно слабыми рабочими магнитными полями и делает бесперспективным изготовление на их основе таких изделий как генераторы, моторы, накопители энергии и т.д.

Эти обстоятельства привели к разработке сверхпроводников второго поколения (2G) на основе сверхпроводника Y-Ba-Cu-O (YBCO). Эти сверхпроводники, часто именуемые «лентами с покрытием» (англ. coated conductors), состоят из металлической подложки, необходимого набора буферных слоев, слоя сверхпроводника на основе RеBa2Cu3O7 (Rе -редкоземельный элемент) с минимальной плотностью критического тока 1 МА/см2 в собственном магнитном поле, а также защитные металлические покрытия. На сегодняшний день 2G является самым перспективным направлением развития технической сверхпроводимости.

Основное фундаментальное преимущество 2G заключается в том, что они обладают максимальной плотностью критического тока.

Силовое оборудование, созданное на их основе, может иметь размеры в два-пять раз меньшие, чем аналогичное оборудование традиционного исполнения, при том же или более высоком уровне мощности и при более чем двукратном сокращении потерь энергии. В сравнении с 1G, 2G могут работать в высоких полях и стоимость материалов в проводе 2G на порядок ниже стоимости материалов в проводе 1G.

Основной недостаток, определивший более позднее появление 2G, заключается в сложной технологии изготовления.

Явление сверхпроводимости используется для получения сильных магнитных полей, поскольку при прохождении по сверхпроводнику сильных токов, создающих сильные магнитные поля, отсутствуют тепловые потери. Однако в связи с тем, что магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости, для получения сильных магнитных полей применяются т. н. сверхпроводники II рода, в которых возможно сосуществование сверхпроводимости и магнитного поля. В таких сверхпроводниках магнитное поле вызывает появление тонких нитей нормального металла, пронизывающих образец, каждая из которых несёт квант магнитного потока. Вещество же между нитями остаётся сверхпроводящим. Поскольку в сверхпроводнике II рода нет полного эффекта Мейснера, сверхпроводимость существует до гораздо больших значений магнитного поля Hc2. В технике применяются, в основном, следующие сверхпроводники:Соединение Tc, K jc, А/см2 (Тл), при 4,2 К Bc, Тл (T, K)
NbTi 9,5-10,5 (3-8)·104 (5) 12,5-16,5 (1,2)
12 (4,2)
Nb3Sn 18,1-18,5 (1-8)·105 (0) 24,5-28 (0)
NbN 14,5-17,8 (2-5)·107 (18) 25 (1,2)
8-13 (4,2)


Существуют детекторы фотонов на сверхпроводниках. В одних используется наличие критического тока, используют также эффект Джозефсона, андреевское отражение и т. д. Так, существуют сверхпроводниковые однофотонные детекторы (SSPD) для регистрации единичных фотонов ИК диапазона, имеющие ряд преимуществ перед детекторами аналогичного диапазона (ФЭУ и др.), использующими другие способы регистрации. Сравнительные характеристики наиболее распространенных детекторов ИК-диапазона, основанные не на свойствах сверхпроводимости (первые четыре), а также сверхпроводниковые детекторы (последние три):Вид детектора Максимальная скорость счета, c−1 Квантовая эффективность, % Rdk, c−1[6] NEP Вт [7]
InGaAs PFD5W1KSF APS (Fujitsu)  
R5509-43 PMT (Hamamatsu) 1  
Si APD SPCM-AQR-16 (EG\&G) 0.01 
Mepsicron-II (Quantar) 0.001 0.1 -
STJ 60 - -
TES 90 менее 10 − 3 менее 10 - 19
SSPD 30 менее 10 − 3 




Вихри в сверхпроводниках второго рода можно использовать в качестве ячеек памяти. Подобное применение уже нашли некоторые магнитные солитоны. Существуют и более сложные дву- и трёхмерные магнитные солитоны, напоминающие вихри в жидкостях, только роль линий тока в них играют линии, по которым выстраиваются элементарные магнитики (домены).