Сверхпроводимость как явление было открыто в 1911 году Г.Камерлинг-Оннесом. Сверхпроводимостью назвали свойство некоторых материалов полностью скачкообразно терять свое электрическое сопротивление при понижении температуры до некоей критической величины - Тк. Это означает, что сверхпроводник способен пропускать через себя очень большие токи без какой-либо потери мощности.Интервал температур, в котором происходит скачок, составляет от 2•10 -5 до нескольких градусов в зависимости от величины тока в сверхпроводнике. Сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлов, у большого количества интерметаллических соединений и сплавов, а также у некоторых полупроводников и полимеров.
  Однако оказалось, что при наложении внешнего магнитного поля, если его величина имеет некоторое критическое значение - Нк, сверхпроводимость разрушается. Причем, действие магнитного поля не зависит от того, создается ли оно током, проходящим по сверхпроводнику, или генерируется внешним источником, т.е. сверхпроводимость будет нарушена также при определенном для данного вещества критическом значении тока –. Для достаточно толстых образцов критический ток – совпадает с током, создающим на поверхности образца поле равное критическому – Нк (правило Силсби).
  Величина критического поля зависит от температуры и приближенно выражается параболой:
            Нк = Но [ 1-(Т/Тк)2 ] ,

      где Т – температура, К;    Но – критическое поле при абсолютном нуле.

  Фундаментальным свойством сверхпроводников является открытый в 1933 г. Мейснером эффект полного вытеснения магнитного поля из объема сверхпроводника при температурах ниже Тк и для поля не выше Нк. Эффект Мейснера по сути означает равенство нулю магнитной индукции (В = 0) внутри сверхпроводника. Исчезновение магнитной индукции внутри достаточно массивного сверхпроводника связано с тем, что ток, проходящий сначала в толще вещества, при переходе его в сверхпроводящее состояние мгновенно превращается в поверхностный.
  Собственное магнитное поле этого кругового поверхностного тока полностью компенсирует внешнее поле внутри образца.
Конечно, равенство нулю магнитной индукции (В = 0) внутри сверхпроводника относится к идеальному состоянию вещества, от которого все реальные вещества отличаются в той или иной степени. В реальных веществах магнитное поле все же проникает в сверхпроводник на глубину (10-5 – 10-6 ) см.

  Согласно теории БКШ (Бардина, Купера, Шриффера) причиной возникновения сверхпроводимости служит образование связанных пар электронов (так называемых куперовских пар), благодаря чему «электронная жидкость» приобретает свойства сверхтекучести.
Обнаружение влияния массы атома на Тк (изотопный эффект, открытый в1950 г.), показало, что сверхпроводимость связана с характеристикой кристаллической решетки. Установлено, что электронные пары образуются во взаимосвязи с частотой колебаний решетки, зависящей от массы атома. С ростом массы атома температура перехода Тк понижается.
  Граница между нормальной и сверхпроводящей фазами обладает поверхностной энергией; она может быть положительной и отрицательной. Эта поверхностная энергия связана с пространственной корреляцией электронов (размерами куперовских пар) и глубиной проникновения магнитного поля.
  По знаку поверхностной энергии все сверхпроводники делятся на две группы:
                Сверхпроводники первого рода – поверхностная энергия положительна;
                Сверхпроводники второго рода – поверхностная энергия отрицательна.

  Сверхпроводники первого рода (идеальные) характеризуются значениями Тк и Нк, которые соответствуют минимальному полю, разрушающему сверхпроводимость при данной температуре (рис. ). При Н < Нк поле не проникает в глубь сверхпроводника ( эффект Мейснера). К этой группе относятся все чистые металлы (элементы) за исключением ниобия и ванадия.
Сверхпроводники второго рода (все сверхпроводящие сплавы и соединения) характеризируется в отличие от сверхпроводников первого рода наличием двух критических полей: нижнего критического магнитного поля Нк1 и аналогичного верхнего Нк2 (рис.1).

Фазовая диаграмма:сверхпроводники 1 и 2 рода

 

При полях, меньших Нк1 эти сверхпроводники ведут себя как сверхпроводники первого рода. Область между Нк1 и Нк2 называется областью смешанного состояния. При внешнем магнитном поле, большем Нк1, магнитное поле начинает проникать в толщу сверхпроводника, т.е. эффект Мейснера отсутствует.
В настоящее время известно свыше тысячи сверхпроводников второго рода. Температура перехода Тк для таких соединений находится в интервале температур от 0,012 до 23 К.
      Среди сверхпроводников второго рода выделяют группу так называемых жестких сверхпроводников. Для них характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, дислокации, примеси постороннего вещества и т.п.) Жесткие сверхпроводники могут обладать большими значениями критического тока (), причем он пропорционален сечению образца.
      При использовании сверхпроводников в изделиях наблюдается следующий эффект: полученные на коротких образцах значения критического тока не воспроизводятся на длинных отрезках той же проволоки. Так, уже при токах, почти в два раза меньших ожидаемых критических значений, появляется нестабильность, которая может провести к переходу сверхпроводника в нормальное состояние. Нестабильность вызвана скачками магнитного потока в центрах физической и химической неоднородности сверхпроводника (в том числе и спаях). При скачках магнитного потока может выделяться много теплоты. Если не обеспечен отвод этой теплоты, то температура сверхпроводника повышается выше критической и сверхпроводник переходит в нормальное состояние. Этот эффект был назван «quenchinq» Для устранения этого эффекта используют так называемую стабилизацию сверхпроводника. Стабилизация заключается, в частности, в том, что сверхпроводник покрывается металлом с очень малым электрическим сопротивлением, например медью или алюминием. В случае перехода отельных участков сверхпроводника в нормальное состояние ток отводится через покрытие.