สภาพนำยิ่งยวดคือชุดของคุณสมบัติทางกายภาพที่สังเกตได้ในตัวนำยิ่งยวด : วัสดุที่ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์และสนามแม่เหล็กถูกขับออกจากวัสดุ แตกต่างจากตัวนำ โลหะทั่วไป ซึ่งความต้านทานจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่ออุณหภูมิลดลง แม้กระทั่งใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ตัวนำยิ่งยวดมี อุณหภูมิวิกฤตเฉพาะตัวที่ต่ำกว่านั้นความต้านทานจะลดลงอย่างฉับพลันเป็นศูนย์^{[ 1 ] [ 2 ]}กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดตัวนำยิ่งยวดสามารถคงอยู่ได้ตลอดไปโดยไม่มีแหล่งพลังงาน^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

ปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวดถูกค้นพบในปี 1911 โดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ชื่อไฮเกอ คาเมอร์ลิงห์ ออนเนสเช่นเดียวกับ สภาพ แม่เหล็กถาวรและเส้นสเปกตรัมของ อะตอม สภาพนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม เท่านั้น ลักษณะเฉพาะของมันคือปรากฏการณ์เมสเนอร์ซึ่งเป็นการหักล้างกันอย่างสมบูรณ์ของสนามแม่เหล็กภายในตัวนำยิ่งยวดในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นสภาพนำยิ่งยวด การเกิดปรากฏการณ์เมสเนอร์บ่งชี้ว่าสภาพนำยิ่งยวดไม่สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นการทำให้สภาพนำสมบูรณ์แบบในฟิสิกส์คลาสสิกเป็น อุดมคติ

ในปี พ.ศ. 2529 มีการค้นพบว่า วัสดุ เซรามิกคิวเพรต - เพอร์รอฟสไกต์ บางชนิด มีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่า 35 K (−238 °C) ^{[ 7 ]} ไม่นานหลังจากนั้น (โดย Ching-Wu Chu ) ก็พบ ว่าการแทนที่ แลนทานัมด้วยอิตเทรียม กล่าวคือการสร้างYBCOทำให้อุณหภูมิวิกฤตเพิ่มขึ้นเป็น 92 K (−181 °C) ซึ่งมีความสำคัญเพราะไนโตรเจนเหลวสามารถใช้เป็นสารทำความเย็นได้ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะที่สูงเช่นนี้เป็นไปไม่ได้ในทางทฤษฎีสำหรับตัวนำยิ่งยวดทั่วไปทำให้วัสดุเหล่านี้ถูกเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงไนโตรเจนเหลวซึ่ง เป็นสาร ทำความเย็นราคาถูกมีจุดเดือดที่ 77 K (−196 °C) ดังนั้นการมีอยู่ของสภาพนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่านี้จึงช่วยอำนวยความสะดวกในการทดลองและการใช้งานหลายอย่างที่ทำได้ยากกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า

การนำยิ่งยวดถูกค้นพบในปรอท แข็ง เมื่อวันที่ 8 เมษายน พ.ศ. 2454 โดยHeike Kamerlingh Onnesซึ่งกำลังศึกษาความต้านทานของปรอทที่อุณหภูมิเยือกแข็ง โดยใช้ ฮีเลียมเหลว ที่เพิ่งผลิตได้ เป็นสารทำความเย็น^{[ 9 ]}ที่อุณหภูมิ 4.2 K เขาพบว่าความต้านทานหายไปอย่างฉับพลัน^{[ 10 ]}ในการทดลองเดียวกัน เขายังสังเกตเห็น การเปลี่ยนสถานะของฮีเลียม เป็นของไหล ยิ่งยวด ที่ 2.2 K โดยไม่ได้ตระหนักถึงความสำคัญของมัน วันที่และสถานการณ์ที่แน่นอนของการค้นพบได้รับการสร้างขึ้นใหม่ในอีกหนึ่งศตวรรษต่อมา เมื่อพบสมุดบันทึกของ Onnes ^{[ 11 ]}ในทศวรรษต่อมา มีการสังเกตการนำยิ่งยวดในวัสดุอื่นๆ อีกหลายชนิด ในปี พ.ศ. 2456 พบว่า ดีบุกและตะกั่วสามารถนำยิ่งยวดได้ที่ 3.8 K และ 7 K ตามลำดับ และในปี พ.ศ. 2484 พบว่าไนโอเบียมไนไตรด์สามารถนำยิ่งยวดได้ที่ 16 K

ความพยายามอย่างมากได้ถูกทุ่มเทเพื่อค้นหาวิธีและเหตุผลที่ตัวนำยิ่งยวดทำงาน ขั้นตอนสำคัญเกิดขึ้นในปี 1933 เมื่อMeissnerและOchsenfeldค้นพบว่าตัวนำยิ่งยวดขับไล่สนามแม่เหล็กที่ใช้ ซึ่งปรากฏการณ์นี้ต่อมาเป็นที่รู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์ Meissner ^{[ 12 ]}ในปี 1935 FritzและHeinz Londonแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ Meissner เป็นผลมาจากการลดพลังงานอิสระ ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ที่นำโดยกระแสตัวนำยิ่งยวดให้ เหลือน้อยที่สุด ^{[ 13 ]}

แบบจำลองทางทฤษฎีที่คิดค้นขึ้นครั้งแรกสำหรับสภาพนำยิ่งยวดนั้นเป็นแบบคลาสสิกโดยสมบูรณ์ กล่าวคือ สรุปได้ด้วยสมการองค์ประกอบของลอนดอน แบบจำลองนี้ถูกนำเสนอโดยพี่น้องฟริตซ์และไฮนซ์ ลอนดอนในปี 1935 ไม่นานหลังจากที่ค้นพบว่าสนามแม่เหล็กถูกขับออกจากตัวนำยิ่งยวด ความสำเร็จที่สำคัญของสมการในทฤษฎีนี้คือความสามารถในการอธิบายปรากฏการณ์เมสเนอร์^{[ 12 ]}ซึ่งวัสดุจะขับสนามแม่เหล็กภายในทั้งหมดออกไปอย่างรวดเร็วเมื่อผ่านเกณฑ์สภาพนำยิ่งยวด การใช้สมการของลอนดอนทำให้สามารถหาความสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กภายในตัวนำยิ่งยวดกับระยะห่างจากพื้นผิวได้^{[ 14 ]}

สมการพื้นฐานสองสมการสำหรับตัวนำยิ่งยวดตามที่ลอนดอนเสนอมีดังนี้:

$${\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {j} }{\partial t}}={\frac {ne^{2}}{m}}\mathbf {E} ,\qquad \mathbf {\nabla } \times \mathbf {j} =-{\frac {ne^{2}}{m}}\mathbf {B} .}$$

สมการแรกได้มาจากกฎข้อที่สองของนิวตันสำหรับอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวด

ในช่วงทศวรรษ 1950 นักฟิสิกส์ สสารควบแน่น เชิงทฤษฎี ได้เข้าใจถึงสภาพนำยิ่งยวดแบบ "ดั้งเดิม" ผ่านทฤษฎีที่โดดเด่นและสำคัญสองทฤษฎี ได้แก่ทฤษฎี Ginzburg–Landau เชิงปรากฏการณ์ (1950) และทฤษฎี BCS เชิงจุลภาค (1957) ^{[ 15 ] [ 16 ]}

ในปี พ.ศ. 2493 แลนเดาและกินซ์เบิร์กได้คิดค้นทฤษฎีปรากฏการณ์ของสภาพนำยิ่งยวดGinzburg–Landau ขึ้น มา^{[ 17 ]}ทฤษฎีนี้ซึ่งรวมทฤษฎีการเปลี่ยนเฟสอันดับสองของแลนเดาเข้ากับ สมการคลื่นแบบ ชโรดิงเกอร์ประสบความสำเร็จอย่างมากในการอธิบายคุณสมบัติระดับมหภาคของตัวนำยิ่งยวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งอับริโกซอฟแสดงให้เห็นว่าทฤษฎี Ginzburg–Landau ทำนายการแบ่งตัวนำยิ่งยวดออกเป็นสองประเภท ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าประเภทที่ 1 และประเภทที่ 2 อับริโกซอฟและกินซ์เบิร์กได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2546 จากผลงานของพวกเขา (แลนเดาได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2505 จากผลงานอื่น และเสียชีวิตในปี พ.ศ. 2511) การขยายทฤษฎี Ginzburg–Landau ไปสู่มิติที่สี่ ซึ่งก็คือแบบจำลอง Coleman-Weinbergมีความสำคัญในทฤษฎีสนามควอนตัมและจักรวาลวิทยา

นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2493 แม็กซ์เวลล์และเรย์โนลด์และคณะพบว่าอุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวดขึ้นอยู่กับมวลไอโซโทปของธาตุองค์ประกอบ^{[ 18 ] [ 19 ]}การค้นพบที่สำคัญนี้ชี้ให้เห็นว่า ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง อิเล็กตรอนและโฟนอนเป็นกลไกระดับจุลภาคที่รับผิดชอบต่อสภาพนำยิ่งยวด

ทฤษฎีสภาพนำยิ่งยวดระดับจุลภาคที่สมบูรณ์ได้รับการเสนอในที่สุดในปี พ.ศ. 2490 โดยBardeen , CooperและSchrieffer ^{[ 16 ]} ทฤษฎี BCS นี้อธิบายกระแสสภาพนำยิ่งยวดว่าเป็นของไหลยิ่งยวดของคู่ Cooper ซึ่ง เป็นคู่ของอิเล็กตรอนที่โต้ตอบกันผ่านการแลกเปลี่ยนโฟนอน จากผลงานนี้ ผู้เขียนได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2515

ทฤษฎี BCS ได้รับการวางรากฐานที่มั่นคงยิ่งขึ้นในปี พ.ศ. 2491 เมื่อNN Bogolyubovแสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันคลื่น BCS ซึ่งเดิมทีได้มาจากการใช้เหตุผลเชิงแปรผัน สามารถหาได้โดยใช้การแปลงเชิงแคนอนของแฮมิลโทเนียนอิเล็กทรอนิกส์^{[ 20 ]}ในปี พ.ศ. 2492 Lev Gor'kovแสดงให้เห็นว่าทฤษฎี BCS ลดลงเหลือทฤษฎี Ginzburg–Landau ใกล้กับอุณหภูมิวิกฤต^{[ 21 ] [ 22 ]}

การสรุปทฤษฎี BCS สำหรับตัวนำยิ่งยวดแบบดั้งเดิมเป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ของไหลยิ่งยวดเนื่องจากตัวนำยิ่งยวดเหล่านั้นอยู่ใน กลุ่มความเป็นสากล ของการเปลี่ยนผ่านแบบแลมบ์ดา อย่างไรก็ตาม ขอบเขตที่การสรุปดังกล่าวสามารถนำไปใช้กับตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดายังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

การประยุกต์ใช้การนำยิ่งยวดในทางปฏิบัติครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2497 ด้วย การประดิษฐ์ ไครโอตรอนของDudley Allen Buck [ ^{23 ] ตัวนำ}ยิ่งยวดสองตัวที่มีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤตแตกต่างกันมากถูกนำมารวมกันเพื่อสร้างสวิตช์ที่รวดเร็วและง่ายสำหรับองค์ประกอบคอมพิวเตอร์

หลังจากค้นพบสภาพนำยิ่งยวดในปี 1911 ไม่นาน Kamerlingh Onnes พยายามสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขดลวดนำยิ่งยวด แต่พบว่าสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างต่ำทำลายสภาพนำยิ่งยวดในวัสดุที่เขาตรวจสอบ ต่อมาในปี 1955 GB Yntema ^{[ 24 ]}ประสบความสำเร็จในการสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าแกนเหล็กขนาดเล็ก 0.7 เทสลาที่มีขดลวดลวดไนโอเบียมนำยิ่งยวด จากนั้นในปี 1961 JE Kunzler , E. Buehler, FSL Hsu และ JH Wernick ^{[ 25 ]}ได้ค้นพบที่น่าตกใจว่า ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวินไนโอเบียม-ดีบุกซึ่งเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยไนโอเบียมสามส่วนและดีบุกหนึ่งส่วน สามารถรองรับความหนาแน่นกระแสได้มากกว่า 100,000 แอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตรในสนามแม่เหล็ก 8.8 เทสลา โลหะผสมนี้เปราะและยากต่อการขึ้นรูป แต่ไนโอเบียม-ดีบุกพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการสร้างสนามแม่เหล็กสูงถึง 20 เทสลา

ในปี พ.ศ. 2505 TG Berlincourt และ RR Hake ^{[ 26 ] [ 27 ]}ค้นพบว่าโลหะผสมไนโอเบียมและไทเทเนียมที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่านั้นเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีกำลังแม่เหล็กสูงถึง 10 เทสลา การผลิต ลวดแม่เหล็กยิ่งยวด ไนโอเบียม-ไทเทเนียม เชิงพาณิชย์ จึงเริ่มต้นขึ้นทันทีที่Westinghouse Electric Corporationและที่Wah Chang Corporationแม้ว่าไนโอเบียม-ไทเทเนียมจะมีคุณสมบัติการนำยิ่งยวดที่ไม่น่าประทับใจเท่ากับไนโอเบียม-ดีบุก แต่ไนโอเบียม-ไทเทเนียมก็กลายเป็นวัสดุแม่เหล็กยิ่งยวดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลมาจากความยืดหยุ่น สูงมาก และความง่ายในการผลิต อย่างไรก็ตาม ทั้งไนโอเบียม-ดีบุกและไนโอเบียม-ไทเทเนียมก็ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในเครื่องสร้างภาพทางการแพทย์ MRI แม่เหล็กดัดและโฟกัสสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูงขนาดใหญ่ และการใช้งานอื่นๆ Conectus ซึ่งเป็นกลุ่มพันธมิตรด้านตัวนำยิ่งยวดของยุโรป ประเมินว่าในปี 2014 กิจกรรมทางเศรษฐกิจทั่วโลกที่ตัวนำยิ่งยวดเป็นสิ่งจำเป็นนั้นมีมูลค่าประมาณห้าพันล้านยูโร โดยระบบ MRI คิดเป็นประมาณ 80% ของมูลค่ารวมนั้น

ในปี พ.ศ. 2505 โจเซฟสันได้ทำนายทฤษฎีที่สำคัญว่ากระแสยิ่งยวดสามารถไหลระหว่างตัวนำยิ่งยวดสองชิ้นที่คั่นด้วยชั้นฉนวนบางๆ ได้^{[ 28 ]}ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าปรากฏการณ์โจเซฟสันถูกนำไปใช้ประโยชน์โดยอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวด เช่นSQUIDมันถูกใช้ในการวัดค่าควอนตัมฟลักซ์แม่เหล็กΦ ₀  =  h /(2 e ) ที่แม่นยำที่สุดเท่าที่มีอยู่ โดยที่hคือค่าคงที่ของพลังค์เมื่อรวมกับความต้านทานควอนตัมฮอลล์ทำให้สามารถวัดค่าคงที่ของพลังค์ได้อย่างแม่นยำ โจเซฟสันได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานนี้ในปี พ.ศ. 2516 ^{[ 29 ]}

ในปี 2551 มีการเสนอว่ากลไกเดียวกันที่ทำให้เกิดสภาพนำยิ่งยวดสามารถสร้าง สถานะ ฉนวนยิ่งยวดในวัสดุบางชนิดได้ โดยมีความต้านทานไฟฟ้าเกือบเป็นอนันต์[ 30 ^{]การพัฒนา}และการศึกษาครั้งแรกของคอนเดนเซตโบส-ไอน์สไตน์ ยิ่งยวด (BEC) ในปี 2563 ชี้ให้เห็นถึง "การเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นระหว่าง" BEC และระบอบบาร์ดีน-คูเปอร์-ชรีฟเฟอร์^{[ 31 ] [ 32 ]}

มีการรายงานเกี่ยวกับสภาพนำยิ่งยวดหลายประเภทในอุปกรณ์ที่ทำจากวัสดุชั้นเดียววัสดุบางชนิดเหล่านี้สามารถสลับระหว่างการนำไฟฟ้า การเป็นฉนวน และพฤติกรรมอื่นๆ ได้^{[ 33 ]}

การบิดวัสดุทำให้เกิดลวดลาย " มัวเร " ที่เกี่ยวข้องกับเซลล์หกเหลี่ยมที่เรียงต่อกันซึ่งทำหน้าที่เหมือนอะตอมและเป็นที่อาศัยของอิเล็กตรอน ในสภาพแวดล้อมนี้ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ช้าพอที่จะทำให้ปฏิสัมพันธ์โดยรวมของพวกมันชี้นำพฤติกรรมของพวกมัน เมื่อแต่ละเซลล์มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว อิเล็กตรอนจะจัดเรียงตัวแบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติก อิเล็กตรอนแต่ละตัวสามารถมีตำแหน่งที่ต้องการและทิศทางแม่เหล็กได้ สนามแม่เหล็กภายในของพวกมันมีแนวโน้มที่จะสลับกันระหว่างการชี้ขึ้นและลง การเพิ่มอิเล็กตรอนทำให้เกิดสภาพนำยิ่งยวดโดยทำให้เกิดคู่คูเปอร์ ฟูและชเรดโต้แย้งว่าการกระทำระหว่างอิเล็กตรอนทำให้เกิดทั้งสถานะแอนติเฟอร์โรแมกเนติกและสถานะนำยิ่งยวด^{[ 34 ]}

ความสำเร็จครั้งแรกกับวัสดุ 2 มิติเกี่ยวข้องกับแผ่นกราฟีนสองชั้นบิด (2018, Tc ~1.7 K, บิด 1.1°) ต่อมาอุปกรณ์กราฟีนสามชั้นบิดแสดงให้เห็นว่าเป็นตัวนำยิ่งยวด (2021, Tc ~2.8 K) จากนั้นมีการรายงานอุปกรณ์กราฟีนสามชั้นที่ไม่บิดว่าเป็นตัวนำยิ่งยวด (2022, Tc 1-2 K) ต่อมาพบว่าอุปกรณ์หลังนี้สามารถปรับแต่งได้ โดยสามารถจำลองพฤติกรรมที่พบในโครงสร้างอื่นๆ นับล้านแบบได้อย่างง่ายดาย การสังเกตโดยตรงว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนถูกเพิ่มเข้าไปในวัสดุหรือลดสนามไฟฟ้าลงเล็กน้อยทำให้สามารถทดสอบสูตรต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วเป็นจำนวนมากอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน เพื่อดูว่าสูตรใดนำไปสู่สภาพตัวนำยิ่งยวด^{[ 33 ]}

ในกราฟีนรอมโบเฮดรัลสี่และห้าชั้น ได้มีการสังเกตพบรูปแบบของสภาพนำยิ่งยวดที่มีสมมาตรการย้อนกลับเวลา ที่ถูกทำลายโดยธรรมชาติ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "สภาพนำยิ่งยวดไครัล" ^{[ 35 ]}ระบบเหล่านี้ไม่พบว่ามีเอฟเฟกต์ซูเปอร์แลตติซใดๆ และสามารถพลิกกลับไปมาระหว่างสถานะแม่เหล็กที่เป็นไปได้สองสถานะโดยไม่ต้องออกจากเฟสสภาพนำยิ่งยวด^{[ 36 ]}ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากการสังเกตสภาพนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็กอื่นๆ

อุปกรณ์เหล่านี้มีแอปพลิเคชันในด้านการคำนวณควอนตัม

นอกจากกราฟีนแล้ว วัสดุ 2 มิติอื่นๆ ยังถูกทำให้เป็นตัวนำยิ่งยวดได้อีกด้วยแผ่นไดแคลโคเจนิกของโลหะ ทรานซิชัน (TMD) ที่บิดเป็นมุม 5 องศาเป็นระยะๆ ทำให้เกิดการนำยิ่งยวดโดยการสร้างจุดเชื่อมต่อโจเซฟสัน อุปกรณ์นี้ใช้ชั้น แพลเลเดียม บางๆ เพื่อเชื่อมต่อกับด้านข้างของ ชั้น ทังสเตนเทลลู ไรด์ ที่ล้อมรอบและป้องกันด้วยโบรอนไนไตรด์ [ ^{37 ] อีก}กลุ่มหนึ่งได้แสดงให้เห็นถึงการนำยิ่งยวดในโมลิบเดนัมเทลลูไรด์ (MoTe₂) ในวัสดุ แวนเดอร์วาลส์ 2 มิติโดยใช้ผนังโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริก Tc คาดว่าจะสูงกว่า TMD ทั่วไป (~5–10 K) ^{[ 38 ]}

กลุ่มวิจัยจากคอร์เนลล์ได้เพิ่มการบิด 3.5 องศาให้กับฉนวน ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ช้าลงและมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างรุนแรง ส่งผลให้มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวต่อเซลล์ และแสดงคุณสมบัติการนำยิ่งยวด ทฤษฎีที่มีอยู่ไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมนี้ได้^{[ 39 ]}

ฟูและคณะได้เสนอว่าอิเล็กตรอนเรียงตัวกันเป็นผลึกซ้ำๆ ซึ่งช่วยให้โครงข่ายอิเล็กตรอนลอยตัวได้อย่างอิสระจากนิวเคลียสของอะตอมรอบข้าง และทำให้โครงข่ายอิเล็กตรอนเกิดการผ่อนคลาย ระลอกคลื่นของมันจับคู่อิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับที่โฟนอนทำ แม้ว่าสิ่งนี้ยังไม่ได้รับการยืนยันก็ตาม

ตัวนำยิ่งยวดถูกจำแนกตามเกณฑ์หลายประการ เกณฑ์ที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่:

ตัวนำยิ่งยวดอาจเป็นประเภท Iซึ่งหมายความว่ามีสนามวิกฤต เพียงสนามเดียว ซึ่งหากสนามวิกฤตสูงกว่าค่านี้ ตัวนำยิ่งยวดจะหายไป และหากสนามวิกฤตต่ำกว่าค่านี้ สนามแม่เหล็กจะถูกขับออกจากตัวนำยิ่งยวดโดยสมบูรณ์ หรืออาจเป็นประเภท IIซึ่งหมายความว่ามีสนามวิกฤตสองสนาม ซึ่งระหว่างสองสนามนี้ ตัวนำยิ่งยวดจะยอมให้สนามแม่เหล็กแทรกซึมผ่านจุดแยกเดี่ยว^{[ 40 ]}ที่เรียกว่ากระแสน้ำวน [ ^{41 ] ยิ่ง}ไปกว่านั้น ในตัวนำยิ่งยวดแบบหลายองค์ประกอบ ยังสามารถรวมพฤติกรรมทั้งสองเข้าด้วยกันได้ ในกรณีนั้น ตัวนำยิ่งยวดจะเป็นประเภท1.5 ^{[ 42 ]}

ตัวนำยิ่งยวดถือเป็น ตัวนำยิ่งยวด แบบดั้งเดิมหากเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและโฟนอน และอธิบายได้ด้วยทฤษฎี BCSหรือส่วนขยายของทฤษฎีดังกล่าว คือทฤษฎี Eliashberg มิฉะนั้น ตัวนำยิ่งยวดจะเรียกว่าเป็น ตัวนำยิ่งยวดแบบ ไม่ดั้งเดิม^{[ 43 ] [ 44 ]}หรืออีกนัยหนึ่ง ตัวนำยิ่งยวดจะเรียกว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดแบบไม่ดั้งเดิม หากพารามิเตอร์ลำดับการนำ ยิ่งยวดเปลี่ยนแปลงไปตาม การแสดงแทนแบบไม่ธรรมดาที่ไม่สามารถลดทอนได้^ของกลุ่มจุดหรือกลุ่มพื้นที่ของระบบ^{[ 45} ]

โดยทั่วไปแล้ว ตัวนำยิ่งยวดจะถือว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงหากถึงสถานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่า 30 K (−243.15 °C) ^{[ 46 ]}เช่นเดียวกับการค้นพบครั้งแรกโดยGeorg BednorzและK. Alex Müller [ ^{7 ] นอกจาก}นี้ยังอาจหมายถึงวัสดุที่เปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่อทำให้เย็นลงโดยใช้ไนโตรเจนเหลวนั่นคือที่T _c  > 77 K เท่านั้น แม้ว่าโดยทั่วไปจะใช้เพื่อเน้นว่าไนโตรเจนเหลวเป็นสารหล่อเย็นที่เพียงพอเท่านั้น ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำหมายถึงวัสดุที่มีอุณหภูมิวิกฤตต่ำกว่า 30 K และส่วนใหญ่ทำให้เย็นลงด้วยฮีเลียมเหลว ( T _c  > 4.2 K) ข้อยกเว้นประการหนึ่งของกฎนี้คือ กลุ่มตัวนำ ยิ่งยวดเหล็กไพนิคไทด์ที่แสดงพฤติกรรมและคุณสมบัติทั่วไปของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง แต่บางชนิดในกลุ่มนี้มีอุณหภูมิวิกฤตต่ำกว่า 30 K

วัสดุตัวนำยิ่งยวดประกอบด้วยธาตุเคมี (เช่นปรอทหรือตะกั่ว ) โลหะผสม (เช่นไนโอเบียม-ไทเทเนียมเจอร์มาเนียม-ไนโอเบียมและไนโอเบียมไนไตรด์ ) เซรามิก ( YBCOและแมกนีเซียมไดโบไรด์ ) พนิคไทด์ตัวนำยิ่งยวด (เช่น LaOFeAs ที่เจือด้วยฟลูออรีน) วัสดุชั้นเดียวเช่นกราฟีนและไดแคลโคเจนิกของโลหะทรานซิชัน^{[ 48} ] ^{หรือตัวนำ}ยิ่งยวดอินทรีย์ ( ฟูลเลอรีนและท่อนาโนคาร์บอนแม้ว่าตัวอย่างเหล่านี้ควรจะรวมอยู่ในกลุ่มธาตุเคมี เนื่องจากประกอบด้วยคาร์บอน ทั้งหมด ) ^{[ 49 ] [ 50 ]}

Several physical properties of superconductors vary from material to material, such as the critical temperature, the value of the superconducting gap, the critical magnetic field, and the critical current density at which superconductivity is destroyed. On the other hand, there is a class of properties that are independent of the underlying material. The Meissner effect, the quantization of the magnetic flux or permanent currents, i.e. the state of zero resistance are the most important examples. The existence of these "universal" properties is rooted in the nature of the broken symmetry of the superconductor and the emergence of off-diagonal long range order. Superconductivity is a thermodynamic phase, and thus possesses certain distinguishing properties which are largely independent of microscopic details. Off diagonal long range order is closely connected to the formation of Cooper pairs.

The simplest method to measure the electrical resistance of a sample of some material is to place it in an electrical circuit in series with a current sourceI and measure the resulting voltageV across the sample. The resistance of the sample is given by Ohm's law as R = V / I. If the voltage drop across the sample is zero, this means that the resistance is zero.

ตัวนำยิ่งยวดสามารถรักษากระแสไฟฟ้าไว้ได้โดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าใดๆ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่นำมาใช้ประโยชน์ในแม่เหล็กไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดเช่น ที่พบใน เครื่อง MRIการทดลองแสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าในขดลวดตัวนำยิ่งยวดสามารถคงอยู่ได้นานหลายปีโดยไม่มีการเสื่อมสภาพที่วัดได้ หลักฐานจากการทดลองชี้ให้เห็นถึงอายุการใช้งานอย่างน้อย 100,000 ปี การประมาณการทางทฤษฎีสำหรับอายุการใช้งานของกระแสไฟฟ้าที่คงอยู่อาจเกินอายุการใช้งานโดยประมาณของจักรวาล ขึ้นอยู่กับรูปทรงของลวดและอุณหภูมิ^{[ 5 ]}ในทางปฏิบัติ กระแสไฟฟ้าที่ฉีดเข้าไปในขดลวดตัวนำยิ่งยวดคงอยู่เป็นเวลา 28 ปี 7 เดือน 27 วัน ในเครื่องวัดความโน้มถ่วงตัวนำยิ่งยวดในเบลเยียม ตั้งแต่วันที่ 4 สิงหาคม 1995 จนถึงวันที่ 31 มีนาคม 2024 ^{[ 51 ] [ 52 ]}ในเครื่องมือดังกล่าว การวัดจะขึ้นอยู่กับการตรวจสอบการลอยตัวของทรงกลมไนโอเบียมตัวนำยิ่งยวดที่มีมวลสี่กรัม

ในตัวนำไฟฟ้าทั่วไป กระแสไฟฟ้าอาจเปรียบได้กับของเหลวอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างผลึกไอออนิกหนาแน่น อิเล็กตรอนจะชนกับไอออนในโครงสร้างผลึกอยู่ตลอดเวลา และในแต่ละการชน พลังงานบางส่วนที่กระแสไฟฟ้าพัดพาจะถูกดูดซับโดยโครงสร้างผลึกและเปลี่ยนเป็นความร้อนซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือพลังงานจลน์ จากการสั่นสะเทือน ของไอออนในโครงสร้างผลึก ผลก็คือ พลังงานที่กระแสไฟฟ้าพัดพาจะถูกสูญเสียไปอย่างต่อเนื่อง นี่คือปรากฏการณ์ของความต้านทานไฟฟ้าและความร้อนจูล

สถานการณ์จะแตกต่างออกไปในตัวนำยิ่งยวด ในตัวนำยิ่งยวดทั่วไป ของเหลวอิเล็กตรอนไม่สามารถแยกออกเป็นอิเล็กตรอนแต่ละตัวได้ แต่ประกอบด้วยอิเล็กตรอน ที่จับคู่กันเป็น คู่ ที่เรียกว่า คู่คูเปอร์การจับคู่นี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนจากการแลกเปลี่ยนโฟนอนการจับคู่นี้อ่อนมาก และการสั่นสะเทือนทางความร้อนเล็กน้อยก็สามารถทำให้พันธะแตกได้ เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัม สเปกตรัมพลังงานของของเหลวคู่คูเปอร์นี้มีช่องว่างพลังงานหมายความว่ามีปริมาณพลังงานขั้นต่ำ ΔE ที่ต้องจัดหาเพื่อกระตุ้นของเหลว ดังนั้น หาก ΔE มีค่ามากกว่าพลังงานความร้อนของแลตติส ซึ่งกำหนดโดยkTโดยที่kคือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และTคืออุณหภูมิของเหลวจะไม่ถูกกระเจิงโดยแลตติส^{[ 53 ]}ดังนั้น ของเหลวคู่คูเปอร์จึงเป็นของไหลยิ่งยวดหมายความว่าสามารถไหลได้โดยไม่มีการสูญเสียพลังงาน

ในกลุ่มของตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 2 ซึ่งรวมถึง ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงที่รู้จักทั้งหมดความต้านทานต่ำมากแต่ไม่เป็นศูนย์จะปรากฏขึ้นที่อุณหภูมิที่ไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดตามปกติมากนัก เมื่อมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าร่วมกับสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งอาจเกิดจากกระแสไฟฟ้าเอง ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนแม่เหล็กในของเหลวยิ่งยวดทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งทำให้พลังงานบางส่วนที่กระแสไฟฟ้านำพาอยู่นั้นสลายไป หากกระแสไฟฟ้ามีขนาดเล็กพอ กระแสน้ำวนก็จะหยุดนิ่ง และความต้านทานก็จะหายไป ความต้านทานที่เกิดจากปรากฏการณ์นี้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับวัสดุที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด แต่ต้องนำมาพิจารณาในการทดลองที่ละเอียดอ่อน อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดตามปกติมากพอ กระแสน้ำวนเหล่านี้สามารถหยุดนิ่งและกลายเป็นเฟสที่ไม่เป็นระเบียบแต่คงที่ ซึ่งเรียกว่า "แก้วกระแสน้ำวน" ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้วกระแสน้ำวน ความต้านทานของวัสดุจะกลายเป็นศูนย์อย่างแท้จริง

_{ในวัสดุตัวนำยิ่งยวด คุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดจะปรากฏ ขึ้น}เมื่ออุณหภูมิTลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตTcค่าของอุณหภูมิวิกฤตนี้แตกต่างกันไปตามวัสดุ ตัวนำยิ่งยวดทั่วไปมักมีอุณหภูมิวิกฤตอยู่ในช่วงประมาณ 20  Kถึงน้อยกว่า 1 K ตัวอย่างเช่น ปรอท แข็ง มีอุณหภูมิวิกฤตที่ 4.2 K ณ ปี 2015 อุณหภูมิวิกฤตสูงสุดที่พบสำหรับตัวนำยิ่งยวดทั่วไปคือ 203 K สำหรับ H2S _{แม้ว่า}จะต้องใช้ความดันสูงถึงประมาณ 90 กิกะปาสคาลก็ตาม^{[ 54 ]}ตัวนำยิ่งยวดคิวเพรตสามารถมีอุณหภูมิวิกฤตที่สูงกว่ามาก: YBa2Cu3O7 _{ซึ่งเป็น} หนึ่งในตัวนำยิ่งยวดคิวเพ ร ตตัวแรกที่ถูกค้นพบ มีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่า 90 K และคิวเพรตที่ใช้ปรอทเป็นส่วนประกอบก็พบว่า _มีอุณหภูมิวิกฤตเกิน 130 K กลไกทางกายภาพพื้นฐานที่รับผิดชอบต่ออุณหภูมิวิกฤตที่สูงยังไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าเกี่ยวข้องกับการจับคู่อิเล็กตรอนสองตัว แม้ว่าลักษณะของการจับคู่ ( คลื่นเทียบกับคลื่น) ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่^{[ 55 ]}${\displaystyle s}$${\displaystyle d}$

ในทำนองเดียวกัน ที่อุณหภูมิคงที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต วัสดุตัวนำยิ่งยวดจะหยุดการนำยิ่งยวดเมื่อ มีการใช้ สนามแม่เหล็ก ภายนอก ที่มากกว่าสนามแม่เหล็กวิกฤตเนื่องจากพลังงานอิสระของกิบส์ในเฟสตัวนำยิ่งยวดจะเพิ่มขึ้นเป็นกำลังสองตามสนามแม่เหล็ก ในขณะที่พลังงานอิสระของเฟสปกติแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็ก หากวัสดุนำยิ่งยวดได้แม้ไม่มีสนามแม่เหล็ก พลังงานอิสระของเฟสตัวนำยิ่งยวดจะต่ำกว่าของเฟสปกติ ดังนั้นสำหรับค่าสนามแม่เหล็กค่าหนึ่ง (ซึ่งเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของผลต่างของพลังงานอิสระที่สนามแม่เหล็กเป็นศูนย์) พลังงานอิสระทั้งสองจะเท่ากันและจะเกิดการเปลี่ยนเฟสไปสู่เฟสปกติ โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิที่สูงขึ้นและสนามแม่เหล็กที่แรงขึ้นจะทำให้สัดส่วนของอิเล็กตรอนที่เป็นตัวนำยิ่งยวดลดลง และส่งผลให้ความลึกของการทะลุทะลวงของลอนดอนของสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าภายนอกยาวขึ้น ความลึกของการทะลุทะลวงจะกลายเป็นอนันต์ที่จุดเปลี่ยนเฟส

การเกิดสภาพตัวนำยิ่งยวดนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนสถานะตัวอย่างเช่นความจุความร้อน อิเล็กตรอน เป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิในสภาวะปกติ (ไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด) แต่เมื่อเกิดการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด ความจุความร้อนจะกระโดดอย่างไม่ต่อเนื่องและหลังจากนั้นจะไม่เป็นเส้นตรงอีกต่อไป ที่อุณหภูมิต่ำ ความจุความร้อนจะแปรผันตามe ^{− α / T} โดยมีค่าคงที่ αบางค่าพฤติกรรมแบบเลขชี้กำลังนี้เป็นหลักฐานอย่างหนึ่งที่สนับสนุนการมีอยู่ของช่องว่างพลังงาน

ลำดับของการเปลี่ยนเฟส ตัวนำยิ่งยวด เป็นเรื่องที่ถกเถียงกันมานาน การทดลองบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนเฟสเป็นลำดับที่สอง หมายความว่าไม่มีความร้อนแฝง อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่มีสนามแม่เหล็กภายนอก จะมีความร้อนแฝงเกิด ขึ้นเนื่องจากเฟสตัวนำยิ่งยวดมีเอนโทรปีต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตเมื่อเทียบกับเฟสปกติ มีการสาธิตเชิงทดลองแล้ว^{[ 56 ]}ว่าผลที่ตามมาคือ เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นเกินสนามวิกฤต การเปลี่ยนเฟสที่เกิดขึ้นจะนำไปสู่การลดลงของอุณหภูมิของวัสดุตัวนำยิ่งยวด

การคำนวณในช่วงทศวรรษ 1970 ชี้ให้เห็นว่าอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงอันดับแรกที่อ่อนแอเนื่องจากผลของความผันผวนระยะไกลในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงทศวรรษ 1980 ได้มีการแสดงให้เห็นในทางทฤษฎีด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎีสนามความไม่เป็นระเบียบซึ่งเส้นกระแสน้ำวนของตัวนำยิ่งยวดมีบทบาทสำคัญ ว่าการเปลี่ยนผ่านเป็นการเปลี่ยนแปลงอันดับสองภายใน ระบอบ ประเภท IIและเป็นการเปลี่ยนแปลงอันดับแรก (เช่นความร้อนแฝง ) ภายใน ระบอบ ประเภท Iและทั้งสองภูมิภาคถูกแยกออกจากกันด้วยจุดไตรวิกฤต [ ^{57 ] ผลลัพธ์}ได้รับการสนับสนุนอย่างมากจากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบมอนเตคาร์โล^{[ 58 ]}

เมื่อวางตัวนำยิ่งยวดไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอกที่อ่อนBa ₌ Ha _และถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะ สนามแม่เหล็กจะถูกขับออกไป ปรากฏการณ์เมสเนอร์ไม่ได้ทำให้สนามแม่เหล็กถูกขับออกไปอย่างสมบูรณ์ แต่สนามแม่เหล็กจะแทรกซึมเข้าไปในตัวนำยิ่งยวด แต่เพียงระยะทางเล็กน้อยมาก ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์  λ เรียกว่าความลึกของการแทรกซึมของลอนดอนซึ่งจะลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลจนเป็นศูนย์ภายในเนื้อวัสดุ ปรากฏการณ์เมสเนอร์เป็นลักษณะเฉพาะที่สำคัญของสภาพนำยิ่งยวด สำหรับตัวนำยิ่งยวดส่วนใหญ่ ความลึกของการแทรกซึมของลอนดอนจะมีค่าประมาณ 100 นาโนเมตร

ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์บางครั้งอาจถูกเข้าใจผิดว่าเป็นปรากฏการณ์ไดอะแมกเนติ ซึม ที่คาดว่าจะพบได้ในตัวนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ: ตามกฎของเลนซ์เมื่อ สนามแม่เหล็ก ที่เปลี่ยนแปลงถูกนำไปใช้กับตัวนำ มันจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทาน ในตัวนำที่สมบูรณ์แบบ สามารถเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ตามต้องการ และสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะหักล้างกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ได้อย่างพอดี

ปรากฏการณ์เมสเนอร์แตกต่างจากนี้ – มันคือการขับไล่สนามแม่เหล็กภายในออกไปอย่างฉับพลันซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนสถานะไปสู่สภาพตัวนำยิ่งยวด สมมติว่าเรามีวัสดุในสถานะปกติซึ่งมีสนามแม่เหล็กภายในคงที่ เมื่อวัสดุนั้นถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต เราจะสังเกตเห็นการขับไล่สนามแม่เหล็กภายในออกไปอย่างฉับพลัน ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่คาดคิดหากพิจารณาจากกฎของเลนซ์

ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ได้รับการอธิบายในเชิงปรากฏการณ์โดยพี่น้องฟริตซ์และไฮนซ์ ลอนดอนซึ่งแสดงให้เห็นว่าพลังงานอิสระ ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในตัวนำยิ่งยวดจะมีค่าต่ำสุดก็ต่อเมื่อBคือสนามแม่เหล็ก และλคือความลึกของการแทรกซึมของลอนดอน $${\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} =\lambda ^{-2}\mathbf {B} \,}$$

สมการนี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อสมการลอนดอนทำนายว่าสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจะลดลงแบบเอกซ์ponentialจากค่าใดก็ตามที่มันมีอยู่บนพื้นผิว

ตัวนำยิ่งยวดที่มีสนามแม่เหล็กภายในน้อยหรือไม่มีเลยเรียกว่าอยู่ในสถานะ Meissner สถานะ Meissner จะสลายไปเมื่อสนามแม่เหล็กที่ใช้มีขนาดใหญ่เกินไป ตัวนำยิ่งยวดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทตามลักษณะการสลายตัวนี้ ในตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 สภาพนำยิ่งยวดจะถูกทำลายอย่างฉับพลันเมื่อความแรงของสนามที่ใช้เพิ่มขึ้นเกินค่าวิกฤต_Hc ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของตัวอย่าง อาจได้สถานะกลาง^{[ 59 ]}ซึ่งประกอบด้วยรูปแบบที่ซับซ้อน^{[ 60 ]}ของบริเวณวัสดุปกติที่มีสนามแม่เหล็กผสมกับบริเวณวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ไม่มีสนาม ในตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 2 การเพิ่มสนามที่ใช้เกินค่าวิกฤตHc1จะนำไปสู่สถานะผสม (หรือที่เรียกว่าสถานะกระแสน้ำวน) ซึ่งปริมาณฟลักซ์แม่เหล็ก ที่เพิ่มขึ้นแทรกซึมเข้าไปในวัสดุ แต่ยังคง _{ไม่มี}ความต้านทานต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าตราบใดที่กระแสไม่มากเกินไป ที่ความแรงของสนามวิกฤตที่สอง_Hc2 สภาพนำยิ่งยวดจะถูกทำลาย สภาวะผสมนั้นเกิดจากกระแสน้ำวนในของเหลวยิ่งยวดทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าฟลักซ์ซอนเนื่องจากฟลักซ์ที่พัดพาโดยกระแสน้ำวน เหล่านี้ มี ค่า เป็น ควอนตัม ตัวนำยิ่งยวดธาตุบริสุทธิ์ ส่วนใหญ่ยกเว้นไนโอเบียมและท่อนาโนคาร์บอนเป็นประเภทที่ 1 ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่บริสุทธิ์และสารประกอบเกือบทั้งหมดเป็นประเภทที่ 2

ในทางกลับกัน ตัวนำยิ่งยวดที่หมุนอยู่จะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งวางตัวตรงกับแกนหมุนอย่างแม่นยำ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า โมเมนต์ลอนดอน ซึ่งถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างดีในยานสำรวจแรงโน้มถ่วงบี (Gravity Probe B ) การทดลองนี้วัดสนามแม่เหล็กของไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดสี่ตัวเพื่อกำหนดแกนหมุนของพวกมัน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทดลอง เนื่องจากเป็นหนึ่งในไม่กี่วิธีที่จะกำหนดแกนหมุนของทรงกลมที่ไม่มีลักษณะเฉพาะได้อย่างแม่นยำ

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (high- _Tc หรือ HTS) คือตัวนำยิ่งยวดในวัสดุที่มีอุณหภูมิวิกฤต (อุณหภูมิที่ต่ำกว่าซึ่งวัสดุจะแสดงพฤติกรรมเป็นตัวนำยิ่งยวด) สูงกว่า 77 K (−196.2 °C; −321.1 °F) ซึ่งเป็นจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว^{[ 61 ]}พวกมันเป็น "ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง" เฉพาะเมื่อเทียบกับตัวนำยิ่งยวดที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ ซึ่งทำงานได้เฉพาะที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้น ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงตัวแรกถูกค้นพบในปี 1986 โดยนักวิจัยของ IBM Georg BednorzและK. Alex Müller [ ^{62 ] [ 63 ] แม้ว่า}อุณหภูมิวิกฤตจะอยู่ที่ประมาณ 35.1 K (−238.1 °C; −396.5 °F) วัสดุนี้ได้รับการดัดแปลงโดยChing-Wu Chuเพื่อสร้างตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงตัวแรกที่มีอุณหภูมิวิกฤต 93 K (−180.2 °C; −292.3 °F) ^{[ 64 ]} Bednorz และ Müller ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1987 "สำหรับความก้าวหน้าที่สำคัญในการค้นพบสภาพนำยิ่งยวดในวัสดุเซรามิก" ^{[ 65 ]} วัสดุที่มี T _cสูงส่วนใหญ่เป็น ตัวนำ ยิ่งยวด ประเภท II

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงคือสามารถทำให้เย็นลงได้โดยใช้ไนโตรเจนเหลว^{[ 62 ]}ซึ่งแตกต่างจากตัวนำยิ่งยวดที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ซึ่งต้องใช้สารหล่อเย็นที่มีราคาแพงและจัดการยาก โดยส่วนใหญ่คือฮีเลียมเหลว ข้อได้เปรียบประการที่สองของ วัสดุที่มี T _c สูง คือพวกมันยังคงรักษาสภาพการนำยิ่งยวดไว้ในสนามแม่เหล็กที่สูงกว่าวัสดุก่อนหน้านี้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดซึ่งเป็นการใช้งานหลักของวัสดุที่ มี T _{c สูง}

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่เป็นเซรามิกแทนที่จะเป็นวัสดุโลหะที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ ตัวนำยิ่งยวดเซรามิกเหมาะสำหรับการใช้งานจริงบางอย่าง แต่ประสบปัญหาในการผลิต ตัวอย่างเช่น เซรามิกส่วนใหญ่เปราะซึ่งทำให้การผลิตลวดทำได้ยาก^{[ 66 ]}

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงประเภทหลักคือออกไซด์ของทองแดงที่รวมกับโลหะอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งออกไซด์ของทองแดงแบเรียมธาตุหายาก (REBCOs) เช่นอิตเทรียมแบเรียมทองแดงออกไซด์ (YBCO) ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงประเภทที่สองในการจำแนกประเภทในทางปฏิบัติคือสารประกอบที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบหลัก [ ^{67 ] [ 68 ] บาง} ครั้ง แมกนีเซียมไดโบไรด์ก็ถูกรวมอยู่ในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงด้วย เนื่องจากผลิตได้ค่อนข้างง่าย แต่สามารถนำยิ่งยวดได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 39 K (−234.2 °C) ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสำหรับการระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว

ตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุที่มีศักยภาพในการออกแบบองค์ประกอบวงจรพื้นฐานของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ สปินโทรนิกส์ และควอนตัม ตัวอย่างหนึ่งคือไดโอดตัวนำยิ่งยวด^{[ 69 ]}ซึ่งกระแสยิ่งยวดไหลไปตามทิศทางเดียวเท่านั้น ซึ่งสัญญาว่าจะนำไปสู่เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดแบบไร้การสูญเสียและเทคโนโลยีไฮบริดกึ่งตัวนำ-ตัวนำยิ่งยวด

แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด เป็น แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลังมากที่สุดเท่าที่รู้จัก มีการใช้ใน เครื่อง MRI / NMR , เครื่องสเปกโทรเมตรมวล , แม่เหล็กควบคุมลำแสงที่ใช้ในเครื่องเร่งอนุภาคและแม่เหล็กกักพลาสมาในโทคาแมค บางชนิด นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับการแยกด้วยแม่เหล็ก โดยการแยกอนุภาคแม่เหล็กอ่อนออกจากพื้นหลังของอนุภาคแม่เหล็กน้อยหรือไม่เป็นแม่เหล็กเลย เช่นใน อุตสาหกรรม เม็ดสีและยังสามารถใช้ในกังหันลมขนาดใหญ่เพื่อเอาชนะข้อจำกัดที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสูง โดยมีการทดสอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมตัวนำยิ่งยวดระดับอุตสาหกรรมขนาด 3.6 เมกะวัตต์สำเร็จแล้วในเดนมาร์ก^{[ 70 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 มีการใช้ตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบทดลองโดยใช้สวิตช์ไครโอตรอน^{[ 71 ]}เมื่อไม่นานมานี้ มีการใช้ตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างวงจรดิจิทัลโดยใช้ เทคโนโลยี ควอนตัมฟลักซ์เดี่ยวแบบรวดเร็วและตัวกรอง RF และไมโครเวฟสำหรับสถานีฐาน โทรศัพท์มือถือ

Superconductors are used to build Josephson junctions which are the building blocks of SQUIDs (superconducting quantum interference devices), the most sensitive magnetometers known. SQUIDs are used in scanning SQUID microscopes and magnetoencephalography. Series of Josephson devices are used to realize the SIvolt. Superconducting photon detectors^[72] can be realised in a variety of device configurations. Depending on the particular mode of operation, a superconductor–insulator–superconductor Josephson junction can be used as a photon detector or as a mixer. The large resistance change at the transition from the normal to the superconducting state is used to build thermometers in cryogenic micro-calorimeter photon detectors. The same effect is used in ultrasensitive bolometers made from superconducting materials. Superconducting nanowire single-photon detectors offer high speed, low noise single-photon detection and have been employed widely in advanced photon-counting applications.^[73]

Other early markets are arising where the relative efficiency, size and weight advantages of devices based on high-temperature superconductivity outweigh the additional costs involved. For example, in wind turbines the lower weight and volume of superconducting generators could lead to savings in construction and tower costs, offsetting the higher costs for the generator and lowering the total levelized cost of electricity (LCOE).^[74]

แอปพลิเคชันในอนาคตที่น่าสนใจ ได้แก่ สมาร์ ทกริดประสิทธิภาพสูงการส่งกำลังไฟฟ้าหม้อแปลงอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานอุปกรณ์พลังงาน ฟิ ว ชั่ นขนาดกะทัดรัดมอเตอร์ไฟฟ้า (เช่น สำหรับขับเคลื่อนยานพาหนะ เช่นรถไฟสุญญากาศหรือรถไฟแม่เหล็ก ) อุปกรณ์ลอยตัวด้วยแม่เหล็กตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์สปินโทรนิกส์ด้วยวัสดุตัวนำยิ่งยวด^{[ 75 ]}และการทำความเย็นด้วยแม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวด อย่างไรก็ตาม ตัวนำยิ่งยวดมีความไวต่อสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ ดังนั้นแอปพลิเคชันที่ใช้กระแสสลับ (เช่น หม้อแปลง) จะพัฒนาได้ยากกว่าแอปพลิเคชันที่ใช้กระแสตรงเมื่อเทียบกับสายส่งไฟฟ้าแบบดั้งเดิมสายส่งตัวนำยิ่งยวดมีประสิทธิภาพมากกว่าและต้องการพื้นที่เพียงเศษเสี้ยว ซึ่งไม่เพียงแต่จะนำไปสู่ประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังสามารถปรับปรุงการยอมรับของสาธารณชนสำหรับการขยายโครงข่ายไฟฟ้าได้อีกด้วย^{[ 76 ]}อีกแง่มุมทางอุตสาหกรรมที่น่าสนใจคือความสามารถในการส่งกำลังไฟฟ้าสูงที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ^{[ 77 ]}ความก้าวหน้าในด้านประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนและการใช้สารหล่อเย็นราคาถูก เช่น ไนโตรเจนเหลว ยังช่วยลดต้นทุนการระบายความร้อนที่จำเป็นสำหรับการนำยิ่งยวดได้อย่างมาก

นับถึงปี 2022 มีการมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในสาขาที่เกี่ยวข้องกับสภาพนำยิ่งยวดไปแล้ว 5 รางวัล:

• ไฮเกอ คาเมอร์ลิงห์ ออนเนส (ค.ศ. 1913) "สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติของสสารที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งนำไปสู่การผลิตฮีเลียมเหลวเป็นต้น"
• จอห์น บาร์ดีน , ลีออน เอ็น. คูเปอร์และเจ. โรเบิร์ต ชรีฟเฟอร์ (1972) "สำหรับทฤษฎีสภาพนำยิ่งยวดที่พวกเขาร่วมกันพัฒนา ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าทฤษฎี BCS "
• ลีโอ เอซากิ , อิวาร์ เกียเวอร์และไบรอัน ดี. โจเซฟสัน (1973) "สำหรับการค้นพบเชิงทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์การทะลุผ่านในสารกึ่งตัวนำและตัวนำยิ่งยวดตามลำดับ" และ "สำหรับการทำนายเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติของกระแสยิ่งยวดที่ไหลผ่านสิ่งกีดขวางการทะลุผ่าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งปรากฏการณ์ที่โดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์โจเซฟสัน"
• Georg BednorzและK. Alex Müller (1987) "สำหรับความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการค้นพบสภาพนำยิ่งยวดในวัสดุเซรามิก"
• Alexei A. Abrikosov , Vitaly L. GinzburgและAnthony J. Leggett (2003) "สำหรับการมีส่วนร่วมบุกเบิกในทฤษฎีของตัวนำยิ่งยวดและของไหลยิ่งยวด" ^{[ 78 ]}

• ทฤษฎี BCS  – ทฤษฎีสภาพนำยิ่งยวดระดับจุลภาค
• คู่คูเปอร์  – คู่ของอิเล็กตรอนที่ยึดติดกันที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดสภาพนำยิ่งยวดได้
• แม่เหล็กไฟฟ้าความเย็นยิ่งยวดด้วยไฮโดรเจน  – การใช้ไฮโดรเจนเหลวอุณหภูมิต่ำมากในการระบายความร้อนให้กับแม่เหล็กไฟฟ้า
• ปรากฏการณ์เมสเนอร์  – การขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากตัวนำยิ่งยวด
• MXenes  – สารประกอบอนินทรีย์สองมิติชนิดหนึ่ง
• การประยุกต์ใช้งานที่เป็นไปได้ของกราฟีน
• การกักเก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด  – เทคนิคการจัดเก็บพลังงาน

• มาตรฐานIEC 60050-815:2000, คำศัพท์ทางเทคนิคไฟฟ้าสากล (IEV) – ส่วนที่ 815: ตัวนำ ยิ่งยวด เก็บถาวร เมื่อ 2020-03-07 ที่Wayback Machine
• ไคลเนิร์ต, ฮาเกน (1989). "ซูเปอร์โฟลว์และเส้นกระแสน้ำวน" . สนามเกจในสสารควบแน่น . เล่ม 1. เวิลด์ ไซเอนซ์. ISBN 978-9971-5-0210-2.
• ลาร์กิน, อนาโตลี; วาร์ลามอฟ, อันเดรย์ (2005). ทฤษฎีความผันผวนในตัวนำยิ่งยวด . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-852815-9.
• เลเบด, เอจี (2008). ฟิสิกส์ของตัวนำยิ่งยวดและตัวนำอินทรีย์เล่มที่ 110 (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1). สปริงเกอร์. ISBN 978-3-540-76667-4.
• Matricon, Jean; Waysand, Georges; Glashausser, Charles (2003). สงครามเย็น: ประวัติศาสตร์ของสภาพนำยิ่งยวด . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยรัตเกอร์ส. ISBN 978-0-8135-3295-0.
• "นักฟิสิกส์ค้นพบปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดสุดแปลก" ScienceDaily . 17 สิงหาคม 2549.
• ทิงแคม, ไมเคิล (2004). บทนำสู่สภาพตัวนำยิ่งยวด (ฉบับที่ 2). สำนักพิมพ์โดเวอร์. ISBN 978-0-486-43503-9.
• ทิปเลอร์, พอล; ลลีเวลลิน, ราล์ฟ (2002). ฟิสิกส์สมัยใหม่ (ฉบับที่ 4). ดับเบิลยูเอช ฟรีแมน. ISBN 978-0-7167-4345-3.
• O'Mahony, Shane M.; มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด (2022). "เกี่ยวกับกลไกการจับคู่อิเล็กตรอนของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงของออกไซด์ทองแดง" Proceedings of the National Academy of Sciences . 119 (37) e2207449119. arXiv : 2108.03655 . Bibcode : 2022PNAS..11907449O . doi : 10.1073/pnas.2207449119 . PMC  9477408 . PMID  36067325 .
• Charlie Wood, Quanta Magazine (2022). "ในที่สุดก็เข้าใจปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงแล้ว" .

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับสภาพนำยิ่งยวด

• วิดีโอเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1: R=0/อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะ/ B คือตัวแปรสถานะ/ปรากฏการณ์เมสเนอร์/ช่องว่างพลังงาน (เกียเวอร์)/แบบจำลอง BCS
• ชุดบรรยายเรื่องสภาพนำยิ่งยวด (ชุดวิดีโอ รวมถึงบทสัมภาษณ์ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำ)
• วิดีโอ YouTube แม่เหล็กลอยได้
• ชุดสื่อการสอนและการเรียนรู้ DoITPoMS – "สภาพนำยิ่งยวด"
• สมการชโรดิงเกอร์ในบริบทคลาสสิก: สัมมนาเรื่องสภาพนำยิ่งยวด – การบรรยายวิชาฟิสิกส์ของเฟย์นแมน