Các vật liệu mà ở trong vùng nhiệt độ T < TC (nhiệt độ tới hạn Curie) nào đó, có điện trở gần như bằng 0 gọi là vật liệu siêu dẫn. Người ta cũng xác định được rằng vật liệu siêu dẫn có độ cảm ứng ( chi =-1 ) nên siêu dẫn con được xếp vào vật liệu nghịch từ lí tưởng.
Hiện tượng siêu dẫn được Heike Kamerlingh Onnes, nhà Vật lý người Hà Lan phát hiện lần đầu tiên vào 1911 khi ông đặt một thanh thủy ngân Hg vào trong heli lỏng khoảng 4,2 K thì thấy điện trở của Hg đột ngột giảm tới 0. Onnes gọi đó là hiện tượng siêu dẫn và nhiệt độ mà dưới nó xảy ra hiện tượng siêu dẫn là nhiệt độ tới hạn Curie. Khi T > TC thì vật trở lại dẫn điện bình thường. Những năm tiếp theo Onnes cùng nhiều nhà khoa học ở nhiều nước khác còn nhận thấy Pb, Sn, Tl, In, Ga, Nb, … cũng có tính siêu dẫn. Trạng thái siêu dẫn điện trở của vật bằng 0 đã được thực nghiệm xác nhận khi người ta cho dòng điện chạy trong một vòng xuyến siêu dẫn (chẳng hạn Nb0,75Zr0,25) suốt một năm mà nó không bị suy giảm. Ở vật liệu siêu dẫn còn hai đặc tính quan trọng và thú vị nữa là:
+ Ở trạng thái siêu dẫn, từ trường bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn (cảm ứng từ trong lòng chất siêu dẫn B = 0). Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Meissner (do n Meissner và Ochsenfeld phát hiện ra năm 1933, hình 15.26).
Người ta cũng thấy rằng có một số chất siêu dẫn khi có từ trường H < HC (từ trường giới hạn) thì nó là siêu dẫn, còn khi H > HC thì nó trở về trạng thái dẫn điện bình thường gọi là siêu dẫn loại 1. Ở một số chất siêu dẫn khác có hai từ trường giới hạn HC1 và HC2 mà khi H < HC1 thì chúng là siêu dẫn, khi HC1 < H < HC2 đường sức từ trường xuyên dần vào mẫu chất siêu dẫn dưới dạng các đường xoáy (hiệu ứng Meissner một phần), chỉ khi H > HC2 vật mới dẫn điện bình thường, gọi là các chất siêu dẫn loại 2 (Hình 15.27).
+ Trạng thái siêu dẫn sẽ biến mất nếu đưa vào nó dòng điện có mật độ JC đủ lớn, tức là khi J > JC thì tính siêu dẫn của vật không còn tồn tại, cho dù có T < TC. Như vậy giới hạn giữa trạng thái siêu dẫn và dẫn điện bình thường của một chất phải tuân theo cả ba điều kiện tới hạn về nhiệt độ TC, từ trường HC và mật độ dòng JC (Hình 15.28).
Gần một thế kỉ đã trôi qua kể từ khi phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn, người ta đã hết sức quan tâm tìm kiếm các vật liệu siêu dẫn mới và tìm cách nâng cao nhiệt độ tới hạn của chúng để có thể ứng dụng một cách hệ quả loại vật liệu này vào thực tế vì tính năng kỹ thuật đặc biệt của chúng. Đến nay đã có nhiều loại vật liệu siêu dẫn được chế tạo và người ta cũng đạt được nhiệt độ TC khoảng 160K. Bảng 15.6 liệt kê các chất siêu dẫn có kỷ lục về nhiệt độ TC cùng với năm phát hiện ra chúng.
Các chất siêu dẫn có TC > 30K gọi là siêu dẫn nhiệt độ cao. Từ bảng 15.6 có thể thấy siêu dẫn nhiệt độ cao đều là vật liệu gốm và trong thành phần đều có các oxit BaO và CuO. Như vậy với vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có thể áp dụng công nghệ gốm để chế chúng và tạo trạng thái siêu dẫn bằng cách đưa các vật liệu này vào trong môi trường làm lạnh bằng He hoặc N lỏng.
Phần lớn các kim loại đơn chất là siêu dẫn loại 1, có từ trường giới hạn HC rất nhỏ, chỉ cỡ 0,1 - 0,2 T và giá trị JC cũng nhỏ ( sim10text{ }A/c{{m}^{2}} ). Các siêu dẫn là hợp chất của Nb, Mg và các gốm là những chất siêu dẫn loại 2, chúng có HC2 rất lớn, từ 1 tới vài trăm Tesla và JC cỡ 104 - 107 A/cm2.
Ngoài các đặc điểm trên siêu dẫn còn những tính chất khác như:
+ Không có kim loại đơn hóa trị nào (trừ Cs ở áp suất cao) có tính siêu dẫn
+ Không có kim loại sắt từ nào có tính siêu dẫn
+ Không có kim loại đất hiếm nào (trừ La) có tính siêu dẫn
+ Nhiệt dung của siêu dẫn có phần đóng góp của điện tử dưới dạng hàm e mũ với số mũ tỉ lệ với ( -frac{1}{T} ): ( frac{C}{gamma {{T}_{C}}}=7,46{{e}^{-frac{1,39{{T}_{C}}}{T}}} ) (15.72)
+ Nhiệt độ tới hạn của các chất siêu dẫn biến đổi theo khối lượng đồng vị. Chẳng hạn TC của Hg biến đổi từ 4,185-4,146 K khi khối lượng nguyên tử trung bình M của Hg biến đổi từ 199,5-203,4 đơn vị nguyên tử (hiệu ứng đồng vị). Kết quả thực nghiệm cho thấy: ( {{M}^{alpha }}.{{T}_{C}}=const ) (15.73)
+ Dòng điện siêu dẫn có khả năng truyền qua một lớp chất cách điện mỏng (“hiệu ứng đường hầm” B.Josephson).
