超导研究的历史虽然只有108年，但是通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家一共有10位。在SELF格致论道讲坛上，中国科学院物理研究所副研究员罗会仟讲述了超导的过去与未来。
我今天要讲的超导与市场上的超导空调、冰箱、浴霸无关，与军事上说的超级导弹也没有关系。今天讲的超导跟上图神奇的小矿石有关。电影《阿凡达》中给我印象最深的是潘多拉星球上的山。这些山不是长在地上的，而是长在天上的，是一个很神奇的世界。
山为什么能够悬浮在天上？因为山里面有一种神奇的矿石，室温超导矿石。
超导的研究就像科幻电影一样，特别“高大上”。超导研究是物理里很小的分支领域，但是有这么多的科学家直接因为超导研究获得诺贝尔奖，可见非常重要。
为什么要研究超导呢？这是现在凝聚态物理所研究的一个基本的问题。我们知道，一个材料是由原子组成的，电子在材料里“跑”，必然会受到一定的阻碍，这种阻碍叫电阻。生活中有各种各样的电器，每种电器都有电阻。
根据电阻大小可以分出绝缘体、半导体、导体。物理学家有一个很简单的方法对其进行区分，就是看这个电阻随温度怎样变化。如果电阻随温度下降而下降，这种物质就叫作导体；如果电阻随温度下降而上升，这种物质就叫作绝缘体。
温度下降到很低的情况下，电阻会有什么变化？早期，物理学家并不能解决这个问题。没有办法做实验，就只能猜想。著名物理学家开尔文说：材料在很低的温度下，电子会冻住，直接的结果是电阻会上升；但是物理学家马西森预言：随着温度下降，电阻也会减小。
材料里面有杂质，必然产生一部分剩余电阻，这部分电阻不受温度影响。所以到了绝对零度，电阻依然存在。物理学家杜瓦猜测，如果找到一个没有任何杂质和缺陷的导体，可能就会存在一种理想的材料，到了绝对零度的时候，它的电阻为零。
后来，荷兰物理学家昂尼斯的实验证实，以上三个推测都不对。其实有一种材料，它的电阻随着温度下降而下降，到某一个温度，电阻突然变成了0。科学家找到的第一个超导材料就是水银温度计里的水银，即金属汞，为什么找这个材料呢？因为金属汞在常温下是液态的，它就是一个几乎没有杂质和缺陷的完美金属。
测量这个材料电阻的时候，发现温度在4.2K以上还有0.1Ω的电阻，一旦低于4.2K，电阻就小于10^-5Ω，测不到了，电阻是0，昂尼斯把这个现象称之为超导。超导还有一个很神奇的性质，它还有磁的效应。我们经常说电生磁，磁生电，电和磁不分家。1933年，德国科学家迈斯纳发现了超导的磁效应，简单来说，超导具有完全的抗磁性。
超导还有第三个效应——超导热力学效应。超导是一个热力学现象，也是一种宏观量子的效应。超导热力学效应是三位理论家在1950年提出的，获得了2003年的诺贝尔奖。
超导是有相关理论解释的，这个理论就叫作BCS理论，以三位科学家名字命名，一位叫Bardeen，一位是Cooper，一位是Schrieffer，BCS是他们名字的缩写。在提出这个理论之前，我们很熟悉的一些物理学家，比如爱因斯坦、费曼、海森堡等人都曾试图解决超导的问题，都失败了。但是，这三位科学家成功了。
超导有很多重要的效应，有电和磁的效应，有热力学的效应，但是超导材料到底有什么用呢？无损耗超导输电，首先，一切用到电和磁的地方都可以用到超导体。比如输电，为了减少输电的损耗，只能加几千伏上万伏的电压，即使这样还是会有大约15%的损耗。如果用超导，就可以把这个损耗省掉，因为它的电阻是零。
如果各位去医院做核磁共振，医生会让你把身上的金属物品摘掉，因为我们要进入这个“大圆圈”里去。这个“大圆圈”是超导磁铁，有很强的磁场。超导磁场的分辨率非常高，以目前的技术水平，把大脑里面上百亿个神经元全部测清楚也是指日可待的。
生活中，大家比较熟悉的可能是高速超导磁悬浮列车。现在坐高铁，北京到上海最快的速度是350千米每小时，高铁试验的速度能达到450千米每小时。超导磁悬浮列车到底有多快呢？日本的试验中，速度能达到600千米每小时以上。
基础研究也非常重要，粒子物理学研究这几年非常火。希格斯粒子研究也拿到了诺贝尔奖。如今做高能物理实验的粒子学家离开超导体就无法工作了，因为要把粒子加速器的能量提到很高，必须依靠很强的超导磁体，没有超导磁体他们也许就无法进行实验。
超导可以承载很强的磁场和电流，这就是之前讲的超导强电应用，其实超导还有弱电应用。超导体可以做成一个器件——超导量子干涉仪。这个器件是世界上最精密的磁探测器，一根磁通线都能测出来。
讲了这么多超导的应用，但我们发现生活中并没有人使用超导手机、超导电脑、超导电视和超导冰箱等。一个好用的超导体需要“三高”，包括高临界温度，高临界磁场和高临界电流。超导体要有足够的温度才能超导，磁场太强也会破坏超导，电流太大也不行，必须三个条件都很高，这个材料才好用。
后来科学家把整个元素周期表都扫一遍，对每一个元素的单质进行测试，看看是不是超导。结果令人惊讶，发现很多元素单质都是超导体，但是导电最好的金、银、铜不是超导体。找完单质，就去找元素化合物，比如说最高超导温度的单质是金属铌，金属铌的Tc是9K，寻找铌的化合物，比如碳化铌、氮化铌。
1986年12月，来自IBM的两位科学家发现的超导材料是一个氧化物，化学式叫钡镧铜氧。这个材料的超导温度能够达到35K，已经逼近40K红线。之后，中国科学院物理研究所的赵忠贤院士等发现一个材料叫做钡钇铜氧，与钡镧铜氧只差了一个元素，换了一个元素之后，这个材料的Tc奇迹般地变成93K。
科学家发现了一系列的铜氧化物高温超导材料。铜基高温超导体，目前能达到134K的超导温度，加压可以达到165K。2008年，科学家发现了一种很重要的材料——铁基超导体，发现者是日本科学家细野秀雄。他发现镧铁砷氧氟材料的超导温度可以达到26K。
现在，科学家发现了很多铁基高温超导体的家族成员，其实很多铁基超导体是中国人发现的。铁基超导块体材料目前最高温度可以达到55K，薄膜可以达到65K。超导看起来离我们很远，实际上离我们生活非常近。我们中国也有行动计划，计划10年之内要有自己的量子计算机。也许一二十年之后，大家就可以享受超导带给我们的未来生活了。