当然，超导体的弱电应用未必一定涉及量子层面的效应。一个和我们日常生活密切相关的例子是，利用超导体的理想导电性我们可以制造具有超高品质因子的超导滤波器，这为提高电子通讯的带宽和保真度提供了极大的空间。这项技术已经在为我们的生活默默服务了。
我们再来简单谈谈超导研究的基础物理意义。超导研究在历史上曾经多次为基础物理研究带来具有普适性的重要思想。例如，超导电性的金兹堡－朗道理论既是朗道对称破缺思想最伟大的应用之一，也为后世有效场思想在物理学中的广泛应用奠定了基础。又如，刚刚过世的凝聚态物理伟人P． W． Anderson在1950年代对于超导体中规范对称破缺的研究，为粒子物理中Anderson－Higgs质量获得机制的提出提供了重要的启发。（相关内容参见《文小刚忆安德森：他是20世纪凝聚态物理的一面旗帜》《戴希：安德森教授纪念会上那些让人印象深刻的片段》）再有，基于电子配对解释超导电性的BCS理论，给从原子核结构到中子星这一跨度达13个量级尺度的物理研究提供了重要的思想源泉。最后，对于铜氧化物高温超导机理的长达三十年的持续求索为人类超越现有凝聚态物理框架，发展全新的量子物态理论提供了重要的物理线索和机遇。除此之外，超导研究还带动了大量相关物理问题的研究，导致了大量新材料和新现象的发现，促成了大量新的研究方法的发展和成熟，同时还引发了物理学不同领域的交叉融合。
三 超导材料研究的历史与现状
作为一种宏观量子现象，超导的发生需要满足苛刻的条件，尤其表现在需要的极低温条件上。Onnes最初在金属汞中发现的超导其临界温度只有4．2K，这几乎就是常压下氦的液化温度。Onnes正是先实现了氦的液化之后才得以用液氦冷却发现超导现象的。而这一极低温条件的获得代价极高。因此提高超导临界温度，使这种宏观量子现象在更加容易实现的条件下发生一直是人们的梦想。在超导现象发现之后的60多年时间里，科学家进行了广泛的超导材料探索，同时也总结出了大量经验规律。比如发表于1970年的著名的Matthias规则，这里摘抄其中的几条：
（1）不要试图在非金属，半导体，半金属材料中寻找超导。在具有高电子态密度的高对称性金属中发现超导的希望最大。
（2）不要试图在具有铁磁性，反铁磁性的材料中寻找超导。
（3）不要试图在氧化物中寻找超导。（4）不要轻信理论家的所谓预言。他们做的不过是描述，而不是预言。
当然，这些规则中的很多条已被证明并不正确。这些经验规律不如说反映了当时人们在探索新的超导材料时的沮丧感和无力感。到1973年，超导临界温度的记录仅仅被提升到23．2K（铌三锗），仅仅稍稍高于常压下氢的液化温度。液氢虽然相对于液氦比较容易获得，但是操作起来却有很大的安全风险。由此物理学家可以继续向上探索，下一个临界温度的目标是氮气的液化温度，也就是77K。氮气容易获得，而且是一种安全可靠的制冷剂。然而，在六十年的时间里临界温度仅从4．2K提升到到23K，想要达到77K谈何容易。人们甚至一度悲观地认为超导临界温度不会超过40K，也就是所谓的麦克米兰极限。麦克米兰极限是电声子相互作用框架下常压超导临界温度的极限，在常压下超越这一极限往往意味着非常规的超导机理。
事情的转机出现在1986年，IBM苏黎世研究所的J． G． Bednorz和K． A． Muller在一类铜氧化物中发现了超越麦克米兰极限的可能。这类铜氧化物的母体材料不仅是氧化物，还是绝缘体，而且有着非常强的反铁磁性。由于其准二维的结构特性，这类材料的对称性也很低，电子的态密度也出奇的低。这项发现几乎打破了Matthias规则的所有条款，除了最后一条，因为麦克米兰极限正是人们按照当时有限的理论认识作出的推断。这个出乎所有人意料的发现于1987年获得诺贝尔物理学奖，成为诺贝尔奖历史上从做出发现到授奖最短的时间记录之一。
兰极限，但是在随后不到两年的时间里，研究者通过元素替代将这类铜氧化物的超导临界温度提升到135K，这也是目前常压下的超导临界温度的最高记录。在探索铜氧化物超导的历程中，中科院物理所的赵忠贤先生和Huston大学的朱经武先生各自领导的研究组首先突破了液氮温度极限。由于这一原因，这类超导体也被称为高温超导体。铜氧化物高温超导体发现时，B． T． Matthias先生已经过世六年，有意思的是，在铜氧化物中率先实现液氮温度极限突破的朱经武先生正是Matthias先生的学生。想必，如果Matthias先生在世，听到高温超导体的发现，除了震惊，一定会为自己的学生骄傲吧，甚至他本人也有可能为高温超导研究再做出重大贡献呢。毕竟Matthias先生去世时仅63岁。
图4： 铜氧化物高温超导体的晶体结构。Bednorz和Muller的这个意外发现已经让物理学家们忙了三十多年，在可预见的将来应该还要忙很久。
铜氧化物高温超导体的发现引发了超导研究长时间的热潮。这一方面是因为人们发现它的超导机理明显不同于传统的超导体。另一方面，铜氧化物高温超导体的发现打破了人们的思想禁锢，鼓舞材料学家在更加广阔的范围内探索新的超导体。在随后的三十多年时间里，新的超导体系层出不穷，并且常常成为当年科学的热点话题。其中几个有代表性的例
从上面几个简单举例可以看出，人们对于第一过渡金属元素的化合物的超导特别有兴趣，例如铜氧化物、镍氧化物、钴氧化物、铁氧化物等。原因一方面是受到铜氧化物超导的启发，更是因为这类材料的超导都具有非常规的超导机理，相互对比研究可以为我们理解高温超导机理带来新的线索。需要特别说明的是，自铜氧化物高温超导研究开始，中国在超导研究方面取得了巨大的进步，具有很好的国际声誉。例如，在铁基超导体发现之后，中国科学家率先突破了40K的极限，并保持了铁基超导体临界温度的最高纪录，另外还发现了超越77K极限的有力证据。
在最近三十年里，除了提高超导临界温度，超导研究的目标逐步多样化。物理学家们发现了大量性质不同于传统超导体的非常规超导体。虽然这些超导体的临界温度较低，可是对它们的研究不仅有助于深化我们关于超导机理的认识，也有助于实现一些新奇的应用。比如，利用目前研究热点之一的拓扑超导，就有可能实现具有拓扑稳定性的量子计算。实际
报道可以表现出拓扑超导的某些特征。另外一个例子是大家比较关注的石墨烯超导体系。这一体系的超导临界温度非常低，但是由于该体系在低能下拥有复杂多变的电子结构，可以用来研究包括超导在内的不同物态间复杂的相互关系。
尽管科学家已经取得了上述辉煌的成就，我们仍然希望有朝一日可以在常温常压的条件下实现能承载更强超电流的超导体，也希望能够为实现量子计算找到更加可靠的硬件平台，从而为解决能源和信息处理这两个人类终极挑战带来希望。需要说明的是，一些最近的报道表明，在极端高压的条件下（大约为200万大气压），一些含氢的化合物的临界温度可以接近室温。但是在给定温度的前提下提高压力其作用类似于在给定压力的前提下降低温度。极端高压并不是一个容易实现的条件，室温超导体这个梦想仍然相当遥远。（相关内容参见《超高压下首次实现室温超导——中国团队理论预言富氢材料》）而拓扑超导的研究也仍然处于基本原理的演示阶段，离实现拓扑保护的量子计算这一终极目标距离同样很遥远。可是话说回来，当年伏打研究青蛙腿痉挛现象的时候，能否想象现在的人类社会即使片刻停电也会造成巨大的灾难？
铜氧化物高温超导体的发现不仅带动了与超导有关的材料科学的长足发展，也导致凝聚态物理研究手段的空前发展。目前几种主要的凝聚态物理研究手段，如角分辨光电子能谱，非弹性中子散射，扫描隧道显微谱，共振非弹性X－射线散射，核磁共振谱，电子拉曼散射，光电导谱等等，无一例外是因为高温超导机理研究的需要而在最近三十多年时间里实现了跨越式的发展。（后文将对这几种方法进行简要介绍。）
