超导体：传统BCS理论与高温超导理论

超导有两个重要的特点：零电阻和完全抗磁性。零电阻意味着超导体可以无损耗地传输大电流，并在周围产生强大的磁场。完全抗磁性意味着超导体可以排斥外部磁场，并保持内部磁通量不变。这两个特点使得超导体在许多领域有着广泛的应用前景，如核磁共振成像、高能物理实验、核聚变装置、储能系统、电力输送等。

那么，为什么某些材料在低温下会变成超导体呢？这背后有什么物理机制呢？

常规超导原理

BCS理论认为，在常规超导体中，低温下两个原本均带负电、互相排斥的电子，通过影响原子晶格产生的振动（这一振动的能量量子称为声子）而建立间接吸引作用，从而两两配对构成“库伯对”。在量子相干效应下，这些“库伯对”可以在晶格中无损耗地运动，形成了整体的超导电性。

BCS理论还给出了计算常规超导体临界温度、临界磁场、能隙等物理量的方法，并与实验结果符合得很好。BCS理论为解释和发展常规超导现象作出了重大贡献，并使其三位创始人获得了1972年诺贝尔物理学奖。

高温超导原理

高温超导体的最大特点是其具有层状结构，其中含有铜氧面或者铁砷面等过渡金属氧化物平面 。科学家们普遍认为，这些平面是产生高温超导电性的关键所在，因为它们提供了足够大的态密度和强烈的电子-电子相互作用。

高温超导体不仅具有理论上的挑战性和吸引力，还具有巨大的应用潜力。由于它们可以在液氮等廉价易得的低温介质下工作，因此可以大幅降**冷成本，并扩展超导技术在能源、交通、医疗、通信等领域中的应用。

高温超导的应用

强电应用是指利用高温超导材料的零电阻和大电流密度特性，实现低损耗、高效率、高容量的输配电系统，如超导变压器、超导发电机、超导储能器、超导限流器、超导传输线等。这些应用可以提高电网的稳定性和可靠性，减少线路损耗和碳排放，节约能源和土地资源。

弱电应用是指利用高温超导材料的量子效应和磁通量钉扎特性，实现高灵敏度、高精度、高速度的测量和信号处理系统，如超导磁体、超导量子干涉器件（SQUID）、超导滤波器、超导逻辑器件等。这些应用可以广泛地服务于科学研究、医疗诊断、通信技术、雷达探测等领域。