1911年，荷蘭科學家昂納斯把水銀（汞）放在零下30℃使其凝固，然後做成一個線圈，向線圈內通入電流，並且不斷地降低溫度，想測試不同低溫下線圈中的電磁性能有什麼變化。溫度一步一步下降，一直降到零下250℃時仍然沒有變化。這種試驗極其冗長又枯燥無味，但是昂納斯和他的學生堅持試驗。
有一天，昂納斯的學生髮現溫度降到零下269℃時，奇蹟出現了。此時，線圈中的電阻突然消失，通進的電流可以在線圈中永遠流動，沒有損失。開始，昂納斯並不相信這個結果。他批評學生說：世界上的物質都有電阻，一定是你弄錯了…於是，這位學生重複試驗，測試數據證明，線圈中仍然沒有電阻。這時，昂納斯突然醒悟，有時奇蹟就發生在看似不可能的事情中。
他親自動手，反覆試驗，最終證明：在零下269℃時，水銀線圈中的電阻為零。於是，他發表論文，向世界宣佈，他發現了低溫下材料的“零電阻”現象。這種材料取名“超導材料＂”。由於這一發現，他獲得1913年諾貝爾物理獎。科學家通過研究，發現許多金屬及其合金在接近絕對零度（零下273．15℃）時，都有超導現象。現在已發現的超導材料有幾千種，但是能拉成絲做成電纜的超導材料並不多。最後，科學家篩選出兩種可以拉成極細長絲的超導材料，做成超導電纜，它們是“鈮鈦合金”和“鈮三錫合金”。日本用這種電纜製作成超體，裝在列車上，靠超導磁性的強大排斥力把列車浮了起來，而做成世界上最快的“超導磁懸浮列車”。
超導磁體的兩大特性
1．超導磁體的零電阻效應
超導材料做成的磁體，有一個最大的特點也是難點，就是必須在非常低的溫度下才會出現零電阻超導現象。水銀的超導溫度是－269℃，稱為水銀的臨界溫度。這樣的低溫環境，需要在液體氦氣中才能得到。氦氣在空氣和的中十分稀少，只佔空氣的十萬分之五。把氦氣分離出來，經過壓縮冷卻成液體，成本十分昂貴。我們知道，由正常導體組成的線圈迴路中都是有電阻的，而電阻意味著電能的損耗，即電能轉化為熱能。
如果沒有電源不斷地向線圈補充能量，線圈中的電能會在極短時間裡全部消耗電流衰減到零。如果線圈沒有電阻，自然就沒有電能的損耗。一旦在線圈中通入一定量的電流，電流可以持續地存在下去。有人曾在超導材料做成的環形線圈中，使電流維持兩年半之久而毫無衰減。零電阻效應是超導態的兩個基本性質之一。正是這個特性，保證了向超導磁體內輸人大於普通磁體十幾倍以上的電流、產生十幾倍以上的磁場，使列車懸浮起來。
2．超導磁體的完全抗磁性
超導磁體還有第二個基本特性，就是完全抗磁性。由於超導態的零電阻特性，在超導態物體內部不可能存在電場。因此，根據電磁感應定律，穿過零電阻導體的磁通量不可能改變。施加外磁場時，磁場不能進入理想導體。科學家原來以為，存在於超導磁體內的磁通量，在臨界溫度以下，仍然會存在於體內不被排除出來。1933年，邁斯納等為了判斷超導態的磁性是否完全由零電阻決定，進行了一項實驗，揭示了超導態的另一個最基本特徵。實驗是把一個圓柱形樣品在垂直於軸的磁場中冷卻到超導態，並以小的檢驗線圖檢查樣品四周的磁場分佈，結果並不像如前所料，磁場保留在超導體內不變，而是相反，磁場完全消失。
這種將磁通從超導體中排出去的效應，稱為“邁斯納效應”，即超導體具有“完全抗磁性”。正是由於超導磁體的這兩個特性，為超導磁體的擴大應用提供了條件。20世紀70年代，日本超導磁懸浮列車成功地進行了載人可行性試驗。在車廂兩側安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體的強磁場在地上的線圈中感應產生相同的磁極，兩者的同性相斥力能將車廂浮起100毫米。車輛在特有的“直線電動機”牽引下無摩擦地前進，時速可達550千米，最高達到581千米，稱得上“世界第一快車”。
超導現象與低溫超導原理
日本磁懸浮列車試運行成功了，為什麼不馬上投人商業運行？其中一個重要原因是超導磁體必須在零下269℃的低溫下運行，必須在液氦環境中，成本極其昂貴，影響列車運行成本。日本磁懸浮列車研究了40年，至今沒有投入商業運行，主要是投資太大，運行和維修費用太高。日本經濟專家計算，按現在低溫超導技術的磁懸浮列車進行商業運作，將永遠賠本。
有人要問：低溫超導原理到底是什麼？為了解決這個問題，1957年有3位科學家叫巴丁、庫伯、施裡弗，他們對低溫超導原理進行了深入研究，最終提出一個超導理論一一“電子對理論”，又稱BCS理論（以3人名字的第一個字母命名），成功解釋了有關超導電性的物理性質。
它的理論中心是：在正常溫度下，通入導線的電子是單獨前進，就會有電阻，低溫下導線中的電子都是成對運動的，因而不會產生電阻。看到這裡，也許會糊塗了一—這算什麼理論？其實，自從昂納斯發現低溫超導理象後，人們發現，低溫世界裡隱藏著大量的奧秘，當溫度逐步下降時，許多材料會發生有的物理變化。科學家爭相探索，從面促使超導物理學的誕生。
當自由電子在由原子組成的晶格中做定向運動時，由於晶格結點上的原子在做不停無規則熱振動，電子運動時，個別電子與晶格上的振動原子碰撞而改變方向，形成電阻。然而，若把金屬冷卻到臨界溫度以下，當兩個電子結成對，就不可能與晶格原子發生碰撞，因而不形成電阻。這種解釋似乎不可思議。但是，科學家庫伯通過試驗，發現單個電子在前進時同時產生自旋，就有可能撞上晶格被散射而產生電阻。
當兩個電子結對時，會具有大小相等而方向相反的自旋，互相牽制，形成被束縛的“電子對”。這種有規則運動的電子對不受晶格阻礙，可以毫無阻力地流過導體，自由前進。這種“電子對”又稱“庫伯對”。在低溫的金屬中，電子排列成“庫伯對”而導致超導電性。這就是人們一直在尋找的超導態物理現象的原理，也是建立超導電性微觀理論最重要的物理概念。巴丁、庫伯和施裡弗3人完成了現代超導微觀理論。併成功解釋了有關超導電性的物理性質。正所謂“單個前進有電阻，結件成行才超導”。因此，他們獲得1957年諾貝爾物理獎。
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