ใครเป็นผู้คิดค้น สารตัวนำยวดยิ่ง?
วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ในปี ค.ศ. 1911 นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ชื่อ ไฮเกอ กาเมอร์ลิง โอนเนิส[2] เขาได้นำปรอทไปทำการทดลองเพื่อวัดค่าความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งโอนเนิสคิดว่าปรอทเป็นโลหะที่มีความบริสุทธิ์ที่สุดในขณะนั้นและความต้านทานจะลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียล (exponential) ที่จุดเดือดของฮีเลียมเหลวซึ่งจะพบตำแหน่งที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้ แต่ผลการทดลองพบว่าความต้านทานของไฟฟ้าของปรอทบริสุทธิ์ลดลงอย่างสม่ำเสมอเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 4.2 เคลวิน ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทลดลงอย่างรวดเร็ว แต่การทดลองไม่ได้มีการลดลงอย่างเอกซ์โพเนนเชียล (exponential) ตามที่คาดไว้เนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าที่วัดได้มีค่าน้อยกว่า 10-6 เท่าของความต้านทานไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าความต้านทานไฟฟ้าของปรอทเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวินและต่อมาโอนเนิสพบว่าการเกิดความต้านทานเป็นศูนย์อย่างทันทีทันใดนั้นสามารถเกิดกับโลหะหลายชนิดโดยไม่ขึ้นกับความบริสุทธิ์ของสาร จึงเรียกปรากฏที่สารไร้ความต้านทานนี้ว่า “สภาพนำยวดยิ่ง” (Superconductivity) และเรียกอุณหภูมิที่ทำให้เกิดสภาพนำยวดยิ่งว่า “อุณหภูมิวิกฤติ” (Critical Temperature,TC) ในปี ค.ศ. 1913 โอนเนิสได้ทำการทดลองซึ่งพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลในตัวนำยวดยิ่งได้ ถ้าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าต่ำกว่าค่า ๆ หนึ่ง และเมื่อความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าสูงกว่าค่านี้แล้ว วัสดุจะกลายสภาพเป็นตัวนำปกติ เรียกความหนาแน่นกระแสนั้นว่า “ความหนาแน่นกระแสวิกฤติ” (Critical Current Density, JC) ซึ่งปริมาณความหนาแน่นกระแสวิกฤตนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยความหนาแน่นกระแสวิกฤติจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง ในปี ค.ศ. 1914 โอนเนิสพบว่าสนามแม่เหล็กสามารถทำลายสภาพนำยวดยิ่งได้เช่นเดียวกับความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าวิกฤต เรียกสนามแม่เหล็กนี้ว่า “สนามแม่เหล็กวิกฤต” (Critical magnetic field, HC) นั่นคือถ้าสนามแม่เหล็กมีความเข้มมากกว่าสนามแม่เหล็กวิกฤตแล้วตัวนำยวดยิ่งจะกลายสภาพเป็นตัวนำปกติ ในปี ค.ศ. 1916 ซิลส์บี (Silsbee) ศึกษาสภาพนำยวดยิ่ง[3] ในลวดตัวยวดยิ่งกับสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำและได้อธิบายว่า “กระแสวิกฤตเหนี่ยวนำคือปัจจัยที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กวิกฤตที่ผิวของลวด” ดังนั้นปัจจัยที่ทำลายสภาพนำยวดยิ่งคือ อุณหภูมิ ความหนาแน่นกระแส และสนามแม่เหล็ก
เซลล์แสงอาทิตย์
ปรากฏการณ์ของโฟโตโวลตาอิกถูกแสดงให้เห็นถึงด้วยการทดลองเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ A.E. Becquerel ในปี 1839 ตอนอายุ 19 เขาทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ ของพ่อของเขา เขาได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์เป็นตัวแรกของโลก ต่อมา Willoughby Smith ได้ อธิบาย"ผลของแสงบนซีลีเนียมระหว่างเดินทางของกระแสไฟฟ้า"เป็นครั้งแรกในบทความชิ้นหนึ่งที่ได้รับการตีพิมพ์ในฉบับ 20 กุมภาพันธ์ 1873 เรื่องธรรมชาติ อย่างไรก็ตามมันไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1883 เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำด้วย solid state ได้ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดย Charles Fritts ผู้เคลือบสารกึ่งตัวนำซีลีเนียมด้วยชั้นที่บางมากๆของทองเพื่อทำให้เป็นทางเชื่อม(English: junction) อุปกรณ์นี้มีประสิทธิภาพประมาณ 1% เท่านั้น ในปี 1888 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อ Aleksandr Stoletov สร้างเซลล์แรกที่อยู่บนพื้นฐานของปรากฏการ์ณโฟโตโวลตาอิกด้านนอกที่ถูกค้นพบโดย Heinrich Hertz ก่อนหน้านี้ในปี 1887[3] ลำดับสิ่งประดิษฐ์ของสหรัฐ (ค.ศ. 1946–91)
cryotronเป็น สวิทช์ที่ทำงานโดยใช้สภาพตัวนำยิ่งยวด. cryotron ทำงานบนหลักการที่ว่า สนามแม่เหล็กทำลายสภาพตัวนำยิ่งยวด cryotron ถูกคิดค้นโดย ดัดลีย์ อัลเลน บั๊ก ในปี 1957 .[115] ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิห้อง
เลเซอร์รังสีอินฟราเรดลำแสงสั้นๆ จะไปทำให้อะตอมใน YBCO เกิดการสั่น พอสั่นหนักเข้าๆ อะตอมก็จะเขยื้อนตำแหน่งไปเล็กน้อย (ประมาณ 2 พิโคเมตร หรือ 2 ส่วนล้านล้านเมตร) การเขยื้อนตำแหน่งชั่วคราวนี้ทำให้ชั้นคอปเปอร์ออกไซด์หนาขึ้นกว่าเดิมโดยปริยาย ระยะห่างระหว่างชั้นคอปเปอร์ออกไซด์จึงถูกบีบให้แคบลง เมื่อระยะห่างลดลง โอกาสที่คู่อิเล็กตรอน Cooper pair จะทะลุวิ่งผ่านผลึกได้ก็ยิ่งมีมากขึ้น พอ Cooper pair วิ่งทะลุได้มากพอ กระแสไฟฟ้าก็จะไหลโดยไร้แรงต้านทาน ผลึก YBCO จึงกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดในชั่วระยะสั้นๆ นี่นับเป็นครั้งแรกที่มีการรายงานสภาพตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและสามารถยืนยันผลได้อย่างเป็นทางการ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
พงษ์แก้ว อุดมสมุทรหิรัญ. (2559). ตัวนำยวดยิ่งพื้นฐาน. กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1
ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1 ()  ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (คำย่อ Tc-สูง หรือ HTS) เป็นวัสดุที่ทำตัวเป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิสูงผิดปกติจากอุณหภูมิเริ่มต้น ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้ถูกค้นพบครั้งแรกโดย Bednorz และ Muller 
ที่ ห้องปฏิบัติการ IBM ที่เมือง Zuich ในปี 1986 โดยได้ตีพิมพ์เป็นผลงานชื่อว่า “ Possible High Superconductivity in System” และในปีถัดมาคือ 1987 พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบครั้งนี้ ซึ่งถือได้ว่าเป็นรางวัลโนเบลที่มีช่วงเวลาการค้นพบถึงเวลาการประกาศได้รับ รางวัลที่สั้นที่สุด ทำให้รู้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมินั้นมีความสำคัญ จึงทำให้มีการศึกษาและค้นคว้าอย่างรวดเร็ว การค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิแสดงถึงความสำคัญของการค้นพบ โดยได้มีคำอธิบายของการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงนี้ว่า 
for their important break-through in the discovery of superconductivity in ceramic materials ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่งมีสมบัติหลายประการที่แตกต่างกันจากสารที่อยู่ในสถานะนำปกติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสมบัติเบื้องต้นของตัวนำยวดยิ่งทั้งแบบเดิมและตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อาทิเช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ สนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไอโซโทป และความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการนำตัวนำยวดยิ่งในสถานะปกติ (อุณหภูมิ T>Tc) ไปวางในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อนๆ พบว่าจะไม่มีปรากฏการณ์พิเศษอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้านำตัวนำยวดยิ่งในสถานะนำยวดยิ่ง (อุณหภูมิ T<Tc) ไปวางในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อนจะมีปรากฏการณ์พิเศษเกิดขึ้น เนื่องจากตัวนำยวดยิ่งที่อยู่ในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน จะแสดงสมบัติเป็นแม่เหล็กไดอาที่สมบูรณ์ (Perfect diamagnet) ทำให้สนามแม่เหล็กภายในตัวนำยวดยิ่งมีค่าเท่ากับศูนย์ เส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากตัวนำยวดยิ่งอย่างสมบูรณ์ จากปรากฏการณ์นี้ถ้าทำการทดลองในแนวดิ่งโดยวางตัวนำยวดยิ่งเหนือแม่เหล็กหรือวางแม่เหล็กเหนือตัวนำยวดยิ่งก็ได้ เมื่อลดอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต เส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกมาจากตัวนำยวดยิ่งทำให้ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กรอบๆ ตัวนำยวดยิ่งมีค่าไม่สม่ำเสมอเกิดแรงผลักขึ้นระหว่างตัวนำยวดยิ่งกับแม่เหล็ก และถ้าวัสดุตัวบนมีน้ำหนักไม่มากนักก็จะสามารถถูกยกลอยขึ้นได้ เรียกว่าเกิด การยกตัวด้วยแม่เหล็ก (Magnetic levitation) ทฤษฎีบีซีเอส
จากการค้นพบปรากฏการณ์ไอโซโทป (Isotope effect) ในปี 1950 Reynolds และคณะ (1950) ได้พบว่าอุณหภูมิและสนามวิกฤตจะมีค่าแปรผันกับมวลของไอโซโทปที่เป็น โครงสร้างของแลกทิซ แต่มวลของอิออนที่เป็นโครงสร้างของแลกทิซมีความสัมพันธ์กับความถี่ การสั่นของแลกทิซด้วย ดังนั้นสภาพนำยวดยิ่งจึงไม่ใช่เกิดจากอิเล็กตรอนแต่เพียง อย่างเดียว แต่ต้องมีอิทธิพลของโฟนอนเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย โดยโฟนอนจะเป็นตัวกลางทำให้อิเล็กตรอน สองตัวที่อยู่ใกล้กันเข้ามาดึงดูดกันในช่วงเวลาสั้น ๆ ด้วยขนาดของแรงที่มีมากกว่าแรงผลัก คูลอมบ์มาก โดยอิเล็กตรอนแต่ละตัวไม่ใช่อิเล็กตรอน อิสระทั่วไปแต่จะเป็นอิเล็กตรอนที่มีพลังงานใกล้ผิวเฟอร์มีเท่านั้น ดังนั้นตัวนำนี้จึงมีลักษณะ เป็นกึ่งอนุภาค (Quasi particle) โดยมีสถานะพื้นของแต่ละคู่ที่มีผลรวมโมเมนตัมและสปินเท่ากับ ศูนย์ เรียกคู่แบบนี้ว่า คู่คูเปอร์ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ปี ค.ศ. 2001 ได้ค้นพบสภาพนำยวดยิ่งใน แมกนีเซียมโบไรด์ MgB2[7] ที่มีอุณภูมิวิกฤติถึง 40 เคลวิน ปี ค.ศ. 2003 สร้างรถไฟฟ้าแมกเลฟ ที่มีความเร็วสูงสุด 581 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปี ค.ศ. 2004 ได้ค้นพบสภาพนำยวดยิ่งในเพชร ที่โด็ปด้วยโบรอน (Boron-droped diamond)[8] ที่มีอุณหภูมิวิกฤติประมาณ 40 เคลวิน ปี ค.ศ. 2008 ได้ค้นพบตัวนำยวดยิ่งในสารประกอบเหล็กพินไตดส์ (Iron-phictides) ซึ่งเป็นตัวนำยวดยิ่งแบบสองแถบพลังงานที่ไม่มีส่วนประกอบของคอปเปอร์ออกไซต์ มีอุณหภูมิวิกฤติไม่สูงมาก[9] แต่มีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤติที่สอง และกระแสไฟฟ้าวิกฤติสูงมาก สภาพนำยวดยิ่ง
5. ตัวนำยวดยิ่งแบบออกไซด์ ปฏิสสาร
ทฤษฎีใหม่ของปฏิสสารเริ่มต้นขึ้นในปี 1928 ด้วยรายงานการวิจัย โดยพอล ดิแรก (Paul Dirac) ดิแรกตระหนักถึงความเป็นไปได้ของหลักสัมพัทธภาพของเขาเวอร์ชันสมการคลื่นชเรอดิงเงอร์ สำหรับอิเล็กตรอนที่คาดการณ์ถึงการมีอยู่ของ แอนติอิเล็กตรอน ซึ่งถูกค้นพบโดย คาร์ล ดี แอนเดอสัน (Carl D. Anderson) ในปี 1932 และตั้งชื่อว่าโพสิตรอน (ศัพท์ย่อของ"อิเล็กตรอนบวก") แม้ว่า โดยส่วนตัวดิแรกเองจะไม่ได้ใช้คำเรียกว่าปฏิสสารก็ตาม แต่มันก็เพียงพอกับการใช้เรียกคุณสมบัติตามธรรมชาติของแอนติอิเล็กตรอน (antielectron) แอนติโปรตอน (antiproton) ฯลฯ ตารางธาตุที่สมบูรณ์ของปฏิสสารได้ถูกสร้างขึ้นโดย ชาร์ล ฌาแน (Charles Janet) ในปี 1929  ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
โดยโลหะที่ทดลองเพิ่มเติมเหล่านี้มีค่าอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ 3.69, 7.26 และ 9.2 เคลวิน ตามลำดับ ในการค้นพบตัวนำยวดยิ่งยุคแรกๆ ค่าอุณหภูมิวิกฤตของสารค่อนข้างต่ำโดยไม่เกิน 10 เคลวิน และเรียกตัวนำยวดยิ่งกลุ่มนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) หรือ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors)
เมื่อตัวนำยวดยิ่งที่ไร้สภาพต้านทานไฟฟ้า จะทำให้กระแสที่ให้เข้าไปไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสไฟฟ้ายืนยง (Persistent Current) หรือกระแสไฟฟ้ายวดยิ่ง (Supercurrent)  อิเล็กตรอน
ระหว่างปี 1838 และปี 1851, นักปรัชญาธรรมชาติชาวอังกฤษนามว่า ริชาร์ด เลมมิ่ง (Richard Laming) ได้พัฒนาแนวความคิดที่ว่าอะตอมประกอบไปด้วยแกนกลางของสสารที่ล้อมรอบไปด้วยหน่วยของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า [5] จากนั้นต่อมา เริ่มต้นในปี 1846 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ วิลเลียม เวเบอร์ (William Weber) ได้นำเสนอทฤษฎีของไฟฟ้าที่ประกอบไปด้วยของเหลวที่มีประจุบวกและประจุลบและการมีปฏิสัมพันธ์กันของประจุทั้งสองนี้ถูกควบคุมโดยกฏกำลังสองผกผัน (inverse square law) หลังจากที่ได้ศึกษาปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) [6] ในปี 1874 นักฟิสิกส์ชาวไอริชชื่อ จอร์จ จอห์นสโตน สโตนี (George Johnstone Stoney) ได้เสนอแนะบอกว่า มีตัวตนของ "ปริมาณที่แน่นอนของกระแสไฟฟ้าแบบเดี่ยว ๆ" ที่เป็นประจุไฟฟ้าของโมโนเวเลนซ์ ไอออน (monovalent ion) ดำรงตัวอยู่ เขาสามารถที่จะประมาณค่าของประจุ e นี้ในเบื้องต้นได้โดยวิธีการของกฎอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ (Faraday's laws of electrolysis) [7] สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
โดยโลหะที่ทดลองเพิ่มเติมเหล่านี้มีค่าอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ 3.69, 7.26 และ 9.2 เคลวิน ตามลำดับ ในการค้นพบตัวนำยวดยิ่งยุคแรกๆ ค่าอุณหภูมิวิกฤตของสารค่อนข้างต่ำโดยไม่เกิน 10 เคลวิน และเรียกตัวนำยวดยิ่งกลุ่มนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) หรือ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors)
เมื่อตัวนำยวดยิ่งที่ไร้สภาพต้านทานไฟฟ้า จะทำให้กระแสที่ให้เข้าไปไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสไฟฟ้ายืนยง (Persistent Current) หรือกระแสไฟฟ้ายวดยิ่ง (Supercurrent)  วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
4. ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
ในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงที่ถูกค้นพบมีมากมายหลายชนิด แต่ในที่นี้จะสนใจเฉพาะตัวนำยวดยิ่งที่มีคอปเปอร์ออกไซด์เป็นองค์ประกอปหลัก ซึ่งนอกจากจะมีอุณหภูมิวิกฤตที่สูงแล้ว ตัวนำยวดยิ่งอุณภูมสูงยังมีสมบัติอีกหลายประการที่แต่ต่างจากตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม ซึ่งพอจะสรุปได้ดังนี้  วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
เนื่องจากความจุความร้อนของอิเล็กตรอนในโลหะในสถานะปกติมีค่าขึ้นกับความหนาแน่นสถานะที่ผิวเฟอร์มิและมวลยังผล จากการทดลองพบว่าความจุความร้อนที่อุณหภูมิต่ำของสารเหล่านี้มีค่ามากกว่าของโลหะปกติถึง 2 หรือ 3 เท่า และยังพบว่าค่าความจุความร้อนนี้เป็นผลที่เกิดจากอิเล็กตรอนในชั้นเอฟ ซึ่งโลหะปกติมักจะเกิดจากอิเล็กตรอนในชั้นดี สารกลุ่มนี้มีมวลยังผลที่มีค่ามากๆ ทำไห้ถูกเรียกว่าตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนัก (Heavy-electron superconductors) และในบางครั้งก็เรียกว่า ตัวนำยวดยิ่งเฟอร์มิออนหนัก (Heavy-Fermion superconductors) พบได้ในสารประกอบ Ube13 (Tc = 0.85 K), CeCu2Si2 (Tc = 0.65 K) และ UPt3 (T3 = 0.54 K) สภาพนำยวดยิ่ง
การค้นพบตัวนำยวดยิ่งในกลุ่มธาตุหายาก (Rare-earth, RE) เช่น สารประกอบ REMoX (X=S หรือ Se) และ XRhB (X=Y,TH หรือ RE) ปรากฏการณ์ไมสเนอร์
ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ () เป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจปรากฏการณ์หนึ่งของตัวนำยวดยิ่ง คือปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ ถ้าสารมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตเมื่อใส่สนามแม่เหล็กเข้าไป เส้นแรงแม่เหล็กจะสามารถทะลุผ่านสารนี้ได้ แต่ถ้าลดอุณหภูมิของสารลงจนกระทั่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต สารจะเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่ง จากนั้นใส่สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปอีกครั้งพบว่าเส้นแรงแม่เหล็กนี้ไม่สามารถทะลุผ่านเข้าไปในเนื้อของตัวนำยวดยิ่งได้ เนื่องจากสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นทำให้เกิดสนาม แม่เหล็กต่อต้านสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใส่เข้าไป เป็นผลให้สนามแม่เหล็กภายในตัวนำยวดยิ่งมีค่าเป็นศูนย์ และทำให้ตัวนำยวดยิ่งมีสมบัติของสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect diamagnetic) ของเหลวผลควบแน่นโพส–ไอน์สไตน์
สสารควบแน่นโพส-ไอน์สไตน์ได้รับการพยากรณ์ว่ามีอยู่จริงโดยไอน์สไตน์ในปี ค.ศ. 1925 หลังจากที่ศึกษาผลงานของสัตเยนทระ นาถ โพส แต่ก็ไม่มีใครทำให้สสารดังกล่าวเกิดขึ้นได้จริงจนกระทั่งถึงปี 1995 ซึ่งส่งผลให้การค้นพบดังกล่าวได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2001 ต้นฉบับงานเขียนของไอน์สไตน์ก็เพิ่งถูกค้นพบอีกครั้งในปี 2005 นี่เอง ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
1. สมบัติของสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจะมีลักษณะขึ้นกับทิศทางเป็นอย่างมาก คือ มีโครงสร้างของอะตอมในผลึกเป็นชั้นๆ และการนำไฟฟ้าในแนวตั้งฉากกับแกนหลักของผลึกเกือบจะไม่มี ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีโครงสร้างการนำไฟฟ้าเกือบเป็น 2 มิติ Technological applications of superconductivity
สิ่งที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงคือ การทนต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งก็สามารถทนได้มากกว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ณ จุดเดือดของฮีเลียมเหลว ก็จะทนต่อสนามความเข้มสูงได้มากกว่าในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ ตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม
ตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ความจุความร้อนจำเพาะ (Specific heat) คือปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุมวล 1 หน่วย มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศา (Serway and Jewett, 2004) ไฮเกอ กาเมอร์ลิง โอนเนิส
ต่อมาในวันที่ 8 เมษายน ค.ศ. 1911 กาเมอร์ลิง โอนเนิสพบว่าที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวิน (-268.95 °ซ) ความต้านทานไฟฟ้าในสายปรอทในฮีเลียมเหลวมีค่าเป็นศูนย์ เขาจึงตระหนักว่าความต้านทานไฟฟ้าจะลดลงเมื่ออุณหภูมิต่ำลง และตีพิมพ์งานวิจัยหลายชิ้นโดยเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "สภาพนำยวดยิ่ง" (superconductivity) ในปี ค.ศ. 1913 กาเมอร์ลิง โอนเนิสได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการศึกษาคุณสมบัติของสารที่อุณหภูมิต่ำและการสร้างฮีเลียมเหลว เมธีนามีน
เมธีนามีน หรือที่เรียกกันเป็นทางการว่า เฮกซะเมทิลีนเตตรามีน ถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวรัสเซีย อเล็กซานเดอร์ บัทเลรอฟ เมื่อ ค.ศ. 1859[4][10][11] โดยถูกเตรียมขึ้นได้จากการทำปฏิกิริยากันระหว่างฟอร์มาลดีไฮด์กับแอมโมเนีย[3] โดยการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถถูกเหนี่ยวนำได้ทั้งในกรณีที่สารตั้งต้นทั้งสองอยู่ในสถาะแก๊สและสารละลาย ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
การ ค้นพบตัวนำยวดยิ่ง ที่มีอุณหหภูมิวิกฤตสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว นำมาซึ่งการตื่นตกใจครั้งใหญ่ในวงการฟิสิกส์เป็นอย่างมาก เพราะยังไม่มีใครที่สามารถค้นพบและระบุได้ชัดเจนมาก่อน และเนื่องจากตัวนำยวดยวดยิ่งเป็นสารที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต และไนโตรเจนเหลวเป็นสารหล่อเย็นที่มีราคาถูก โดย ไนโตรเจนเหลวจะมีราคาประมาณ 1,000 บาทต่อ 100 ลิตร คิดแล้วก็ประมาณลิตรละ 10 บาท ส่วนน้ำดื่มที่ขายเป็นขวดๆละ 1 ลิตรราคาก็เกือบ 10 บาท ดั้งนั้นอาจกล่าวได้ว่าสำหรับประเทศไทยไนโตรเจนเหลว มีราคาถูกพอๆกับน้ำเปล่า และเมื่อมีการใช้งานมากขึ้นราคาก็จะถูกลงได้อีก ดังนั้นจะมีความเป็นไปได้สูงมาก ที่จะใช้ตัวนำยวดยิ่งทำสายไฟในอุปกรณ์ไฟฟ้าและจะไม่มีการสูญเสียพลังงานให้ กับความต้านทานทำให้ได้เครื่องใช้ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่จะมีการสูญเสียพลังงานและค่าใช้จ่ายให้กับไนโตรเจนเหลวแทน และเนื่องจากตัวนำยวดยิ่งยังมีสมบัติอื่นอีก เช่น การลอยตัวนิ่งเหนือแท่งแม่เหล็ก ซึ่งมีการนำไปประยุกต์ทำรถไฟฟ้าได้แล้ว ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงเป็นสารที่ได้รับความสนใจมากๆ นิโคลา เทสลา
ผู้ประดิษฐ์ขดลวดเทสลา (Tesla coil) และค้นพบวิธีการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กเป็นสนามไฟฟ้า จึงเป็นที่มาของหน่วยวัดสนามแม่เหล็กเทสลา ผู้ค้นพบวิธีการสื่อสารแบบไร้สาย (Wireless communication) ผู้ประดิษฐ์หลอดไฟแบบใช้ก๊าซให้แสงสว่าง หรือ หลอดฟลูออเรสเซนต์ ผู้คิดทฤษฎีของเครื่องเรดาร์ ผู้คิดรีโมตคอนโทรล กรดควินิก
หลุยส์ นีกอลา โวเกอแล็ง นักเคมีชาวฝรั่งเศสสกัดกรดควินิกเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1806 ต่อมาในปี ค.ศ. 1863 เอดูอาร์ด เลาเทมันน์ นักเคมีชาวเยอรมันสังเคราะห์สารนี้ได้เป็นคนแรก วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional superconductors) เป็นตัวนำยวดยิ่งที่สามารถใช้ทฤษฎี BCS อธิบายได้ดี ตัวนำยวดยิ่งตัวแรกที่ค้นพบคือปรอทมีอุณหภูมิวิกฤต 4.15 เคลวิน ถูกค้นพบในปี 1911 โดยตัวนำยวดยิ่งในกลุ่มนี้ส่วนใหญ่เป็นธาตุและสารประกอบ เช่น Al มีอุณหภูมิวิกฤต 1.19 เคลวิน, Nb มีอุณหภูมิวิกฤต 9.2 เคลวิน สารประกอบ เช่น CuS มีอุณหภูมิวิกฤต 1.6 เคลวิน โดยสารประกอบที่มีอุณหภูมิวิกฤติสูงสุดคือ Nb3Ge คือมีอุณหภูมิวิกฤต 23.2 เคลวิน ซีนอน
ธาตุซีนอนถูกค้นพบในประเทศอังกฤษโดยนักเคมี Sir William Ramsey และ M.W.Travers เมือ่ปี ค.ศ.1898 ไม่นานหลังจากการค้นพบองค์ประกอบของธาตุคริปทอน และ นีออน พวกเขาก็ได้คิดค้นธาตุซีนอนขึ้นมาในสภาพที่เป็นกากที่เหลือจากการระเหยส่วนประกอบของอากาศภายในของเหลว 
ต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 1930 วิศวกรชาวอเมริกัน แฮโรลด์ เอ็ดเคอร์ตัน ได้มีการเริ่มสำรวจแสงแฟลชเทคโนโลยีเพื่อการถ่ายภาพด้วยความเร็วสูงหลังจากการสำรวจเส็จสิ้นลงทำให้เขาประดิษฐ์ไฟแฟลชของซีนอนที่สร้างโดยกระบวนการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านท่อสั้นๆที่เต็มไปด้วยก๊าซซีนอนขึ้นมา ต่อมาในปี 1934 เอ็ดเกอร์ดันสามารถสร้างไฟกระพริบสั้นๆให้เป็นหนึ่งมิลลิด้วยกระบวนการดังกล่าวได้
ในปี 1939 แพทย์ชาวอเมริกันอัลเบิร์ด จูเนียร์ เริ่มทำการสำรวจสาเหตุของการ"เมา" ในการดำน้ำลงไปในระยะทางที่ลึกมาก ทำให้เขาผ่านการทดสอบเนื่องจากสามารถระงับความรู้สึกเมื่ออยู่ใต้น้ำโดยไม่เมาได้และต่อมาพบว่าเกิดจากนักดำน้ำไม่มีการรับรู้หรือไม่รู้สึกอะไรเลยเมื่ออยู่ในน้ำที่ลึก จากผลการทดลองของอัลเบร์ดอาจอนุมานได้ว่าก๊าซซีนอนสามารถนำมาใช้เป็นยาชาได้
ต่อมาซีนอนได้มีการตีพิมพ์ครั้งแรกว่าสามารถระงับความรู้สึกได้ในปี 1946 โดยนักวิจัยทางการแพทย์อเมริกันจอห์นเอชเรนซ์ซึ่งเขาได้ทำการทดลองในสิ่งมีชีวิตจำพวกหนู ซีนอนถูกนำมาใช้ครั้งแรกในฐานะยาสลบในห้องผ่าตัดในปี 1951 โดยนายแพทย์จ๊วร์ตซีคัลเลน ชาวอเมริกันที่ดำเนินการจนประสบความสำเร็จในห้องผ่าตัดผู้ป่วย วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ในปี ค.ศ. 1933 ไมสเนอร์และออคเซนฟิลด์ (Meissner & Ochsenfeld)[4] พบสมบัติพื้นฐานที่สำคัญของตัวนำยวดยิ่ง คือเมื่อทำให้ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ พบว่าตัวนำยวดยิ่งจะเกิดการเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่งและหากใส่สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไป สนามแม่เหล็กจะไม่สามารถพุ่งผ่านเข้าไปในเนื้อตัวนำได้เนื่องจากสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นทำให้เกิดสนามแม่เหล็กต่อต้านสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใส่เข้าไปเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ (Meissner effect) แต่ในทางกลับกันถ้าตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต ตัวนำยวดยิ่งจะกลายเป็นสภาพเป็นตัวนำปกติ สนามแม่เหล็กจะสามารถทะลุผ่านเข้าไปในเนื้อผิวตัวนำยวดยิ่งได้ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงที่ถูกค้นพบมีมากมายหลายชนิด แต่ในที่นี้จะสนใจเฉพาะตัวนำยวดยิ่งที่มีคอปเปอร์อไซด์เป็นคงประกอบคง ซึ่งนอกจะมีอุณหภูมิวิกฤตที่สูงแล้ว ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงยังมีสมบัติอีกหลายประการที่แตกต่างจากตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม ซึ่งพอจะสรุปได้ดังนี้ (Bums, 1992) ความไม่ต่อเนื่องของเส้นแรงแม่เหล็ก
ในปี ค.ศ. มีการค้นพบความไม่ต่อเนื่องของเส้นแรงแม่เหล็ก (Flux quantization) ในตัวนำยวดยิ่ง โดยนักวิจัยสองกลุ่มคือกลุ่มของ Doll และ Nabauer และกลุ่ม Daver และ Fairbank ซึ่งได้นำตัวนำยวดยิ่งที่ทำเป็นวงแหวนแล้วใส่สนามแม่เหล็กเข้าไปในขณะที่ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิมากกว่าอุณหภูมิวิกฤตสนามแม่เหล็กดังกล่าวพุ่งผ่านตัวนำยวดยิ่งได้ แต่เมื่อลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต แล้วนำสนามแม่เหล็กที่ใส่เข้าไปออก จะพบว่า สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
จากกฎของแอมแปร์(Ampere’ s Law) ที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า จะพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลวนรอบวงแหวนของตัวนำยวดยิ่งที่มีค่าความเหนี่ยวนำตนเอง (L) เมื่อกระแสไฟฟ้ามีค่าลดลงเนื่องจากมีความต้านทานไฟฟ้าจะได้ค่าคงที่เวลา (Time Constant) มีสมการเป็น τ= L/R และพบว่า ค่ากระแสนี้มีระยะเวลาประมาณ 100,000 ปี เมื่อนำมาหาค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า จะได้ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าที่น้อยมากๆ ซึ่งเท่ากับ 10 Ω.m ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้านี้มีค่าน้อยกว่าสถานะปกติ มากกว่า 10 เท่า ซึ่งปกติแล้วสภาพต้านทานไฟฟ้าของทองแดงถือว่าเป็นโลหะนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดชนิดหนึ่ง ณ อุณหภูมิห้องมีค่าประมาณ 10 Ω.m ดังนั้นจึงถือเป็นข้อพิสูจน์ได้อย่างสมเหตุสมผลว่ามีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์จริงในตัวนำยวดยิ่ง นอกจากนี้กระแสยืนยงจะมีอยู่ได้เมื่อค่าของกระแสมีค่าที่ต่ำกว่าค่ากระแสค่าหนึ่งเท่านั้นและถ้ากระแสที่ไหลผ่านมีค่าสูงกว่าค่านี้แล้วจะทำให้สภาพนำยวดยิ่งถูกทำลายกลายสภาพเป็นตัวนำปกติได้ทันที เรียกกระแสที่ทำลายสภาพนำยวดยิ่งนี้ว่า กระแสวิกฤต (Critical Current, J) ค่ากระแสนี้ มีค่าไม่เท่ากันขึ้นกับตัวนำยวดยิ่งแต่ละชนิด
ในปี พ.ศ. 2476 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อไมส์เนอร์ และโอเซนฟิลด์ (Meissner& Ochsenfeld. 1933) ได้ทำการทดลองและพบว่าเมื่อตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กภายนอกกับตัวนำยวดยิ่งนี้ ตัวนำยวดยิ่งจะไม่ยอมให้สนามแม่เหล็กพุ่งผ่านเข้าไปในเนื้อได้เลยและยังผลักสนามแม่เหล็กออกอีกด้วย จึงเรียก ปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์และโอเซนฟิลด์ ต่อมาเรียกสั้นๆ ว่าปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ กระแสเอ็ดดี้
ในตัวนำที่ไม่มี ความต้านทานไฟฟ้า (ตัวนำยิ่งยวด) กระแสเอ็ดดี้ที่พื้นผิวจะกกหักล้างกับสนามภายในตัวนำ ดังนั้นมันจึงไม่มีสนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวนำ เนื่องจากไม่มีพลังงานจะสูญเสียไปในความต้านทาน กระแสเอ็ดดี้ที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อแม่เหล็กถูกนำมาอยู่ใกล้ตัวนำจะยังคงมีอยู่แม้ว่าหลังจากแม่เหล็กอยู่นิ่ง ๆ และสามารถรักษาความสมดุลของแรงโน้มถ่วงได้จริง ที่ช่วยให้เกิด การลอยด้วยแม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวดยังแสดงปรากฏการณ์ควอนตัมโดยเนื้อแท้แยกจากกันอีกด้วยที่เรียกว่า Meissner effect ในปรากฏการณ์นี้เส้นสนามแม่เหล็กใด ๆ ที่ปรากฏอยู่ในวัสดุเมื่อวัสดุกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด เส้นสนามแม่เหล็กจะถูกผลักออก ดังนั้นสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจึงเป็นศูนย์เสมอ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
6. ปรากฏการณ์โจเซฟสัน ตัวนำยวดยิ่งออร์แกนิก
ตัวนำยวดยิ่ง Organic สมการของลอนดอน
สมการของลอนดอน พัฒนาโดยพี่น้อง ฟริตซ์และไฮนซ์ ลอนดอน ในปี ค.ศ. 1935 เกี่ยวข้องกับเรื่องกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในหรือรอบ ๆ ตัวนำยวดยิ่ง กล่าวกันว่าสมการนี้เป็นคำอธิบายปรากฏการณ์สภาพนำยวดยิ่งที่ง่ายที่สุด และสามารถอธิบายปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ได้ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ความพยายามในการสังเคราะห์ตัวนำยวดยิ่งให้มีอุณหภูมิวิกฤตสูงขึ้นโดยใช้เวลาถึง 75 ปี คือตั้งแต่ปี 1911 จนถึงปี 1986 จึงจะสามารถค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้ครั้งแรกในปี 1986 โดยเบทนอร์ซและมูลเลอร์ ในสารประกอบ Ba-La-Cu-O ซึ่งต่อมามีการค้นพบในสารประกอบ Y-Ba-Cu-O และสารประกอบอีกหลายกลุ่มโดยมีองค์ประกอบสำคัญคือระนาบของคอปเปอร์ออกไซด์และมีลักษณะเด่นอีกอย่างหนึ่งคือตัวนำยวดยิ่งชนิดนี้จะมีอุณหภูมิวิกฤตที่สูงมากกว่า 35 เคลวิน ซึ่งเกินขอบเขตของตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมตามทฤษฎี BCS ดังนั้น ตัวนำยวดยิ่งชนิดนี้จึงถูกเรียกว่า ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง และเนื่องจากคอปเปอร์ออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลักที่สำคัญของสภาพนำยวดยิ่ง ดังนั้น ในบางครั้งจึงถูกเรียกว่า ตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท ปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงกำลังเป็นที่สนใจศึกษาของนักวิจัยทั่วโลกเนื่องจากมีสมบัติที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้ง่ายกว่าตัวนำยวดยิ่งชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตามตัวนำยวดยิ่งชนิดนี้ยังมีสมบัติหลายประการที่ไม่มีทฤษฎีใดสามารถอธิบายได้ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
1. ปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสตรง (DC Josephson effect) คือ ปรากฏการณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าแบบไฟฟ้ากระแสตรงไหลผ่านบริเวณรอยต่อแม้ว่าจะไม่มีสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กกระทำต่อระบบเลย Technological applications of superconductivity
สคิดกระแสสลับ
ถูกสร้างขึ้นในปี 1965 โดย โรเบิร์ต เจคเลวิส จอน เจ แลมเบ อาโนด ซิลเวอร์และเจมป์ เอ็ดเวอร์ ไซเมอร์แมน(James Edward Zimmerman) โดยมีหลักการพื้นฐานจาก ปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสสลับ และใช้รอยต่อเพียงรอยต่อเดียว ทำให้มีความไวที่ต่ำกว่า สคิดกระแสตรง แต่ก็มีราคาที่ถูกกว่าและใช้งานได้สะดวกกว่า ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
ในขณะที่ตัวนำยวดยิ่ง "ธรรมดา" หรือโลหะมักจะมีอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง (อุณหภูมิต่ำกว่า) ประมาณ 30 K (-243.2 ° C) แต่ตัวนำยวดยิ่ง HTS นั้นจะถูกสังเกตเห็นได้ที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงสูงที่สุดที่ 138 K (-135 ° C) และหลังจากการค้นพบตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจน เหลวได้แล้ว ต่อมาก็ได้มีพัฒนาการในด้านต่างๆอย่างชัดเจนมากขึ้นอีก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการทดลอง ซึ่งได้มีการพัฒนาจนก้าวหน้าล้ำการศึกษาค้นคว้าในด้านทฤษฎีอย่างเทียบกันไม่ ได้ กล่าวคือตัวนำตัวยวดยิ่งอุณหภูมิสูง(HTS) ที่เตรียมนั้นได้มีสมบัติหลายประการที่ไม่สามารถใช้ทฤษฎี BCS อธิบายได้ และจนถึงปัจจุบันก็ยังไม่มีทฤษฎีใดที่จะสามารถอธิบายตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้อย่างครอบคลุมและชัดเจนได้เลย วิศวกรรมกำลังไฟฟ้า
ไฟฟ้า กลายเป็นเรื่องที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 กับงานของ วิลเลียม กิลเบิร์ต อีกสองศตวรรษ มีการค้นพบที่สำคัญจำนวนมากรวมทั้ง หลอดไฟแบบมีไส้ และแบตเตอรีของโวลตาที่เรียกว่า voltaic pile บางทีการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่เกี่ยวกับวิศวกรรมกำลังไฟฟ้าอาจมาจาก ไมเคิล ฟาราเดย์ ผู้ที่ในปี 1831 ได้ค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำให้เกิด แรงเคลื่อนไฟฟ้า ในขดลวด เป็นหลักการที่รู้จักกันว่าเป็น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ช่วยอธิบายถึงการที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงทำงานได้อย่างไร ปรากฏการณ์โจเซฟสัน
ในปี1973 มีผู้ได้รับรางวัลโนเบล 3คน คือ เบร์น เดวิด โจเซฟสัน ( Brian David Josephson) ลีโอ อีซากิ(Leo Esaki) ไอวา เกียเวอร์(Ivar Giaever) โดยได้รับรางวัล ½,¼,¼ ส่วนตามลำดับ ซึ่งจะพบว่าโจเซฟสันได้รับความสำคัญมากกว่าโดยได้รับรางวัลครึ่งส่วนของปีนั้น(The Nobel Foundation) มีความอธิบายการค้นพบที่ได้รับรางวัลว่า
“for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors , respectively”
โดยโจเซฟสันได้รางวัลสำหรับการศึกษาด้านทฤษฎีของตัวนำยวดยิ่ง เกียเวอร์ได้รางวัลสำหรับการทดลองการทะลุผ่าน (Tunneling) ในตัวนำยวดยิ่งและสารกึ่งตัวนำ ส่วนอีซากิได้รับรางวัลส่วนการทดลองการทะลุผ่านในสารกึ่งตัวนำ
โจเซฟสันเริ่มทำงานวิจัยนี้ขณะที่ยังเป็นนักศึกษาปริญญาเอก โดยมี เบร์น พิพาร์ด (Brian Pippard) เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา แต่ความคิดหลักของงานวิจัยเรื่องการทะลุผ่านี้เกิดจากการที่เขาได้ไปเยี่ยมห้องปฏิบัติการของ ฟิล แอนเดอร์สัน(Phil Anderson) ผู้ที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับการทะลุผ่านของ กระแสยวดยิ่ง(Supercurrent)ซึ่งแอนเดอร์สันแสดงให้เห็นว่าสำหรับระบบที่มีปฏิสัมพันธ์กัน(Correlation) สามารถเกิดสถานะเสมือนในพิกัดตรงข้ามได้
ปรากฏการณ์โจเซฟสัน เป็นปรากฏการณ์ที่สามารถทำให้เกิดได้ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยเป็นปรากฏการณ์ที่คู่คูเปอร์ที่เป็นตัวนำในตัวนำยวดยิ่งสามารถทะลุผ่านฉนวนบางๆที่กันกลางระหว่างตัวนำยวดยิ่งได้ ปรากฏการณ์นีสามารถเกิดขึ้นได้2แบบ คือปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสตรง(DC Josephson effect) และปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสสลับ(AC Josephson effect) วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
การค้นพบตัวนำยวดยิ่งในกลุ่มธาตุโลหะหายาก (Rare-earth, RE) เช่น ในปี 1975-1977 ค้นพบสภาพในยวดยิ่งในสารประกอบเชวรอลเฟส (Chevrel-phase) ใน Re Mo6X8 (X = S หรือ Se) และใน XRh4B4 (X = Y ,Th หรือ RE) ทำให้มีการศึกษาผลของการอยู่รวมกันของสภาพตัวนำยวดยิ่งกับสภาพความเป็นแม่เหล็กมากขึ้น ในสารประกอบ HoMo6S8 จะเป็นตัวนำยวดยิ่งที่ Tc1 1.8 K แต่ที่ Tc2 0.7 K สารจะกลับเป็นสภาพปกติได้อีกครั้งทำให้ได้ชื่อว่า Reentrant superconductor และมี TM ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนของสภาพนำยวดยิ่งกับสภาพแม่เหล็ก สำหรับตัวนำยวดยิ่ง Re Mo6X8 จะมี Tc2 TM ตัวอย่างของสารประกอบกลุ่มนี้อีกตัวคือ ErRh4B4 จากการทดลองสำหรับ ErRh4B4 และ HoMo6S8 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า Tc2 พบว่าสารจะอยู่ในสถานะที่มีสภาพนำยวดยิ่งอยู่ร่วมกันกับสภาพแม่เหล็กเฟร์โร (Ferromagnetic) และในสารประกอบ ErMo6S8 และ SmRh4B4 พบว่ามีสภาพนำยวดยิ่งอยู่รวมกับสภาพแม่เหล็กแอนไทเฟร์โร (Antiferromagnetic) แบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรด
แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด (English: lead–acid battery) สร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1859 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส แกสตัน Planté. แบตเตอรี่ชนิดนี้แบบชาร์จไฟได้ชนิดที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งมีอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักที่ต่ำมาก และอัตราส่วนพลังงานต่อปริมาณที่ต่ำ แต่มีอัตราส่วนกำลังงานต่อน้ำหนักค่อนข้างสูง นั่นหมายถึงมีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟกระชากที่สูง ด้วยคุณสมบัติข้างต้นรวมกับราคาที่ค่อนข้างถูก ทำให้เป็นที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์ที่ต้องใช้กระแสสูงสำหรับการจุดเครื่องยนต์. ตัวนำยวดยิ่ง Heavy-electron
เนื่องจากความจุความร้อนของอิเล็คตรอนในโลหะในสถานะปกติมีค่าขึ่นกับความหนาแน่นสถานะที่ผิวเฟอร์มีและมวลยังผล จากการทดลองพบว่าความร้อนที่อุณหภูมิต่ำของสารเหล่านี้มีค่ามากกว่าของโลหะปกติถึง 2 หรือ 3 เท่า และยังพบว่าค่าความร้อนนี้เป็นผลที่เกิดจากอิเล็กตรอนในชั้น f ซึ่งโลหะปกติมักจะเกิดจากอิเล็กตรอนในชั้น d สารกลุ่มนี้มีมวลยังที่มีค่ามากๆ ทำให้ถูกเรียกว่า "Heavy-electron superconductors" และในบางครั้งก็เรียกว่า "Heavy-Fermion superconductors" พบได้ในสารประกอบ UBe (T=0.85K),CeCuSi (T=0.65K),และ UPt (T=0.54K) สภาพนำยวดยิ่ง
ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional superconductors)เป็นตัวนำยวดยิ่งที่สามารถใช้ทฤษฎีบีซีเอส อธิบายได้ ตัวนำยวดยิ่งตัวแรกที่ค้นพบคือปรอทมีอุณหภูมิวิกฤต 4.15 เคลวิน ถูกค้นพบในปี 1911 โดยตัวนำยวดยิ่งในกลุ่มนี้ส่วนใหญ่เป็นธาตุและสารประกอบเช่น Al มีอุณหภูมิวิกฤต 1.19 เคลวิน, Nb มีอุณหภูมิวิกฤต 9.2 เคลวิน และสารประกอบเช่น CuS มีอุณหภูมิวิกฤต 1.6 เคลวิน โดยสารประกอบที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูงสุดคือ NbG คือมีอุณหภูมิวิกฤต 23.2 เคลวิน วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ถ้านำตัวนำยวดยิ่งรูปวงแหวนมาวางในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก จากนั้นลดอุณหภูมิจนต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วเอาสนามแม่เหล็กออก ตามหลักการเหนี่ยวนำไฟฟ้าของฟาราเดย์จะมีการแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้น จึงมีกระแสไฟฟ้าไหลวนในวงแหวน แต่เนื่องจากตัวนำยวดยิ่งไม่มีความต้านทานไฟฟ้าดังนั้นจึงไม่มีการสูญเสียพลังงาน กระแสไฟฟ้านี้จะสามารถไหลวนอยู่ในวงแหวนได้ตลอดไปโดยไม่สูญหายเรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสยืนยง (Persistent current) (File and Mills, 1963; Buckel, 1991)และฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลวนนี้จะถูกกักอยู่ภายในวงแหวนของตัวนำยวดยิ่ง 3. ปรากฏการณ์ไอโซโทป ซูเปอร์เทสเตอร์
ในปี ค.ศ. 1931 นักเคมีของบริษัทดูป็อนต์ (DuPont) ชื่อว่าอาร์เธอร์ ฟ็อกซ์ ค้นพบว่า บุคคลบางจำพวกบอกว่าสาร phenylthiocarbamide (PTC) มีรสขม แต่บางพวกกลับบอกว่า ไม่มีรส
ในงานประชุมปี ค.ศ. 1931 ของสมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (American Association for the Advancement of Science) ฟ็อกซ์ได้เข้าร่วมงานกับนักพันธุศาสตร์อัลเบิรต์ เบลกสลี ทำการทดลองให้ผู้เข้าประชุมลิ้มรส PTC แล้วพบว่า 65% บอกว่า ขม 28% บอกว่า ไม่มีรสชาติ และ 6% บอกว่า มีรสอื่น
งานวิจัยต่อ ๆ มาพบว่า ความสามารถในการรับรสของ PTC มีเหตุมาจากยีน] วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
การค้นพบตัวนำยวดยิ่งเริ่มต้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1911 หรือกว่า 100 ปีมาแล้ว ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์แบ่งการค้นพบเป็นสองยุค คือ การค้นพบตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม และการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง คู่คูเปอร์
คู่คูเปอร์ (Cooper pair) กลไกของการเกิดสภาพนำยวดยิ่งเกิดจากการดึงดูดกันของอิเล็กตรอนสองตัวภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยอันตรกิริยาแบบดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนสองตัวภายในตัวนำยวดยิ่ง อาศัยโฟนอนเป็นสื่อกลางในการจับคู่อิเล็กตรอน โดยอิเล็กตรอนที่สามารถจะจับคู่กันได้จะต้องมีโมเมนตัมและสปินตรงข้ามกัน ในฟิสิกส์สสารอัดแน่น (condensed matter physics) , คู่คูเปอร์หรือคู่ BCS คือคู่ของอิเล็กตรอน (หรือเฟอร์มิออนอื่น ๆ ) ที่ถูกยึดเหนี่ยวเข้าด้วยกันที่อุณหภูมิต่ำในลักษณะที่มีความแน่นอน ผู้ที่ได้อธิบายในเรื่องนี้ไว้เป็นคนแรกในปี ค.ศ. 1956 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ ลีออน คูเปอร์ (Leon Cooper) คูเปอร์แสดงให้เห็นว่าการดึงดูดขนาดเล็กโดยพลการระหว่างอิเล็กตรอนในโลหะสามารถก่อให้เกิดสถานะจับคู่ของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่ำกว่าระดับพลังงานแฟร์มี วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
M α T c {\displaystyle M^{\boldsymbol {\alpha }}T_{c}} = ค่าคงตัว สแตติน
ในปี คศ. 1973 เอริกะ เอ็นโดะ (Akira Endo) นักชีวเคมีชาวญี่ปุ่น ได้ทำการคัดแยกสารประกอบต่างๆที่ได้จากเชื้อจุลชีพมากกว่า 6000 ชนิด โดยเฉพาะกลุ่มของเชื้อรา และพบว่าสารประกอบ ML-236B (เมวาสแตติน) ที่ถูกสร้างโดยเชื้อ Penicillium citrinum นั้นมีคุณสมบัติในการลดระดับคอเลสเตอรอลและ LDL ในกระแสเลือดทั้งในสัตว์ทดลองและในมนุษย์ แต่การศึกษาถึงผลของสารดังกล่าวในสัตว์ทดลองต่อมาในภายหลังพบว่ามีความเป็นพิษค่อนข้างสูง[28][31] ในปี คศ. 1976 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษกลุ่มหนึ่งก็สามารถแยกสารประกอบที่มีชื่อว่า คอมเพคติน (Compactin) ได้จากสารเมทาบอไลต์ของเชื้อรา Penicillium brevicompactum ซึ่งต่อมาทราบว่าสารดังกล่าวนั้นเป็นสารชนิดเดียวกันกับเมวาสแตติน อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์กลุ่มดังกล่าวนั้นมุ่งเน้นศึกษาคุณสมบัติในการต้านเชื้อราของสารที่ค้นพบเป็นหลัก ไม่ได้มุ่งเน้นศึกษาฤทธิ์ในการยับยั้งเอนไซม์ HMG-CoA reductase แต่อย่างใด[32] ต่อมาในปี คศ. 1978 คณะศึกษาของ Alfred Alberts ได้ค้นพบสารชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับสารประกอบ ML-236B ที่ได้จากกระบวนการการหมักของรา Aspergillus terreus ซึ่งต่อมาสารดังกล่าวถูกเรียกชื่อว่า Mevinolin[33][34] และในช่วงเวลาเดียวกันนี้เอง เอริกะ เอ็นโดะ ก็สามารถคัดแยกสารประกอบที่มีชื่อว่า Monacolin K ซึ่งมีกลไกออกฤทธิ์คล้ายคลึงกับสแตติน ได้จากรา Monascus ruber จากนั้นในปี 1979 เอ็นโดะก็ได้รับสิทธิบัตรในการผลิตสารดังกล่าว และในช่วงปลายปีนั้น ก็ได้มีการค้นพบว่า โดยที่จริงแล้ว Monacolin K และ Mevinolin นั้นเป็นสารประกอบชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในปัจจุบันภายใต้ชื่อว่า โลวาสแตติน[34] วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ตัวนำยวดยิ่งแบบแม่เหล็ก (Magnetic superconductors) นี้ เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีสมบัติเป็นทั้งสมบัติตัวนำยวดยิ่งและสมบัติทางแม่เหล็ก ตัวนำยวดยิ่งแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อตัวนำยวดยิ่งถูกเจือด้วยสารเจือแบบแม่เหล็ก จะมีผลทำให้เกิดสภาพความเป็นแม่เหล็กขึ้นในโครงสร้าง แต่เนื่องจากแม่เหล็กมีผลทำลายสภาพตัวนำยวดยิ่งได้ ดังนั้นจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตมีค่าน้อยกว่าตัวนำยวดยิ่งแบบอื่น นอกจากนี้ยังทำให้เกิดตัวนำยวดยิ่งที่ไม่มีช่องว่างพลังงานได้ (Gapless superconductor) โดยเกิดขึ้นจากการประมาณทางทฤษฎีของอะบิโคซอฟและกอร์คอฟ (Gorkov) ในปี 1961 ทั้งสองได้พิจารณาผลของการแลกเปลี่ยนสปิน (Spin-exchange) ของสารเจือแบบแม่เหล็กที่ไม่เข้มข้นแล้วพบว่ามีผลทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลง โดยที่ความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็กที่เหมาะสมค่าหนึ่งจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลงจนกลายเป็นศูนย์ได้และเมื่อความเข้มของสารเจือมีค่าที่เหมาะสมอีกค่าหนึ่งจะทำให้ช่องว่างพลังงานมีค่าเป็นศูนย์ได้ด้วย ตัวนำยวดยิ่งออร์แกนิก
สารประกอบ Organic ที่แสดงสมบัติเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ ถูกค้นพบครั้งแรกใรทศวรรต 1980 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตน้อยกว่า 1K ซึ่งกลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในสาร Organic นี้เกิดจากการเกิดจากการถ่ายเทประจุ (charge transfer) ระหว่างโมเลกุล Organic cation กับ Inorganic anion complex โดยมี π-orbital ใน cation ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบโลหะขึ้น โครงสร้างหลักที่สำคัญในตัวยวดยิ่ง Organic ถูกเรียกว่า Organic building block คือ bis (ethylenedioxy) Tetrathiafulvalene ซึ่งเขียนย่อๆว่า ET โดยในปี 1983 มีค้นพบ (ET)ReO ที่มี T=2.5K ซึ่งสูงมากแล้วสำหรับตัวนำยวดยิ่งประเภทนี้ ในปัจจุบันมีการค้นพบในสารประกอบ (ET)Cu[N(CN)]Br มี T=11.6K ทำให้แนวคิดเกี่ยวกับตัวนำยวดยิ่ง Organic ที่ต้องมี T ต่ำมากๆเปลี่ยนไป อาเลสซานโดร โวลตา
อาเลสซานโดร เป็นผู้บุกเบิกการผลิตไฟฟ้าและพลังงานซึ่งเป็นเครดิตในฐานะ ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ไฟฟ้าและผู้ค้นพบก๊าซมีเทน เขาได้คิดค้นกองเชื้อเพลิงในปี ค.ศ. 1799 และได้รายงานผลการทดลองของเขาในปี ค.ศ. 1800 ในจดหมายฉบับที่สองถึงประธานาธิบดีแห่งราชสมาคมด้วยการประดิษฐ์นี้ Volta พิสูจน์ให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ทางเคมีและหักล้างทฤษฎีที่แพร่หลายว่ากระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์เท่านั้น สิ่งประดิษฐ์ของ Volta กระตุ้นให้เกิดความตื่นเต้นทางวิทยาศาสตร์และนำไปสู่การทดลองอื่น ๆ ที่นำไปสู่การพัฒนาด้านไฟฟ้าเคมีในที่สุด ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
จากกฎของแอมแปร์(Ampere’ s Law) ที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า จะพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลวนรอบวงแหวนของตัวนำยวดยิ่งที่มีค่าความเหนี่ยวนำตนเอง (L) เมื่อกระแสไฟฟ้ามีค่าลดลงเนื่องจากมีความต้านทานไฟฟ้าจะได้ค่าคงที่เวลา (Time Constant) มีสมการเป็น τ= L/R และพบว่า ค่ากระแสนี้มีระยะเวลาประมาณ 100,000 ปี เมื่อนำมาหาค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า จะได้ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าที่น้อยมากๆ ซึ่งเท่ากับ 10 Ω.m ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้านี้มีค่าน้อยกว่าสถานะปกติ มากกว่า 10 เท่า ซึ่งปกติแล้วสภาพต้านทานไฟฟ้าของทองแดงถือว่าเป็นโลหะนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดชนิดหนึ่ง ณ อุณหภูมิห้องมีค่าประมาณ 10 Ω.m ดังนั้นจึงถือเป็นข้อพิสูจน์ได้อย่างสมเหตุสมผลว่ามีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์จริงในตัวนำยวดยิ่ง นอกจากนี้กระแสยืนยงจะมีอยู่ได้เมื่อค่าของกระแสมีค่าที่ต่ำกว่าค่ากระแสค่าหนึ่งเท่านั้นและถ้ากระแสที่ไหลผ่านมีค่าสูงกว่าค่านี้แล้วจะทำให้สภาพนำยวดยิ่งถูกทำลายกลายสภาพเป็นตัวนำปกติได้ทันที เรียกกระแสที่ทำลายสภาพนำยวดยิ่งนี้ว่า กระแสวิกฤต (Critical Current, J) ค่ากระแสนี้ มีค่าไม่เท่ากันขึ้นกับตัวนำยวดยิ่งแต่ละชนิด
ในปี พ.ศ. 2476 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อไมส์เนอร์ และโอเซนฟิลด์ (Meissner& Ochsenfeld. 1933) ได้ทำการทดลองและพบว่าเมื่อตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กภายนอกกับตัวนำยวดยิ่งนี้ ตัวนำยวดยิ่งจะไม่ยอมให้สนามแม่เหล็กพุ่งผ่านเข้าไปในเนื้อได้เลยและยังผลักสนามแม่เหล็กออกอีกด้วย จึงเรียก ปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์และโอเซนฟิลด์ ต่อมาเรียกสั้นๆ ว่าปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ สภาพนำยวดยิ่ง
ในปี 1986 มีการค้นพบตระกูลวัสดุเซรามิค cuprate-perovskite ที่รู้จักกันดีในชื่อของ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (High temperature superconductor) โดยมีอุณหภูมิวิกฤตประมาณ 90 เคลวิน อย่างไรก็ตามอุณหภูมินี้ก็สูงเพียงพอที่จะนำมาใช้งานโดยหล่อเย็นด้วยไนโตรเจนเหลว (77 เคลวิน) ที่มีราคาไม่แพงมากนัก ทำให้สารชนิดนี้เป็นที่น่าสนใจและนำมาสู่การวิจัยค้นคว้าสภาพนำยวดยิ่งกันอย่างแพร่หลาย สารชนิดนี้เป็นปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีที่มีอยู่ในปัจจุบัน แอลเอสดี
ในตอนแรกอาร์เธอร์ สตอลล์ นักวิจัยของบริษัทแซนดอสได้ทำการแยกสารชนิดหนึ่งออกมาจากเชื้อราบนเมล็ดข้าวไรย์ และได้เรียกสารชนิดนี้ว่า "กรดไลเซอร์จิก" (Lysergic acid) และเพื่อนร่วมงานชื่ออัลเบิร์ต ฮอฟมานน์ได้ทำการสังเคราะห์ลักษณะโมเลกุลของกรดไลเซอร์จิกขึ้นมาโดยไม่ต้องใช้เชื้อราในปี ค.ศ. 1938 และได้เรียกว่า "แอลเอสดี" (LSD) ซึ่งรู้จักกันไปทั่วในวงการยาเสพติด คิวเพรต
ตัวนำยวดยิ่งของสารกลุ่มใหม่ที่มีองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) เป็นองค์ประกอบเรียกว่า คิวเพรต (Cuprate) และเป็นสารตัวแรกที่เป็นสารประกอบของ (LaBaCuO) ซึ่งเป็นสารประกอบประเภทเซรามิกคือที่อุณหภูมิห้องสารจะมีสภาพเป็ฉนวนไฟฟ้า การนำไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นในระนาบของคอปเปอร์ออกไซด์โดยมีอิเล็กตรอนของอะตอมของคอปเปอร์เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดสภาพนำยวดยิ่ง การลดอุณหภูมิลงจะทำให้โครงสร้างของผลึกเปลี่ยนไป ระนาบคอปเปอร์ออกไซต์ที่มีในโมเลกุลจึงมีความสำคัญโดยตรงกับสภาพนำยวดยิ่ง จึงกล่าวได้ว่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนในตัวนำยวดยิ่งเป็นแบบสองมิติ ซึ่งกลุ่มคิวเพร์ทตัวแรก ก็คือ Ba-La-Cu-O ที่ถูกพบโดย เบทนอร์ซและมูลเลอร์ และสารต่อมาก็คือ La-Sr-Cu-O โดย ทากากิ และสารประกอบ Y-Ba-Cu-O โดยชูและคณะ ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 2
แนวคิดของ ตัวนำยวดยิ่งทั้งสองชนิด ถูกเสนอโดยเลฟ แลนเดา (Lev Landau) และวิแทลลี จินซ์เบิร์ก (Vitaly Ginzburg) ในรายงานวิจัยของพวกเขาเกี่ยวกับทฤษฎีจินซ์เบิร์ก-แลนเดา (Ginzburg-Landau theory) ในการถกเถียงกันของพวกเขานั้น ตัวนำไฟฟ้าชนิดที่ 1 มีพลังงานอิสระเชิงบวกของตัวนำไฟฟ้าขอบเขตโลหะปกติ ในปี ค.ศ. 1935 จูบินิน (Rjabinin), เลฟ เชฟนิคอฟ (Lev Shubnikov) ได้ทำการทดลองและค้นพบตัวนำยวดยิ่งประเภทที่ 2 ในห้องทดลองความเย็นยิ่งยวด หรือ ไครโอเจนิค (cryogenic laboratory) ที่ศูนย์วิทยาศาสตร์แห่งชาติสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งคาร์คิฟในเมืองคาร์คอฟ (the National Scientific Center Kharkiv Institute of Physics and Technology in Kharkov) ในยูเครน ได้ให้คำอธิบายไว้อย่างครอบคลุมไว้ในหนังสือที่มีชื่อว่า "ความไม่เป็นเชิงเส้นในสภาพนำยวดยิ่งของคลื่นไมโครเวฟ" (Nonlinearities in Microwave Superconductivity), ที่ร่วมเขียนโดย ดิมิทรี โอ เลเดนเยฟ (Dimitri O. Ledenyov) และ วิคเตอร์ โอ เลเดนเยฟ (Viktor O. Ledenyov) วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
แม้ว่าการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงในสารประกอบคอปเปอร์ออกไซด์ จะเป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง แต่ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงไม่ใช่ตัวนำยวดยิ่งที่มีออกไซด์เป็นองค์ประกอบตัวแรกที่มีการค้นพบ โดยสารประกอบออกไซด์ตัวแรกที่มีการค้นพบ คือ Sr TiO3-x ในปี 1965 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตที่ค่อนข้างต่ำ และในปี 1986 คือ Ba (Pb1-xB1x) O3 ที่มี Tc = 13 K ที่ x=0.25 จากการทดลองในปี 1988 พบว่าสารประกอบออกไซด์กลุ่มนี้ที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูงที่สุดคือ (K0.4Ba0.6) BiO3 มี Tc 30 K ซึ่งมีโครงสร้างแบบเฟอร์รอฟสไกป์เช่นเดียวกับตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท แต่มีอุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำกว่ามาก เรียกตัวนำยวดยิ่งนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม (Earlier oxide superconductors) ซึ่งปัจจุบันยังไม่พบความสัมพันธ์กับตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ททำให้ไม่สามารถสรุปได้ว่า ทำไมสารประกอบออกไซด์กลุ่มคิวเพร์ทเท่านั้นที่ให้อุณหภูมิวิกฤตได้สูงที่สุดซึ่งสารประกอบออกไซด์ตัวอื่นไม่สามารถทำได้ อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
อิเล็กทรอนิกส์กำลังเริ่มต้นด้วยการพัฒนาของตัวเรียงกระแสที่ทำจากวาล์วปรอทประกายไฟโค้ง (English: Mercury-Arc Valve Rectifier) ที่ถูกประดิษฐ์คิดค้นโดยปีเตอร์ คูเปอร์ เฮวิตต์ในปี ค.ศ.1902 มันถูกใช้ในการแปลงไฟฟ้​​ากระแสสลับ (AC) ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่แรงดันสูง หลังปี 1920 มีการวิจัยต่อเนื่องโดยการใช้ thyratrons และปรอทวาล์วอาร์กแบบควบคุมด้วยกริดในการส่งกำลังไฟฟ้​​า (power transmission) จากนั้น Uno Lamm ได้พัฒนาวาล์วที่ทำด้วยขั้วไฟฟ้าเป็นชั้นๆมาแทนที่วาล์วปรอทในระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง ในปี ค.ศ.1933 วงจรเรียงกระแสด้วยซีลีเนียมก็ถูกประดิษฐ์ขึ้น[1] ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
Nagamatsu, J. et al.2001. Nature(London) 401:63-64 โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ด
โรเบิร์ต ฮัทชิงส์ ก็อดเดิร์ด (; 5 ตุลาคม ค.ศ. 1882 - 10 สิงหาคม ค.ศ. 1945) เป็นอาจารย์และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่ริเริ่มการค้นคว้าจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวในการควบคุม เขายิงจรวดลำแรกของโลกที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวเมื่อวันที่ 16 มีนาคม ค.ศ. 1926 จากนั้นระหว่างปี ค.ศ. 1930-1935 เขาทดสอบยิงจรวดหลายลำที่ทำความเร็วได้สูงสุดถึง 885 กิโลเมตร/ชั่วโมง (550 ไมล์ต่อชั่วโมง) งานของเขานับเป็นการปฏิวัติในวงการสำรวจอวกาศ แต่ทฤษฎีของเขามักถูกเยาะเย้ยถากถางและได้รับการสนับสนุนค่อนข้างน้อย ต่อมาในภายหลังเขาจึงได้รับยกย่องให้เป็นหนึ่งในสามของบิดาแห่งวิทยาการจรวด ซูเปอร์เทสเตอร์
ในคริสต์ทศวรรษที่ 1960 โรแลนด์ ฟิชเช่อร์ เป็นบุคคลแรกที่เชื่อมความสามารถในการลิ้มรส PTC และสารประกอบที่เกี่ยวข้องกันคือ propylthiouracil (PROP) กับความชอบใจในอาหารและกับรูปร่างของร่างกาย
ปัจจุบันนี้ PROP ได้แทนที่ PTC เพื่อใช้ในงานวิจัยเกี่ยวกับการลิ้มรสเพราะ PTC มีกลิ่นกำมะถันเล็กน้อย และเพราะความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของ PTC สภาพนำยวดยิ่ง
สารประกอบตัวแรกที่มีการค้นพบคือ SrTiO ในปี 1965 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตค่อนข้างต่ำและในปี 1986 คือ Ba(PbB)O ที่มี T = 13 เคลวิน ที่ x = 0.25 จากการทดลองในปี 1988 พบว่าสารประกอบออกไซด์กลุ่มนี้ที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูงที่สุดคือ (KBa)BiO มี T ≈ 30 เคลวิน ซึ่งมีโครงสร้างแบบเฟอร์รอฟสไกป์เช่นเดียวกับตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท แต่มีอุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำกว่ามากเรียกตัวนำยวดยิ่งนี้ว่า ตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม  วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
2. ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง สภาพนำยวดยิ่ง
มีการค้นพบพวกตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนัก ไม่เป็นสปินแบบซิงเลต ไม่ขึ้นกับทิศทาง ไม่เป็นตัวนำยวดยิ่งแบบคลื่นเอส และอธิบายด้วยทฤษฎีบีซีเอส ไม่ได้ โดยพบว่ากลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่ง อาจจะไม่เกิดจากอันตรกิริยาอิเล็กตรอนกับโฟนอน ในบางครั้งตัวนำยวดยิ่งประเภทนี้อาจถูกเรียกว่า ตัวนำยวดยิ่งกลุ่มเฟอร์มิออนหนัก สภาพนำยวดยิ่ง
สภาพนำยวดยิ่ง () เป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นกับวัสดุบางชนิด ณ อุณหภูมิที่ต่ำมาก จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ และไม่มีสนามแม่เหล็กภายในวัสดุนั้น และเรียกสารที่มีสมบัติเช่นนี้ว่าตัวนำยวดยิ่ง (superconductor) สภาพนำยวดยิ่ง
"สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง" มีหลายประการ เช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ ปรากฏการณ์ไอโซโทป ความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก การกระโดดของค่า ความร้อนจำเพาะ ปรากฏการโจเซฟซัน ช่องว่างพลังงาน พีคโคเฮียเรนซ์ ลำดับสิ่งประดิษฐ์ของสหรัฐ (หลัง ค.ศ. 1991)
Fermionic condensate เป็น สถาณะของเหลวยิ่งยวด (English: superfluid) ที่รวมตัวกันขึ้นมาจากอนุภาค fermionic ที่อุณหภูมิต่ำ ครั้งแรกของatomic fermionic condensate ถูกคิดค้นโดย เดบอราห์ เอส จิน ในปี 2003.[34] วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
5. ตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนัก สภาพนำยวดยิ่ง
สามารถพบได้ในสารประกอบ UBe (T = 0.85 เคลวิน) CeCuSi (T = 0.65 เคลวิน) และ UPt (T = 0.54เคลวิน) โดยมีสมบัติคือ ความจุความร้อนที่อุณหภูมิต่ำจะมีค่ามากกว่าของดลหะปกติถึง 2 ถึง 3 เท่า โดยเกิดจากอิเล็กตรอนชั้นเอฟ (f-electron) ความจุความร้อนจำเพาะของอิเล็กตรอนที่สถานะปกติ (Cen) จะมี Cen แปรผันตรงตาม N (Ef) และแปรผันตรงตาม m^*^3/2 เมื่อ N (E) คือ ความหนาแน่นสถานะที่ผิวเฟอร์มิ และ m^* คือ มวลยังผล เนื่องจากสารเหล่านี้มีค่า Cen มาก ดังนั้น m^* ของสารเหล่านี้จึงมีค่ามากด้วย ทำให้ถูกเรียกว่า " อิเล็กตรอนหนัก " ในสาร NbBeB USn และ UCd นอกจากเป็นอิเล็กตรอนหนักแล้ว ยังพบสมบัติการเป็นแม่เหล็กด้วย สภาพนำยวดยิ่ง
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจหนึ่งของตัวนำยวดยิ่ง คือ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก ที่เรียก ว่า ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ โดยถ้านำก้อนของตัวนำยวดยิ่งในสถานะปกติไปวางใน สนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และให้อุณหภูมิมากกว่าอุณหภูมิวิกฤต จะไม่มีปรากฏการณ์พิเศษอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้านำก้อนของตัวนำยวดยิ่งในสภาพนำยวดยิ่งไปวางในสนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และให้อุณหภูมิน้อยกว่าอุณหภูมิวิกฤตตัวนำ จะประพฤติตัวเป็นแม่เหล็กไดอาที่สมบูรณ์ จะทำให้มีสนามแม่เหล็กภายในตัวนำจะเท่ากับศูนย์ และเส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากตัวนำ High-temperature superconductivity
ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง คือวัสดุที่ประพฤติตัวเป็นสารตัวยวดยิ่งที่อุณหภูมิสูงกว่า 35 K ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงถูกคิดค้นครั้งแรกโดยเบทนอร์ซ (Georg Bednorz) และมูลเลอร์ (K. Alex Müller), ที่ห้องปฏิบัติการ IBM ที่เมืองซุริคในปี 1986 และในปีถัดมาคือ 1987 พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบในครั้งนี้ ซึ่งถือได้ว่าเป็นรางวัลโนเบลที่มีช่วงเวลาการค้นพบถึงเวลาการประกาศได้รับรางวัลที่สั้นที่สุด แสดงถึงความสำคัญในดารค้นพบที่มีมากๆเช่นดียวกัน โดยมีคำอธิบายการค้นพบว่า "for their important break-through in the discovery of superconductivity in ceramic materials" ยาไอซ์
แอมเฟตามีน เป็นสารที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นมาในปี ค.ศ. 1887 โดย นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ เอเดเลียโน (Edeleno) ในรูปของแอมเฟตามีนซัลเฟต (Amphetamine Sulphate) ต่อมาในปี ค.ศ. 1888 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น ก็สามารถ สังเคราะห์อนุพันธ์ของแอมเฟตามีนได้อีกตัวหนึ่งคือ เมทแอมเฟตามีน (Methamphetamine) ซึ่งมีผลต่อระบบ ประสาทส่วนกลางได้รุนแรงกว่า ของไหลยวดยิ่ง
ในปี 1937 มีการค้นพบปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "ของไหลยวดยิ่ง"ในฮีเลียมเหลว จากการทำการทดลองลดอุณหภูมิลงจนก๊าซฮีเลียมกลายเป็นของเหลว และเมื่อลดอุณหภูมิลงต่อไปอีกจนถึงจุดหนึ่งของเหลวนั้นจะมีสภาพเป็นของเหลวที่ไม่มีความหนืดเกิดขึ้น การค้นพบครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงของตัวนำยวดยิ่งและของไหลยวดยิ่ง กล่าวคือ ตัวนำยวดยิ่งเกิดจากการที่วัสดุไม่มีความต้านทาน ส่วนของไหลยวดยิ่งเกิดจากของเหลวไม่มีความหนืด ความหนืดและความต้านทานมีความหมายทางฟิสิกส์ที่สอดคล้องกัน โรแบร์ท บุนเซิน
โรแบร์ท วิลเฮ็ล์ม เอเบอร์ฮาร์ท บุนเซิน () เป็นนักเคมีชาวเยอรมัน เขาศึกษาสเปกตรัมการแผ่ของวัตถุที่ได้รับความร้อน เป็นผู้ค้นพบซีเซียม (ค.ศ. 1860) และรูบิเดียม (ค.ศ. 1861) ร่วมกันกับกุสทัฟ เคียร์ชฮ็อฟ บุนเซินพัฒนากระบวนวิธีวิเคราะห์ก๊าซขึ้นมากมาย เป็นผู้บุกเบิกในสาขาเคมีเชิงแสง (photochemistry) และยังริเริ่มการศึกษาในสาขา organoarsenic chemistry บุนเซินกับผู้ช่วยในห้องทดลองของเขา คือปีเตอร์ เดซาก ร่วมกันพัฒนาตะเกียงบุนเซินขึ้นเป็นอุปกรณ์ให้ความร้อนที่ดีกว่าอุปกรณ์เดิม ๆ ในห้องทดลอง รางวัลบุนเซิน-เคียร์ชฮ็อฟเป็นรางวัลที่ตั้งขึ้นตามชื่อของเขากับเพื่อนร่วมงานคือ กุสทัฟ เคียร์ชฮ็อฟ สุทัศน์ ยกส้าน
ศาสตราจารย์ สุทัศน์ ยกส้าน (เกิดเมื่อ 10 กรกฎาคม พ.ศ. 2488) นักวิทยาศาสตร์สาขา ฟิสิกส์ชาวไทย มีผลงานด้านฟิสิกส์ทฤษฎีอธิบายสมบัติพื้นฐานบางประการของสภาพนำยิ่งยวด ท่านได้รับรางวัลรางวัลนักวิทยาศาสตร์ดีเด่น ปี พ.ศ. 2530 ในสาขาฟิสิกส์ทฤษฎี ปัจจุบันทำงานในตำแหน่งผู้เชี่ยวชาญพิเศษ สสวทและตำแหน่งกรรมการผู้ทรงคุณวุฒิด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในคณะกรรมการติดตามและประเมินผลการสนับสนุนการวิจัย
ศาสตราจารย์ ดร. สุทัศน์ ยกส้าน มีผลงานวิจัยที่ลงพิมพ์ในวารสารต่างประเทศถึง 37 เรื่องได้รับการยอมรับเข้าเป็นสมาชิกในสมาคมวิชาการระดับนานาชาติ อาทิเช่น ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
นักฟิสิกส์ได้ศึกษาะาตุต่างๆและพบว่าสมบัติของการเป็นตัวนำยวดยิ่งสามารถพบได้ในโลหะหลายชนิด (Buckel, 1991; Owens and Pool, 2002) ซึ่งธาตุส่วนใหญ่มีอุณหภูมิวิกฤติไม่เกิน 10 เคลวิน ในบางธาตุสามารถมีอุณภูมิสูงขึ้นได้เมื่ออยู่ในฟิล์มบาง และมีเพียงธาตุซีเซียมตัวเดียวที่สามารถแสดงสมบัติการเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ เยินส์ ยาคอบ แบร์ซีเลียส
แบร์ซีเลียสได้รับการยกย่องให้เป็นหนึ่งใน "บิดาแห่งวิชาเคมียุคใหม่" ร่วมกับโรเบิร์ต บอยล์, จอห์น ดาลตันและอ็องตวน ลาวัวซีเย เขามีผลงานหลายอย่าง เช่น พัฒนาระบบสูตรเคมี (แต่แบร์ซีเลียสใช้ตัวยก (HO) แทนตัวห้อย (HO) แบบในปัจจุบัน), ค้นพบธาตุซิลิคอน, ซีลีเนียม, ทอเรียม, ซีเรียม, คิดค้นคำว่า "catalysis", "polymer", "isomer" และ "allotrope" เป็นต้น ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่นิยมใช้ในการทดสอบว่าสารมีสภาพนำยวดยิ่งซึ่งเกิดขึ้น จากการให้สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปในขณะที่สารมีสภาพนำยวดยิ่ง สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ให้เข้าไปจึงทำให้สนามแม่เหล็กภายในของสารนั้นมีค่าเป็นศูนย์
จากปรากฏการณ์ข้างต้นจึงจัดว่าตัวนำยวดยิ่งมีคุณสมบัติเป็นสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect Diamagnetic) การค้นหาสมบัติยังคงมีอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2498 เดเวอร์และแฟร์แบงค์ (Deaver & Fairbank. 1961) ได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็กของตัวนำยวดยิ่งอีกประการหนึ่ง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็กแบบ ควอนไทด์เซชัน (Flux Quantization) โดยการนำตัวนำยวดยิ่งมาทำเป็นรูปวงแหวนและให้สนามแม่เหล็กเข้าไป ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต สนามแม่เหล็กจะสามารถพุ่งผ่านตัวนำยวดยิ่งได้และถ้าลดอุณหภูมิของวงแหวนให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กเข้าไปอีกครั้ง สนามแม่เหล็กดังกล่าวจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไหลวนในวงแหวนและจะสร้างสนามแม่เหล็กพุ่งผ่านตรงช่องว่างของวงแหวน
เป็นปรากฏการณ์จากการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กับมวลไอโซโทป (M) ค่าต่างๆของตัวนำยวดยิ่ง พบว่าสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมาการ  วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ปรากฏการณ์โจเซพสันเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการนำตัวนำยวดยิ่งต่างชนิดกันมาวางประกบกันโดยมีฉนวนบางๆ คั่นอยู่ตรงกลางแล้วสามารถเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านฉนวนได้ เมื่อตัวนำยวดยิ่งอยู่ในสถานะนำยวดยิ่ง ทั้งนี้เกิดจากการที่ตัวนำไฟฟ้าในตัวนำยวดยิ่งเกิดจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนและในตัวนำยวดยิ่งต่างชนิดจะมีเฟสของตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ตรงกัน ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทะลุผ่านแผ่นฉนวนได้โดยสามารถแบ่งเป็น 2 รูปแบบ คือ (Kittel, 1991) แอสไพริน
เอ็ดเวิร์ด สโตน แห่งวิทยาลัยวอแดม (Wadham College) มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด ค้นพบส่วนประกอบกัมมันต์ของแอสไพรินครั้งแรกจากเปลือกต้นวิลโลว์ใน ค.ศ. 1763 เขาค้นพบกรดซาลิไซลิก เมทาบอไลต์กัมมันต์ของแอสไพริน เฟลิกซ์ ฮอฟฟ์มันน์ นักเคมีแห่งบริษัทไบเออร์ เอจี ประเทศเยอรมนี สังเคราะห์แอสไพรินครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1897 แอสไพรินเป็นยารักษาโรคที่ใช้กันกว้างขวางที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง โดยมีการบริโภคประมาณ 40,000 ตันต่อปี ในประเทศซึ่ง "แอสไพริน" เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนของบริษัทไบเออร์ ชื่อสามัญคือ กรดซาลิซิลิก แอสไพรินอยู่ในรายการตัวแบบยาจำเป็นขององค์การอนามัยโลก (WHO Model List of Essential Medicines) ซึ่งเป็นยารักษาโรคสำคัญที่สุดซึ่งจำเป็นในระบบสุขภาพพื้นฐาน ตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม
แม้ว่าการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงในสารประกอบ Cuprate (Cu-O) จะเป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง แต่ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงไม่ใช่ตัวนำยวดยิ่งที่มีออกไซด์เป็นองค์ประกอบตัวแรกที่มีการค้นพบ โดยสารประกอบออกไซด์ตัวแรกที่มีการค้นพบ คือ SrTiO ในปี 1965 โดยมี T ที่ค่อนข้างต่ำและในปี 1986 คือ Ba(PbB)O ที่มี T=13K ที่ x=0.25 จากการทดลองพบว่าสารประกอบออกไซด์กลุ่มนี้ที่มี T สูงที่สุดคือมี (KBa)BiO มี T≈30K ในปี 1988 ซึ่งมีโครงสร้างแบบ Perovskite เช่นเดียวกับพวก คิวเพรท แต่มี T ต่ำกว่ามาก เรียกตัวนำยวดยิ่งนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งออกไซด์แบบเดิม (Earlier oxide superconductors) ซึ่งปัจจุบันยังไม่พบความสัมพันธ์กับพวก Cuprate ทำให้ไม่สามารถสรุปได้ว่า ทำไมสารประกอบออกไซด์กลุ่ม Cuprate เท่านั้น ที่ให้ T ได้สูงที่สุด ซึ่งสารประกอบออกไซด์ตัวอื่นไม่สามารถทำได้ วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ตัวนำยวดยิ่งเป็นวัสดุที่มีสมบัติทางด้านฟิสิกส์ของแข็ง (Solid-state physics) ที่โดดเด่นกว่าวัสดุชนิดอื่นสองด้านสำคัญ คือ สมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็ก ในระยะแรกการค้นพบตัวนำยวดยิ่งจะพบอยู่เฉพาะในรูปแบบของโลหะบริสุทธิ์ ต่อมามีการค้นพบที่หลากหลายขึ้น ได้แก่ ตัวนำยวดยิ่งแบบโลหะ โลหะผสมหรือแม้แต่เซรามิก ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
ตัวนำยวดยิ่งในสารประกอบ A-15 กลุ่ม AB นี้เป็นตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมที่ให้อุณหภูมิวิกฤติสูงที่สุด สารกลุ่มนี้ถูกเรียกชื่อตามระบบการแบ่งโครงสร้างผลึกแบบเก่า การแบ่งโครงสร้างผลึกแบบนี้จะกำหนดให้ อักษร A แทนธาตุ อักษร B แทนสารประกอบ AB อักษร C แทนสารประกอบ AB และอักษร D แทน AB และจะมีอักษรเพิ่มขึ้น ถ้าสารประกอบนั้นประกอบด้วยจำนวนธาตุมากขึ้น วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
ตัวนำยวดยิ่งที่มีการค้นพบล่าสุดคือตัวนำยวดยิ่งที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบซึ่งมีเหล็กออกไซด์เป็นองค์ประกอบลัก เช่น LaFePO และ LaFeAsO ที่มีการเจือฟลูออรีนแสดงสมบัติการเป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 4 เคลวิน และ 26 เคลวิน ตามลำดับ โดยมีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤตที่สองและกระแสไฟฟ้าวิกฤตที่สูงมากทำให้เป็นตัวนำยวดยิ่งที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในปัจจุบัน วัสดุตัวนำยวดยิ่ง
สารประกอบอินทรีย์ (Organic) ที่แสดงสมบัติเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ ถูกค้นพบครั้งแรกในทศวรรษ 1980 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตน้อยกว่า 1 เคลวิน ซึ่งกลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในสารประกอบอินทรีย์นี้เกิดจากการถ่ายเทประจุ (Charge transfer) ระหว่างโมเลกุลแคทไอออนของสารประกอบอินทรีย์ (Organic cation) กับแอนไอออนของสารที่ไม่ใช่สารประกอบอินทรีย์ (Anion) โดยมี ออบิทอลในแคทไอออนทำให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบโลหะขึ้น โครงสร้างหลักที่สำคัญในตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์ ถูกเรียกว่าบล็อกการสร้างของสารประกอบอินทรีย์ (Organic building block) หรือ bis (ethylenedioxy) Tetrathiafulvalene ซึ่งเขียนย่อว่า ET โดยในปี 1983 มีการค้นพบ (ET)2 ReO4 ที่มีอุณหภูมิวิกฤต 2.5 เคลวิน ซึ่งสูงมาก แล้วในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งประเภทนี้มีการค้นพบในสารประกอบ (ET)2 Cu [N(CN)2] Br มีอุณหภูมิวิกฤต 11.6 เคลวิน ทำให้แนวคิดเกี่ยวกับตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์ที่มีอุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำมากๆ เปลี่ยนไป ของไหลยวดยิ่ง
ของไหลยวดยิ่ง เป็นสภาพของสสารที่ประพฤติเหมือนเป็นของไหลโดยมีความหนืดเป็นศูนย์ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิห้อง
ปัจจุบันเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดจำเป็นจะต้องทำกันในอุณหภูมิที่ต่ำมากๆ แม้แต่สิ่งที่เรียกกันว่า "ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง" ก็ยังมีอุณหภูมิวิกฤติของการเปลี่ยนสภาพการนำไฟฟ้าอยู่ที่ระดับหลักติดลบร้อยองศาเซลเซียส สภาพตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใฝ่ฝันมาเนิ่นนานแล้ว หากเราค้นพบวิธีที่ทำให้สภาพตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องของ YBCO อยู่ในนานขึ้นถึงในระดับที่ใช้งานได้ มันก็จะพลิกโฉมเทคโนโลยีอีกหลายสาขาเลย
ตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิห้อง () เป็นสมมุติฐานของวัสถุตัวนำยวดยิ่งที่จะมีอุณหภูมิวิกฤตที่มีค่าเหนืออุณหภูมิห้อง 0° (273.15 K) ในปัจจุบันพบว่าอุณหภูมิวิกฤตที่ค้นพบในตัวนำยวดยิ่งในปังจจุบันทีค่าสูงถึง ‑135 °C (138 K) and 164K ภาตใต้เงื่อนไขของความดัน นิโคลา เทสลา
แม้เทสลาจะเป็นผู้คิดค้นสัญญาณวิทยุ การค้นพบหลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ผลงานที่ทำให้เขาเป็นที่รู้จักกันดีคือ การค้นคว้าพัฒนาไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งในขณะนั้นมีการแข่งขันกับไฟฟ้ากระแสตรงที่ถูกพัฒนาขึ้นมา โทมัส เอดิสัน แต่ในที่สุดไฟฟ้ากระแสสลับก็ได้รับความนิยมมากกว่า เพราะเกิดการสูญเสียน้อยกว่าในการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล การเร่งปฏิกิริยา
การเร่งปฏิกิริยา () คือ การทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น โดยการใส่วัตถุที่ทำให้ปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงความเร็วเรียกว่า ตัวเร่ง ซึ่งการเร่งปฏิกิรยาจะไม่มีผลต่อผลิตภัณฑ์เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา
มีทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี เช่น โลหะ และตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์
ในปี ค.ศ. 1835 เยินส์ ยาคอบ แบร์ซีเลียส (Jon Jacob Berzelius) (บางคนจะรู้จักกันในชื่อ โจนส์ ยาคอบ เบอร์ซิเลียส) เสนอคำว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นมา โดยให้ความหมายของตัวเร่งปฏิกิริยาว่าเป็นสารที่เติมลงไปในปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นแล้วทำให้ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้ ต่อมาสวาลต์เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยามีบทบาทต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา จึงเสนอนิยามของตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ว่าเป็นสารที่เปลี่ยนอัตราเร็วของปฏิกิริยาโดยตัวมันเองไม่เปลี่ยนแปลง และจะได้กลับคืนเมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุด นอกจากนี้เขายังเสนอว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนอัตราเร็วของปฏิกิริยาโดยไม่มีผลกระทบกระเทือนต่อตำแหน่งของสมดุล เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาจะเร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับด้วยอัตราเร็วเท่ากัน เช่น Ni และ Pt เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการขจัดไฮโดรเจน (dehydrogenation) ที่ดี สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่งมีสมบัติหลายประการที่แตกต่างกันจากสารที่อยู่ในสถานะนำปกติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสมบัติเบื้องต้นของตัวนำยวดยิ่งทั้งแบบเดิมและตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อาทิเช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ สนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไอโซโทป และความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก ปิยะสาร ประเสริฐธรรม
ศาสตราจารย์ ดร. ปิยะสาร ประเสริฐธรรม (English: Piyasan Praserthdam) เกิดที่จังหวัดกรุงเทพมหานคร เป็นอาจารย์และนักวิจัยชาวไทยในศูนย์เชี่ยวชาญทางเฉพาะทางด้านคาตาไลซิสและวิศวกรรมปฏิกิริยาที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือ Center of Excellence on Catalysis and Catalytic Reaction Engineering ที่มีผลงานดีเด่นในสาขาวิศวกรรมเคมี ปัจจุบันดำรงตำแหน่ง ศาสตราจารย์ ระดับ 11 สังกัด ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้รับรางวัลนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ ประจำปี พ.ศ. 2546 สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย นักวิทยาศาสตร์ดีเด่น ประจำปี พ.ศ. 2549 สาขาวิศวกรรมเคมี รางวัล ศักดิ์อินทาเนีย จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และเป็นเมธีวิจัยอาวุโส สกว. ประจำปี พ.ศ. 2540, 2544 และ 2547 สาขาวิศวกรรมเคมีศ.ดร. ปิยะสาร ประเสริฐธรรม ท่านได้ศึกษาวิจัยเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา ( Catalyst ) ซึ่งเป็นหัวใจของการผลิตของอุตสาหกรรมปิโตรเคมี มาอย่างต่อเนื่องกว่า 25 ปี นอกจากนี้ ยังได้บุกเบิกการศึกษาเกี่ยวกับผลึกขนาดนาโนเมตร เพื่อประโยชน์ในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยชนิดใหม่ที่ว่องไวกว่า ซึ่งผลงานของท่าน สามารถนำไปใช้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อ ภาคอุตสาหกรรม ต่าง ๆ เป็นอย่างมาก ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1
โดยทั่วไปของตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1 เมื่ออุณหภูมิและสนามแม่เหล็กที่มีค่าสูงๆ จะสามารถทำลายสภาพนำยวดยิ่งได้ ดังนั้นถ้าควบคุมอุณหภูมิให้มีค่าคงตัวค่าหนึ่ง โดยที่อุณหภูมินั้นมีค่าต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ และมีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤติ (Hc) 1 ค่า เมื่อสนามแม่เหล็กที่ให้มีขนาดน้อยกว่า Hc ตัวนำจะยังคงสภาพนำยวดยิ่งอยู่ แต่ถ้าสนามแม่เหล็กที่ให้มีค่ามากกว่า Hc ตัวนำจะสูญเสียสภาพนำยวดยิ่งและกลายเป็นตัวนำปกติ ถึงแม้ว่าอุณหภูมิจะยังคงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตก็ตาม เรียก Hc ว่าสนามแม่เหล็กวิกฤต ตัวนำยวดยิ่งชนิดนี้จะให้ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ที่สมบูรณ์ และโดยทั่วไปค่า Hc ของตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1 นี้จะมีขนาดที่ต่ำมากจึงไม่เพียงพอที่จะนำไปประยุกต์ใช้งาน 
โดยตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 2 จะมีพฤติกรรมที่แตกต่างไปจากตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 2 ที่สนามแม่เหล็กวิกฤต คือ มีการแสดงสนามแม่เหล็กวิกฤติถึงสองค่า