De första studier av supraledningsfenomenet började år 1911 då holländaren Heike Kammerlingh Onnes frös ned kvicksilver till 4 K och upptäckte att metallen vid den låga temperaturen saknade resistans. Onnes upptäckt var en ren slump. Han hade nämligen tre år tidigare lyckats kyla ned heliumgas så att den blev flytande vid 4 K. Helium var den enda gas som man vid slutet av 1800-talet inte hade lyckats få i flytande form. Onnes lyckades genom ett sinnrikt kylsystem och blev även belönad för detta, och för sina insatser inom supraledarvetenskapen, med Nobelpriset år 1913.

Den första teorin gick ut på att alla elektroner i metallen fryser fast och resistansen blir därmed oändligt stor när man närmar sig den absoluta nollpunkten. Detta har på senare tid genom Pauliprincipen visats vara helt fel. Pauliprincipen utarbetades av Österrikaren Wolfgang Pauli (1900-1958), och går i korta drag ut på att exempelvis två elektroner, inte kan ha samma tillstånd i en atom. Med tillstånd menas rörelseriktning, hastighet och hur den rör sig runt sin egen axel. Detta är varför Pauliprincipen visar att denna första teori är fel, eftersom om elektronerna skulle frysa fast i en atom skulle alla elektroner ha samma tillstånd.

Den andra teorin gick ut på att alla andra atomrörelser som tar energi från elektronernas rörelser, hade frusit fast och att elektronerna därmed skulle kunna röra sig helt utan energiförlust, alttså skulle resistansen gå mot noll om temperaturen gick mot den absoluta nollpunkten.

Onnes började sina försök med kvicksilver eftersom det var det grundämne som man på den tiden, genom upprepade destillationer, kunde få i den mest rena formen. När han nu började kyla ner metallen fick han ett tredje och helt överraskande alternativ. När han kom ner till en temperatur av 4,2 K försvann plötsligt den elektriska resistansen d.v.s den blev omätbart låg. I och med detta var alltså den första supraledaren upptäckt.

Efter Onnes upptäckt fortsatte man att forska på supraledare, och man försökte få fram supraledare med en högre kritisk temperatur. Dessa forskningar utgick i 75 år bara på olika legeringar, men man lyckades aldrig få fram ett ämne vars kritiska temperatur översteg 23 K.

År 1986 kom två forskare, från ett av IBM´s laboratorier i Schweiz, med en häpnadsväckande nyhet. Dessa forskare, vid namn Bednorz och Muller, hade fått fram en keram vars kritiska temperatur var 35 K. Bednorz och Muller belönades år 1987 med nobelpriset för denna upptäckt. Forskningen på keramer som supraledare fortsatte och samma år som Bednorz och Muller fick nobelpriset, lyckades man framställa keramer med kritiska temperaturer runt 90 K. Detta var ett stort steg framåt för forskningen kring supraledare, nu kunde man börja använda flytande kväve som kylmedel. Kväve har en kokpunkt på 77 K, och är mycket billigare att frysa ned till flytande form än helium, som man använt tidigare.

Det intressantaste fenomenet, vid sidan av att resistansen försvinner, är den s.k. Meissnereffekten som upptäctes år 1933. Meissnereffekten inträffar exakt samtidigt som resistansen blir noll i ett supraledande material. Vad som händer är att materialet när det blir supraledande vägrar att släppa in något magnetfält i sig. Vi tänker oss att vi har resistensen noll i ett material, vi tänker oss även att materialet innehåller elektroner. Om vi nu har detta material (supraledaren), som vi också vet inte vill ha något magnetfält i sig, kommer det inte kosta någon energi för materialet att skicka en elektrisk ström bestående av elektroner runt i materialet. Det är precis detta som händer om ett magnetfält närmar sig en supraledare; supraledaren skapar en ström, i sig själv, som i sin tur ger upphov till ett magnetfält. Strömmen är skapad i den riktningen att det medföljande magnetfältet kommer att verka motverkande mot det magnetfält som håller på att närma sig och tränga in i supraledaren.

Supraledaren kommer alltid att skapa så starka strömmar att det aldrig kommer att finnas något magnetfält i den. Om det yttre magnetfältet blir så pass starkt att supraledaren inte kan skapa ett motverkande fält kommer de supraledande egenskaperna att försvinna.

Här är ett exempel på Meissnereffekten, en liten magnet ses sväva över en supraledare.

På grund av de unika fysikaliska egenskaper en supraledare har, finns det ett stort antal teoretiskt möjliga användningsområden. Men med dagens forskning finns det dock endast ett par användningsområden som är tekniskt genomförbara. Några av dessa ska vi ge exempel på nedan.

Den tillämpning som kanske mest förknippas med energibesparande är att man i elektriska ledare kan få resistansen noll. Uppkomsten till att resistansen försvinner är alltför komplicerad, och inte lika självklar som t.ex. Meissnereffekten, för att vi ska kunna ta upp den här. I dagsläget kan man, som beskrivs i ovan, inte få den supraledande effekten förrän vid mycket låga temperaturer vilket medför att man måste kyla ned hela ledaren med flytande kväve. Detta är alltför dyrt för att man ska kunna transportera elektrisk energi längre sträckor. Men om man i framtiden skulle kunna få fram en supraledare i rumstemperatur, skulle de uteblivna energiförlusterna göra att en del av energiproblemen i världen skulle kunna lösas.

De problem som idag finns med att lagra energi skulle man med en rumstempererad supraledare kunna lösa. Man skulle helt enkelt kunna låta en elektriskt ström strömma i en sluten ringformad supraledare. Eftersom resistansen är noll skulle inga energiförluster ske. Denna metod kan man naturligtvis även nu tillämpa med en nedkyld supraledare, men även det är relativt kostsam.

Elmotorer är uppbyggda så, att man sänder en ström genom ett magnetfält. Då skapas en kraft som driver den mekaniska funktionen av maskinen. Magneterna i motorn utgörs av en spole lindad med koppartråd. Detta gör dem väldigt stora och otympliga. Om magneterna istället byts ut mot supraledare kan motorn göras mera kompakt. Detta eftersom supraledare kan skapa mycket kraftigare magnetfält än vanliga elektromagneter. Att motorn blir kompaktare innebär att den kan drivas till högre varvtal. Det som idag begränsar en motors storlek är centrifugalkraften. Den rörliga delen av motorn slits sönder om centrifugalkraften blir för stor. Det sker bl.a. om varvtalet blir för högt eller om motorns rörliga del är för stor. Supraledartekniken skulle alltså kunna innebära en ny generation av elmotorer, med betydligt högre effekt och lägre energiförbrukning än dagens motorer.

Inom transportsektorn kommer supraledarna innebära en revolution. Dagens tåg begränsas av att de är rälsbundna. Friktionen ökar med tågets hastighet, vilket begränsar farterna till omkring 300 km/h. Med supraledartekniken kan man lyfta tåget från marken så att det svävar på ett magnetfält. På tåget finns supraledare som kyls ned av flytande helium, och rälsen består av elektromagneter. Detta medför att Meissnereffekten, som beskrivs ovan, bildas och lyfter tåget ca. 10-20 cm från rälsen. Vilket gör att den bromsande kraften bara blir detsamma som luftmotståndet. Detta medför i sin tur att man kan öka hastigheten på tågen till ungefär 550 km/h.

De länder som lägger ned mest forskning på dessa sorters tåg är Tyskland och Japan. I Japan är det tågforskningsinstitutet RTRI som testar sina magnetsvävartåg (Maglev MLU300X).

Den japanska prototypen på Maglev MLU300X

Detta gör de på en 43 km lång bana i Yamanashi, tio mil väster om Tokyo. Dessa tåg har en beräknad marschfart på ungefär 550 km/h. Man har här som mål att en magnetsvävarbana mellan Tokyo och Osaka ska vara färdig år 2005. Dessa 50 mil ska avverkas på ungefär en och en halv timme.

De tyska tågen kallas för Transrapid och utvecklas av ett tyskt industrikonsortium med Thyssen, Siemens och AEG i spetsen. Dessa tåg har en lägre toppfart (ca 350-400 km/h) än de japanska, men de klarar istället skarpare kurvor, och även mycket brantare stigningar. Detta gör att man med dessa tåg kan dra rälsen mycket mera obehindrat genom landskapet, än vad man kan med de japanska tågen. De japanska Maglev-tågen behöver en mycket rakare sträckning och kräver mer tunnelbyggen etc. För de tyska tågen har man som mål att de första tyskarna ska börja resa Transrapid år 2005. Då skall det finnas en magnetsvävarbanade mellan Hamburg och Berlin (ca. 30 mil), denna resa skall då ta ungefär en timme.