杜瓦以为液化氢的成功开启了通过绝对零度的最后一道关卡，谁知道他的残余气体中竟还有氦存在。他和助手们想了很多办法，经过数年的努力，但终未能实现氦的液化。
正当世界上几个低温研究中心致力于低温物理研究时，从事低温领域研究的最出色的是荷兰物理学家卡默林？翁尼斯。他以大规模的工程来建筑他的低温实验室——莱登实验室。他的实验室的特点是：把科学研究和工程技术密切结合起来，把实验室的研究人员和技师组织起来，围绕一个专题，分工负责，集中攻关。相比之下，他的低温设备规模之大，使同时代以及早于他的著名实验室的设备简直变成了“小玩具”。这样，翁尼斯领导的低温实验室——莱登实验室成了国际上研究低温的基地。
1908年的一天，历史性的日子终于到来了，这一天的实验室工作是从早晨五点半开始一直工作到夜间九点半。全体实验室工作人员都坚守在各自的工作岗位上，他们正在进行氦的液化实验，他们是多么渴望看到人类从没有看到过的液化氦啊！可是，氦气能够液化吗？大家都在担心着。墙上的挂钟“滴嗒滴嗒”地响个不停，时间在一秒一秒地消逝。人们屏住了呼吸，全神贯注地注视着液化器。他们先把氦预冷到液氢的温度，然后让它绝热膨胀降温，当温度低于氦的转变温度后，再让它节流膨胀，然后再降温，这一系列的过程在液化器中反复多次地进行着。终于在下午六点半，人类第一次看到了它——氦气被液化了！初看时还有点令人不敢相信是真的，液氦开始流进容器时不太容易观察到，直到液氦已经装满了容器，事情就完全肯定了。当时测定在一个大气压下，氦的沸点是4.25K。莱登实验室的所有人都异常兴奋，奔走相告，互相祝贺，欢笑的声浪传向全世界。
莱登实验室的全体工作人员并没有满足于已取得的成绩，在翁尼斯的指挥下，他们快马加鞭，乘胜前进，继续夜以继日地工作着。他们了解，如果降低液氦上的蒸气压，那么随着蒸气压的下降，液氦的沸点也会相应降低。他们这样做了，并且在当时获得了4.25K～1.15K的低温。
当然，在无边无际的宇宙里，按我们的标准来看许多物质是处于极低温状态的，但是在地球上，人类以自己的智慧和劳动踏入了从未进入的奇异低温世界。自1908年以来，人类经过了93年的研究，在这个奇异世界里，人们发现了许多奇异的现象，其令人神往之处不亚于南北极的冰天雪地，胜过宇宙中的低温，因为在这里人们可以控制实验室条件，细心地观察新的事物。在现代，液氦制冷的低温技术仍是低温领域中的重要手段，大量的实验工作离不开氦液化器……人们有理由为此感到自豪，同时也期待着，在这个低温世界里会看到怎样更新天地啊！
揭开超导研究的序幕
事物都是一分为二的，导体的一方面有善于导电的性质，另一方面又对电流有阻碍作用。
这是因为自由电子在定向运动中，还不时地和处于晶格点阵上的正离子相互作用而产生碰撞，从而阻碍自由电子的运动。这种对运动电荷的阻碍作用称为电阻。在一般情况下，所有导电的物体，即使导电性能最好的银，也有电阻，电流通过时，仍然会发热，选成损耗。这是在常温下物体的性质，那么在温度为4.2K，乃至更低的温度下，物体的性质有什么变化呢？
1911年，翁尼斯和他的助手们在实验中发现了一个特殊的现象：当金属导体的温度降到10K以下时，其电阻会明显下降，特别是当温度低于该金属的特性转变点以下时，电阻会突然下降到10－9欧姆以下。这种现象是以前没有发现的，大家对此都非常感兴趣，于是他们取水银作为研究对象。一天，当他们正在观察低温下水银电阻的变化的时候，在4.2K附近突然发现：水银的电阻消失了！这是真的吗？他们简单不敢相信自己的眼睛了。他们在水银线上通上几毫安的电流，并测量它两端的电压，以验证水银线上的电阻是否真的为零。结果他们发现，当温度稍低于-269℃（4.2K）时，水银的电阻确实突然消失了。毫无疑问，水银在4.2K附近，进入了一个新的物态。在这一状态下，其电阻实际变为零。
翁尼斯和他的助手们反复研究了这一现象，他们把这种在某一温度下，电阻突然消失的现象叫超导电现象，把具有超导电现象性质的物质叫做超导体，把物质所处的这种以零电阻为特征的状态，叫做超导态。尽管翁尼斯等人已经明确给出了超导体的一些明确定义，但是要识别零电阻现象并不是很容易做到的。在当时的实验条件下，用仪表直接测量来证明水银的电阻为零，实际上是很难做到的。于是翁尼斯又设计了一个更精密的实验：他将以前的装置进行了简化和改进，把一个铅制的圆圈放入杜瓦瓶中，瓶外放一磁铁，然后把液氦倒入杜瓦瓶中使铅冷却变成超导体，这时如果将瓶外的磁铁突然撤除，铅圈内便产生感应电流。如果这个圆铅环的电阻确实为零，这个电流就应当没有任何损失地长期流下去，这就是著名的持续电流实验。实际上，在1954年，人们在一次实验中开始观察，这个电流从1954年3月26日开始，一直持续到1956年9月5日，在长达二年半的时间里，持续电流未见减弱的迹象。最后，由于液氦供应中断才使实验中止。这就是说，圆环里面的电子，好像坐上了没有任何摩擦的转椅，一旦转动起来，就一直转下去，几年停不下来，永远也停不下来了。
直到目前为止，还没有任何证据表明超导体在超导态时具有直流电阻。最近，根据超导重力仪的观测表明，超导体即使有电阻，电阻率也小于10－25欧姆？米，和良导体铜相比，它们的电阻至少相差1016倍，这个差别就好像用一粒直径比针尖还要小的细砂去和地球与太阳之间的距离相比，这真是天壤之别了。可以认为，超导体的直流电阻就是零，或者说，它就是一个具有完全导电性的理想导体。
低温技术的发展，使人们获得了比液氦温度更低得多的温度。对大量金属材料在低温下检验的结果表明，超导电性的存在是相当普遍的。目前已发现二十多种金属元素和上千种的合金化合物具有超导电性。从元素周期表中，我们可以看到：金、银、铜、钾、钠等金属良导体是不超导的；铁、钴、镍等强铁磁性或强反铁磁性物质也是不超导的，而那些导电性能差的金属，如钛、锆、铌、铅等都是超导体。
为什么金属良导体反而不是超导体？为什么超导体对直流电是完全导电的理想导体，对交流电却有电阻呢？人们在更进一步探索新事物本质的过程中，这些问题逐一得到了解答。
1911年翁尼斯在发现超导电性的同时，还发现，超导电性能够被足够强的磁场所破坏，但是人们的注意力当时集中在零电阻现象上，一直认为零电阻是超导体的惟一特性。一直到20世纪30年代，荷兰人迈斯纳和奥森菲尔德按照翁尼斯的发现，对围绕球形导体（单晶锡）的磁场分布进行了细心的实验测量。他们惊奇地发现：对于超导体来说，不论是先对其降温后再加磁场，还是先加磁场后再降温，只要是对它施加磁场，而且锡球渡过了超导态，在锡球周围的磁场都突然发生了变化，当锡球从非超导态转入超导态时，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外，这就是说，超导体内部的磁感应强度总是零。这个现象叫超导体的完全抗磁效应，由于是迈斯纳等人具体操作发现的，所以也叫迈斯纳效应。为了观察和了解超导体的完全抗磁性，迈斯纳等人又设计了一个简单易观察的实验，让我们来了解这个效应。
在一个长圆柱形超导体样品表面绕一个探测线圈，沿着样品的轴线方向加一个磁场。这时，长圆柱形样品的磁通量增加，线圈中就出现瞬时电流，这时电流计指针就向正方向转过一个角度。然后慢慢冷却样品，当温度经过转变温度点时，电流计指针突然出现一个反方向转角，偏角的大小与正向偏角相等。然后无论是撤出或是增加外磁场，电流计的指针再也没有丝毫偏转。为什么会出现这样的实验现象呢？原来，当圆柱形样品被降温经过临界温度时，探测线圈内出现了一个和当初加上外磁场时大小相等、方向相反的瞬时电流。根据电磁感应定律，我们可以知道，产生这个电流的原因，是因为磁通量的减少。
这就告诉我们，在物体进入超导态的那一瞬间，穿过样品的磁通量突然全部被排出去了。
这以后人们也进行了很多实验，所有的实验结果都表明：只要样品处于超导态，它就始终保持内部磁场为零，外部磁场的磁力线统统被排斥到体外，无论如何也无法穿透它。
人们常常喜欢用流体的流线来比喻磁场的磁力线，我们也可以这样来比喻超导体的完全抗磁性。在临界温度以上，处于外磁场中的超导体和普通金属导体一样，好像一只浸泡在河水中的竹篮子，河水可以自由地从篮子里面穿过。而当温度一旦降低到临界温度以下时，竹篮子的器壁突然变得致密起来，变成了一只滴水不透的木桶了，河水只能从它周围流过。为什么会有这种情况出现呢？原来在超导体的表面产生了一个无损耗的抗磁超导电流，正是这个抗磁超导电流产生的磁场恰好将超导体的内部磁场抵消了。
既然超导体可以无损耗地传输直流电流，可是任何电流都必然要产生磁场，而超导体的完全抗磁性又不允许内部有任何磁场存在，那么这个矛盾怎样解决呢？
当电流沿着一个圆筒形的空心导线流过时，它产生磁场的情形是我们大家都熟悉的。这时候电流只是均匀地分布在圆筒的各个部分，圆筒的心部（空心部分）没有电流。由于圆筒的对称性，它的各部分上的电流在心部所产生的磁场彼此恰好抵消，因此心部合磁场为零。电流的磁场只分布在圆筒及其外部空间上。超导体传输直流超导电流时的情形也是这样，超导电流只存在于超导体表面的薄薄的一层，叫做穿透层，超导体内部不允许有任何宏观电流流过，就好像一个薄薄的圆筒形导线一样。超导电流的磁场只分布在穿透层及其外部空间上。这样既完成了传输超导电流的任务，又不会在超导体内产生任何磁场。
超导体和正常金属中，电流的分布是不同的。假如一根超导线两端和铜线相连，那么在铜线中流过的是正常电流，它均匀地分布在整个铜线的横截面上，在超导线中流过的是超导电流，它分布在超导体表面的薄薄的穿透层中。我们可以把铜线比做宽阔平坦的公路，超导体就可以说是一条有街心公园的大街，车辆只能从两侧驶过。在两端的接头处，发生了正常电流和超导电流之间的转化。
超导体的完全抗磁性是无法用超导体所具有的完全导电性来解释的。因为一个电阻为零的单纯的完全导体，它只能保证自己内部的磁通量不再发生任何变化，原有的磁通量不会失去，新增的磁通量也不能进来。内部磁场是否为零，取决于超导体原来的状况，就是要由它的历史状态来决定。但是实验中所观察到的超导体的性质却不是这样。由于超导体的完全抗磁性，不管原来内部有没有磁通量，一旦变成超导态，立即将全部磁通量都排斥出去，内部磁场永远为零，和历史状态无关。可见，完全抗磁性和完全导电性是超导体的两个基本特性，它们彼此之间不能由一个推导出另一个。因此，我们不能说超导体是单纯的理想导体，或
单纯的理想抗磁体。
解开超导之谜
科学的任务要求我们不断地发现新事物并为它的应用开辟道路，不仅要发现新现象，还要揭示它的本质。超导体既不是单纯的理想导体，又不是单纯的理想抗磁体，那它到底是什么呢？
在探索超导体本质的科学实验过程中，随着它的性质一个又一个地被揭示出来，人们的认识也一层又一层地逐步深化。有这样一个实验现象引起了人们的极大兴趣：我们将超导体在转变过程中不和外界发生热量交换，将超导体放入一个绝热器中，给它加一个非常大的磁场，这样超导体在大磁场的作用下将转变为正常态，这个磁场叫超导体的临界磁场。这时候，转变为正常态的超导体，它的温度将下降；相反，还是在这个绝热器中，撤掉外加磁场，使它回到超导态，它的温度又将升高。如果我们设法保持温度不变，即在等温条件下转变，我们发现当外加磁场超过临界磁场，超导体由超导态转变为正常态时要吸收热量，反之则要放热。这种伴随着热量变化的状态改变，使人们想到了相变。
相变对我们大家来讲并不陌生。春天来了，和煦的阳光照着大地，冰雪消融，化作涓涓细流，汇入江河湖海。这是水从固相变成了液相，也叫固态变成了液态。根据日常的经验，我们知道，冰雪化成水时，要吸收许多热量，常常造成气温下降。“下雪不冷化雪冷，春天冻人不冻地”这一句俗语说的就是这个道理。固体受热变成液体，所吸收的热量叫熔解热。盛在敞口容器里的水会慢慢地枯竭，晾在院子里的湿衣服会逐渐变干，开水壶里的水越烧越少，这都是因为水变成水蒸气跑到空气中去了，这时水从液态就成了气态。手沾水后感到凉；
水在沸腾时尽管在火炉上继续加热，但温度并不升高。这些现象都说明液体在汽化时要吸收热量，这个势量叫做汽化热。
自然界许多物质都是以固、液、气三种形态存在着的，并且这三种形态可以互相转变。物质的这种形态叫做相（或者态），不同形态之间的转变叫相变。伴随着相变而吸收或放出的热量叫物质的潜热。
对于有些物质来说，固态的存在形式往往有很多种。许多固体在不同的温度和压强下，内部的粒子（分子、原子等）有各自不同的规则排列，即各种不同的点阵结构，不同的点阵结构的固体也属于不同的相。因为固体从一种点阵结构变为另一种点阵结构的过程，也是一种相变，称为同素异晶转变。固体的这种相变，也伴随着热量的变化。
超导体由正常态到超导态的转变过程中，有潜热发生，因此也是一种相变，也就是说，超导态是固体的一种新的状态。处于超导态的超导体既不是简单的理想导体，也不是简单的理想抗磁体，它与导体、半导体和绝缘体有着本质的区别。当我们认识了超导态与正常态之间的新的相变过程之后，可以说，我们对超导体的研究已经更加深入了一步。由于近半个世纪许多物理学家的辛勤劳动成果的积累，揭开超导之谜的时机已经逐渐酝酿成熟，应该是瓜熟蒂落的时候了。
