วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

ตัวนำยวดยิ่ง  เป็นธาตุหรือสารประกอบที่จะนำไฟฟ้าได้ร้อยเปอร์เซ็นต์โดยไม่มีความต้านทานไฟฟ้าและไม่มีการสูญเสียพลังงาน ภายใต้อุณหภูมิค่าหนึ่งหรือที่เรียกว่าอุณหภูมิวิกฤต ซึ่งถือเป็นสมบัติทางฟิสิกส์ที่สำคัญ
ตัวนำยวดยิ่งเป็นวัสดุที่มีสมบัติทางด้านฟิสิกส์ของแข็ง (Solid-state physics) ที่โดดเด่นกว่าวัสดุชนิดอื่นสองด้านสำคัญ คือ สมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็ก ในระยะแรกการค้นพบตัวนำยวดยิ่งจะพบอยู่เฉพาะในรูปแบบของโลหะบริสุทธิ์ ต่อมามีการค้นพบที่หลากหลายขึ้น ได้แก่ ตัวนำยวดยิ่งแบบโลหะ โลหะผสมหรือแม้แต่เซรามิก
ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถนำทฤษฎีตัวนำยวดยิ่งมาประยุกต์ใช้งานจริงในชีวิตประจำวันของมนุษย์ได้โดยอาศัยสมบัติโดดเด่นที่ว่าวัสดุนี้มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์และการลอยตัวเหนือแม่เหล็กได้ เช่น รถไฟความเร็วสูงแม็กเลฟ (Maglev) ของญี่ปุ่น ที่วิ่งด้วยความเร็วสูงเนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานจากพื้น หรือแม้แต่ในทางการแพทย์ก็มีการนำมาสร้างเครื่องมือสำหรับวินิจฉัยโรคที่สำคัญ คือ การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็กหรือการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI)
ประวัติการค้นพบตัวนำยวดยิ่ง.
การค้นพบตัวนำยวดยิ่งเริ่มต้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1911 หรือกว่า 100 ปีมาแล้ว ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์แบ่งการค้นพบเป็นสองยุค คือ การค้นพบตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม และการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
ความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงกับตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม.
ในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงที่ถูกค้นพบมีมากมายหลายชนิด แต่ในที่นี้จะสนใจเฉพาะตัวนำยวดยิ่งที่มีคอปเปอร์อไซด์เป็นคงประกอบคง ซึ่งนอกจะมีอุณหภูมิวิกฤตที่สูงแล้ว ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงยังมีสมบัติอีกหลายประการที่แตกต่างจากตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม ซึ่งพอจะสรุปได้ดังนี้ (Bums, 1992)
1. สมบัติของสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจะมีลักษณะขึ้นกับทิศทางเป็นอย่างมาก คือ มี โครงสร้างของอะตอมในผลึกเป็นชั้น ๆ และการนำไฟฟ้าในแนวตั้งฉากกับแกนหลักของผลึกเกือบจะไม่มี ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีโครงสร้างการนำไฟฟ้าเกือบเป็น 2 มิติ
2. ตัวนำยิ่งยวดแบบดั้งเดิมเป็นตัวนำยวดยิ่งที่ไม่ขึ้นกับทิศทางซึ่งจะมีความยาวอาพันธ์ค่าเดียว แต่ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่จะมีความยาวอาพันธ์ 2 ค่า คือ ความยาวอาพันธ์ในระนาบ ab และความยาวอาพันธ์ตามแกน C โดยความยาวอาพันธ์ทั้ง 2 ค่านี้มีขนาดที่แตกต่างกันมาก เช่น ในสารประกอบบิสมัทจะมีความยาวอาพันธ์ตามแกน C ประมาณ 2 อังสตรอม แต่ในระนาบ ab มีความยาวอาพันธ์ประมาณ 40 อังสตรอม
3. ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีความยาวอาพันธ์ประมาณ 10-40 อังสตรอม แต่ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดมจะมีค่าประมาณ 10,000 อังสตรอม ซึ่งมากกว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงประมาณ 1000 เท่า
4. ในตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม เมื่ออุณหภูมิวิกฤกเพิ่มสูงขึ้นความหนาแน่นของประจุก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แต่ในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงความหนาแน่นของประจุมีรูปแบบที่ไม่ชัดเจน ซึ่งได้มีการพบว่าในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงบางชนิดที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูง แต่จะมีความหนาแน่นประจุค่อนข้างน้อย
5. ค่าช่องว่างพลังงานของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ในแต่ละวิธีของการวัดจะให้ค่าที่ไม่เท่ากันและมีค่าสูงกว่าของตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมมาก โดยวิธีการวัดค่าช่องว่างพลังงานที่ใช้มีหลายวิธี เช่น การทะลุผ่าน (Tunneling) การแพร่รังสีอินฟราเรด (Infrared radiation) การดูดกลืน (Absorption) และการสะท้อน (Reflection)
6. ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงบางชนิดจะมีค่าสัมประสิทธิ์ของไอโซโทปน้อยกว่าและบางชนิดจะให้ค่าที่มากกว่าทฤษฎี BCS
7. ในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นกับความเข้มข้นของสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก แต่ในขณะที่ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมอุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นตามความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็ก โดยอุณหภูมิวิกฤตจะไม่ขึ้นกับสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก
เนื่องจากมีความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมกับตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมสูงหลายประการ แสดงว่าการอธิบายสัมบัติของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงตามทฤษฎี BCS โดยใช้กลไกของอันตรกิริยาที่ใช้โฟนอนแบบอ่อนและใช้การประมาณในขั้นตอนการคำนวณจะไม่สามารถอธิบาย สมบัติของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้ถูกต้องครบถ้วน แนวทางหนึ่งในการความพยายามเพื่อ อธิบายตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงคือการปรับปรุงทฤษฎี BCS และทฤษฎีกินซ์เบิร์กแลนดาวโดยเพิ่ม ความละเอียดในการคำนวณให้มากขึ้นและใช้การประมาณในการคำนวณให้น้อยที่สุด เพื่อให้ครอบคลุมวมบัติของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมากที่สุด
การแบ่งประเภทตัวนำยวดยิ่งตามสารประกอบ.
การแบ่งประเภทตัวนำยวดยิ่งตามสารประกอบเป็นการแบ่งประเภทของตัวนำยวดยิ่งโดยคำนึงถึงสารประกอบที่ทำให้เกิดตัวนำยวดยิ่ง ดังนั้นการแบ่งประเภทแบบนี้ส่วนใหญ่จึงเป็นการแบ่งประเภทโดยพิจารณาข้อมูลที่ได้จากการทดลอง แต่ก็มีบางส่วนที่ผลการคำนวณตามทฤษฎีสามารถอธิบายการทดลองได้ดี การเรียกชื่อจึงคำนึงถึงข้อมูลทางทฤษฎีมากกว่าการทดลอง ซึ่งการแบ่งประเภทของตัวนำยวดยิ่งตามชนิดของสารประกอบมีดังนี้
1. ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
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
2. ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
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 ปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงกำลังเป็นที่สนใจศึกษาของนักวิจัยทั่วโลกเนื่องจากมีสมบัติที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้ง่ายกว่าตัวนำยวดยิ่งชนิดอื่น ๆ อย่างไรก็ตามตัวนำยวดยิ่งชนิดนี้ยังมีสมบัติหลายประการที่ไม่มีทฤษฎีใดสามารถอธิบายได้
3. ตัวนำยวดยิ่งแบบแม่เหล็ก
ตัวนำยวดยิ่งแบบแม่เหล็ก (Magnetic superconductors) นี้ เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีสมบัติเป็นทั้งสมบัติตัวนำยวดยิ่งและสมบัติทางแม่เหล็ก ตัวนำยวดยิ่งแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อตัวนำยวดยิ่งถูกเจือด้วยสารเจือแบบแม่เหล็ก จะมีผลทำให้เกิดสภาพความเป็นแม่เหล็กขึ้นในโครงสร้าง แต่เนื่องจากแม่เหล็กมีผลทำลายสภาพตัวนำยวดยิ่งได้ ดังนั้นจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตมีค่าน้อยกว่าตัวนำยวดยิ่งแบบอื่น นอกจากนี้ยังทำให้เกิดตัวนำยวดยิ่งที่ไม่มีช่องว่างพลังงานได้ (Gapless superconductor) โดยเกิดขึ้นจากการประมาณทางทฤษฎีของอะบิโคซอฟและกอร์คอฟ (Gorkov) ในปี 1961 ทั้งสองได้พิจารณาผลของการแลกเปลี่ยนสปิน (Spin-exchange) ของสารเจือแบบแม่เหล็กที่ไม่เข้มข้นแล้วพบว่ามีผลทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลง โดยที่ความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็กที่เหมาะสมค่าหนึ่งจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลงจนกลายเป็นศูนย์ได้และเมื่อความเข้มของสารเจือมีค่าที่เหมาะสมอีกค่าหนึ่งจะทำให้ช่องว่างพลังงานมีค่าเป็นศูนย์ได้ด้
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)
4. ตัวนำยวดยิ่งแบบออกไซด์
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
ตัวนำยวดยิ่งแบบออกไซด์ที่ได้รับความสนใจอย่างมากในสารกลุ่มนี้คือ สตรอนเทียมรูเทอเนต (Sr2RuO4) ซึ่งถูกค้นพบในปี 1994 โดยเมียโน มีอุณหภูมิวิกฤต 1.5 เคลวิน พบว่าเป็นตัวนำยวดยิ่งแบบสปินทริปเลตมีโครงสร้างผลึกที่คล้ายกันตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ทแต่มีสมบัติที่แตกต่างกันมาก
ตัวนำยวดยิ่งที่มีการค้นพบล่าสุดคือตัวนำยวดยิ่งที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบซึ่งมีเหล็กออกไซด์เป็นองค์ประกอบลัก เช่น LaFePO และ LaFeAsO ที่มีการเจือฟลูออรีนแสดงสมบัติการเป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 4 เคลวิน และ 26 เคลวิน ตามลำดับ โดยมีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤตที่สองและกระแสไฟฟ้าวิกฤตที่สูงมากทำให้เป็นตัวนำยวดยิ่งที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในปัจจุบัน
5. ตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนัก
เนื่องจากความจุความร้อนของอิเล็กตรอนในโลหะในสถานะปกติมีค่าขึ้นกับความหนาแน่นสถานะที่ผิวเฟอร์มิและมวลยังผล จากการทดลองพบว่าความจุความร้อนที่อุณหภูมิต่ำของสารเหล่านี้มีค่ามากกว่าของโลหะปกติถึง 2 หรือ 3 เท่า และยังพบว่าค่าความจุความร้อนนี้เป็นผลที่เกิดจากอิเล็กตรอนในชั้นเอฟ ซึ่งโลหะปกติมักจะเกิดจากอิเล็กตรอนในชั้นดี สารกลุ่มนี้มีมวลยังผลที่มีค่ามาก ๆ 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)
นอกจากที่มีอิเล็กตรอนมวลหนักแล้ว สารกลุ่มนี้บางชนิดยังมีสมบัติแม่เหล็กร่วมด้วย เช่น ในสาร NbBeB, U2Sn17 และ UCd11 และยังมีการพบว่าตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนักบางชนิดเป็นสถานะสปินซิงเกลตที่เป็นมีสมมาตรแบบคลื่นเอสด้วย แต่กลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งไม่ได้เกิดจากอันตรกิริยาอิเล็กตรอนโฟนอนซึ่งมีการนำเสนอว่ากลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในการกลุ่มนี้อาจเกิดจากแมกนอน (Magnon) ก็ได้
6. ตัวนำยวดยิ่งแบบประกอบอินทรีย์
สารประกอบอินทรีย์ (Organic) ที่แสดงสมบัติเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ ถูกค้นพบครั้งแรกในทศวรรษ 1980 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตน้อยกว่า 1 เคลวิน ซึ่งกลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในสารประกอบอินทรีย์นี้เกิดจากการถ่ายเทประจุ (Charge transfer) ระหว่างโมเลกุลแคทไอออนของสารประกอบอินทรีย์ (Organic cation) กับแอนไอออนของสารที่ไม่ใช่สารประกอบอินทรีย์ (Anion) โดยมีออบิทอลในแคทไอออนทำให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบโลหะขึ้น 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 ทำให้แนวคิดเกี่ยวกับตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์ที่มีอุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำมาก ๆ เปลี่ยนไป
ตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีสมบัติที่หลากหลาย โดยจะมีสมบัติอย่างหนึ่งที่คล้ายคลึงกับตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท คือ มีความไม่สมมาตรสูงมาก การนำไฟฟ้าเกิดขึ้นเฉพาะในบางทิศทางเท่านั้น และส่วนใหญ่จะเกิดการนำไฟฟ้าตามระนาบ แต่ก็มีสมบัติอีกหลายประการที่แตกต่าง เช่น ในโลหะปกติค่าของสเปกตรัมทางแสง (Optical spectrum) ที่แสดงว่าอัตราการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของอิเล็กตรอนจะมีค่าขึ้นกับรากที่ 2 ของความถี่หรืออุณหภูมิ ซึ่งถูกเรียกว่าเป็น ของเหลวเฟอร์มิ (Fermi liquid) แต่สำหรับตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์ ผลการทดลองทางสเปกตรัมทางแสงสามารถสรุปได้ว่าอัตราการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของอิเล็กตรอนมีค่าขึ้นกับความถี่และอุณหภูมิแบบเชิงเส้น ซึ่งก็พบในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิบางชนิดด้วย บางครั้งจะเรียกว่าตัวนำยวดยิ่งที่มีสมบัติแบบนี้ว่า ตัวนำยวดยิ่งแบบไม่เป็นของเหลวเฟอร์มิ (Non-Fermi liquid superconductor) และในบางสารประกอบพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ของไอโซโทปของตัวนำยวดยิ่งแบบสารประกอบอินทรีย์จะมีเครื่องหมายเป็นลบได้เมื่อมีองค์ประกอบที่เป็นไฮโดรเจนเปลี่ยนเป็นดิวเทอเรียมด
สมบัติของสถานะนำยวดยิ่ง.
ตัวนำยวดยิ่งที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่ง มีสมบัติที่สำคัญ ๆ ดังนี้
1. ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างทันทีทันใด
เมื่อลดอุณหภูมิของตัวนำยวดยิ่งจนถึงอุณหภูมิวิกฤต จะมีการเปลี่ยนสถานะจากสถานะปกติไปเป็นสถานะนำยวดยิ่ง ทำให้ค่าความต้านทานไฟฟ้ามีค่าลดลงเป็นศูนย์อย่างทันทีทันใด เช่น การทดลองวัดความต้านทานไฟฟ้าของปรอทที่อุณหภูมิต่าง ๆ พบว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4.2 เคลวิน ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทจะเป็นศูนย์อย่างทันทีทันใด ดังนั้นสามารถกล่าวได้ว่า ปรอทมีสมบัติเป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิวิกฤตเท่ากับ 4.2 เคลวิน
2. ความไม่ต่อเนื่องของเส้นแรงแม่เหล็ก 
ถ้านำตัวนำยวดยิ่งรูปวงแหวนมาวางในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก จากนั้นลดอุณหภูมิจนต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วเอาสนามแม่เหล็กออก ตามหลักการเหนี่ยวนำไฟฟ้าของฟาราเดย์จะมีการแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้น จึงมีกระแสไฟฟ้าไหลวนในวงแหวน แต่เนื่องจากตัวนำยวดยิ่งไม่มีความต้านทานไฟฟ้าดังนั้นจึงไม่มีการสูญเสียพลังงาน กระแสไฟฟ้านี้จะสามารถไหลวนอยู่ในวงแหวนได้ตลอดไปโดยไม่สูญหายเรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสยืนยง (Persistent current) (File and Mills, 1963; Buckel, 1991) และฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลวนนี้จะถูกกักอยู่ภายในวงแหวนของตัวนำยวดยิ่ง
3. ปรากฏการณ์ไอโซโทป
อุณหภูมิวิกฤตกับมวลไอโซโทป (M) ค่าต่าง ๆ ของธาตุที่เป็นตัวนำยวดยิ่ง สามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมการ (Buckel, 1991)
<math>M^\boldsymbol{\alpha}T_c</math> = ค่าคงตัว
ความสัมพันธ์นี้ทำให้รู้ว่าการสั่นของแลตทิซและอันตรกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนกับแลตทิซมีผลทำให้เกิดสถานะนำยวดยิ่งได้ตามทฤษฎี BCS ที่อาศัยการคำนวณโดยอาศัยอันตรกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนกับแลตทิซ พบว่า  
<math>T_c \alpha \theta_d \alpha M\exp(-1/2)</math> 
เมื่อ <math>\theta_d</math> เป็นอุณหภูมิของเดอบายเมื่อเปรียบเทียบตามความสัมพันธ์ตามนิยามของปรากฏการณ์ไอโซโทปจะพบว่าในกรณีนี้จะมี α เท่ากับ ½
4. ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์
ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการนำตัวนำยวดยิ่งในสถานะปกติ (อุณหภูมิ T>Tc) ไปวางในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน ๆ พบว่าจะไม่มีปรากฏการณ์พิเศษอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้านำตัวนำยวดยิ่งในสถานะนำยวดยิ่ง (อุณหภูมิ T<Tc) ไปวางในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อนจะมีปรากฏการณ์พิเศษเกิดขึ้น เนื่องจากตัวนำยวดยิ่งที่อยู่ในสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน จะแสดงสมบัติเป็นแม่เหล็กไดอาที่สมบูรณ์ (Perfect diamagnet) ทำให้สนามแม่เหล็กภายในตัวนำยวดยิ่งมีค่าเท่ากับศูนย์ เส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากตัวนำยวดยิ่งอย่างสมบูรณ์ จากปรากฏการณ์นี้ถ้าทำการทดลองในแนวดิ่งโดยวางตัวนำยวดยิ่งเหนือแม่เหล็กหรือวางแม่เหล็กเหนือตัวนำยวดยิ่งก็ได้ เมื่อลดอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต เส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกมาจากตัวนำยวดยิ่งทำให้ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนำยวดยิ่งมีค่าไม่สม่ำเสมอเกิดแรงผลักขึ้นระหว่างตัวนำยวดยิ่งกับแม่เหล็ก และถ้าวัสดุตัวบนมีน้ำหนักไม่มากนักก็จะสามารถถูกยกลอยขึ้นได้ เรียกว่าเกิด การยกตัวด้วยแม่เหล็ก (Magnetic levitation)
5. การกระโดดของค่าความจุความร้อนจำเพาะ
ความจุความร้อนจำเพาะ (Specific heat) คือปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุมวล 1 หน่วย มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศา (Serway and Jewett, 2004) 
สำหรับตัวนำยวดยิ่งพบว่าความจุความร้อนจำเพาะในสถานะนำยวดยิ่ง <math>C_s</math> และในสถานะปกติ <math>C_n</math> มีความแตกต่างกัน (Buckel, 1991) ที่อุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์เคลวินตัวนำยวดยิ่งมีความสัมพันธ์ของความจุความร้อนจำเพาะกับอุณหภูมิเป็นรูปเอกซ์โพเนนเชียล
<math>C_s</math><math>\boldsymbol{\alpha}</math> <math>e\exp(-\vartriangle/T)</math> 
และเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตตัวนำยวดยิ่งจะอยู่ในสถานะปกติความจุความร้อนจำเพาะมีความสัมพันธ์แบบแปรผกผันตามกับอุณหภูมิยกกำลังสาม
<math>C_n</math><math>\boldsymbol{\alpha}</math> <math>T^3</math> 
ดังนั้นที่อุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิวิกฤตจะเกิดการกระโดดของค่าความจุความร้อนจำเพาะขึ้น โดยทั้งจากการทดลองและทฤษฎีพบว่า 
<math>(C_n(T_c)-C_s(T_c))/C_n(T_c)</math> = ค่าคงตัว 
ซึ่งค่าคงตัวนี้เท่ากับ 1.42 สำหรับตัวนำยวดยิ่งทุกตัวตามทฤษฎี BCS และจากสมการ 
<math>e\exp(-\vartriangle/T)</math>
ยังแสดงว่าที่สถานะนำยวดยิ่งจะมีช่องว่างพลังงาน <math>\vartriangle T</math> (Energy gap) เกิดขึ้น โดยช่องว่างพลังงานนี้จะแยกสถานะนำยวดยิ่งกับสถานะปกติออกจากกัน และจะมีค่าเท่ากับศูนย์ที่อุณหภูมิวิกฤต โดยจะมีค่ามากที่สุดที่ศูนย์เคลวิน ตามทฤษฎี BCS ได้แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง <math>\vartriangle (0)</math> กับ Tc เป็นไปตามสมการ
<math>\vartriangle (0)</math>= 1.76<math>k_bT_c</math> หรือ
<math>2\vartriangle(0) / k_bT_c</math>= 3.53
6. ปรากฏการณ์โจเซฟสัน
ปรากฏการณ์โจเซพสันเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการนำตัวนำยวดยิ่งต่างชนิดกันมาวางประกบกันโดยมีฉนวนบาง ๆ คั่นอยู่ตรงกลางแล้วสามารถเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านฉนวนได้ เมื่อตัวนำยวดยิ่งอยู่ในสถานะนำยวดยิ่ง ทั้งนี้เกิดจากการที่ตัวนำไฟฟ้าในตัวนำยวดยิ่งเกิดจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนและในตัวนำยวดยิ่งต่างชนิดจะมีเฟสของตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ตรงกัน ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทะลุผ่านแผ่นฉนวนได้โดยสามารถแบ่งเป็น 2 รูปแบบ คือ (Kittel, 1991) 
1. ปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสตรง (DC Josephson effect) คือ ปรากฏการณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าแบบไฟฟ้ากระแสตรงไหลผ่านบริเวณรอยต่อแม้ว่าจะไม่มีสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กกระทำต่อระบบเลย
2. ปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสสลับ (AC Josephson effect) คือ ปรากฏการณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าแบบไฟฟ้ากระแสสลับไหลผ่านบริเวณรอยต่อ เกิดจากการให้ศักย์ไฟฟ้าแบบไฟฟ้ากระแสตรง (Us) แก่ระบบ แล้วทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวิ่งข้ามรอยต่อสลับไปมาด้วยความถี่สูง (f) ตามสมการ จากความสัมพันนธ์นี้พบว่าคู่ของอิเล็กตรอนมีความสำคัญต่อสถานะนำยวดยิ่ง
รางวัลโนเบล.
 จากการค้นพบและศึกษาตัวนำยวดยิ่งอย่างต่อเนื่องและยาวนาน ทำให้ในปี 2022 มีนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ จำนวน 5 รางวัล โดยการค้นพบตัวนำยวดยิ่งครั้งแรกในปรอท ส่งผลให้มีการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุที่อุณหภูมิต่ำจนนําไปสู่การผลิตฮีเลียมเหลว ทำให้ ไฮเกอ กาเมอร์ลิง โอนเนิส ได้รับรางวัลในปี 1913 ต่อมา จอห์น บาร์ดีน ลีออน คูเปอร์ และ จอห์น โรเบิร์ต ชรีฟเฟอร์ ร่วมกันพัฒนาทฤษฎีสภาพนำยวดยิ่งและประสบผลสำเร็จครั้งแรก เรียกว่า “ทฤษฎี BCS” ส่งผลให้ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลในปี 1972 จากการศึกษาดังกล่าว และในปี 1973 ลีโอ อีซากิ ไอวา เกียเวอร์ และเบร์นอัน เดวิด โจเซฟสัน ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบปรากฏการณ์ที่เกิดจากการวางประกบกันของสารกึ่งตัวนำและตัวนำยวดยิ่ง รวมถึงการคำนวณของโจเซฟสันเกี่ยวกับปรากฏการณ์ดังกล่าว เป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไป “ปรากฏการณ์โจเซฟสัน” ในปี 1987 เจ จอร์จ เบทนอร์ซ และเค อเลกซานเดอร์ มูลเลอร์ ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบความเป็นตัวนำยวดยิ่งในเซรามิก นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการศึกษาตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิสูง และอะเลกซิ เอ อะบิโคซอฟ วิตาลี แอล กินซ์เบิร์ก และแอนโทนี เจมส์ แลกเก็ตท์ ร่วมกันคิดค้นทฤษฎีตัวนำยวดยิ่งและของเหลวยวดยิ่ง จนได้รับรางวัลในปี 2003