La supraconductivité, ou supraconduction, est un phénomène physique caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique — l'effet Meissner — à l'intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs.
La supraconductivité découverte historiquement en premier, et que l'on nomme communément supraconductivité conventionnelle, se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu (). La supraconductivité permet notamment de transporter de l'électricité sans perte d'énergie. Ses applications potentielles sont stratégiques.
Dans les supraconducteurs conventionnels, des interactions complexes se produisent entre les atomes et les électrons libres et conduisent à l'apparition de paires liées d'électrons, appelées paires de Cooper. L'explication de la supraconductivité est intimement liée aux caractéristiques quantiques de la matière. Alors que les électrons sont des fermions, les paires d'électrons se comportent comme des bosons de spin égal à 0 nommé singulet, et sont « condensées » dans un seul état quantique, sous la forme d'un superfluide de paires de Cooper.
Un effet similaire de la supraconductivité est la superfluidité, caractérisant un écoulement sans aucune résistance, c'est-à-dire qu'une petite perturbation que l'on soumet à ce type de liquide ne s'arrête jamais, de la même façon que les paires de Cooper se déplacent sans aucune résistance dans un supraconducteur.
Il existe également d'autres classes de matériaux, collectivement appelés « supraconducteurs non conventionnels » (par opposition à la dénomination de supraconductivité conventionnelle), dont les propriétés ne sont pas expliquées par la théorie BCS. En particulier, la classe des cuprates (ou « supraconducteurs à haute température critique »), découverte en 1986, présente des propriétés supraconductrices à des températures bien plus élevées que les supraconducteurs conventionnels. Toutefois, ce que les physiciens nomment « haute température » reste extrêmement bas comparativement aux températures à la surface de la Terre (le maximum est , soit ), mais sont parfois au-dessus de la température de liquéfaction de l'azote en azote liquide à ().
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thumb|Aimant en lévitation magnétique au-dessus d'un supraconducteur à haute température critique. L'expulsion du champ magnétique du matériau supraconducteur (effet Meissner) est responsable de cet effet de lévitation.
Historique thumb|Le liquéfacteur d'hélium utilisé par K. Onnes et son équipe lors de la découverte de la supraconductivité dans le mercure. Museum Boerhaave, Leiden.
thumb|Film montrant un aimant lévitant au-dessus d'un supraconducteur grâce au piégeage des vortex dans le volume du supraconducteur.
Le phénomène est découvert en 1911 par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes et son équipe composée de Gilles Holst, Cornelis Dorsman et Gerit Flim. Kamerlingh Onnes avait réussi à liquéfier pour la première fois de l'hélium en 1908, ce qui lui avait permis de mener des mesures physiques jusqu'à des températures de (). Il avait alors entrepris un programme de mesures systématiques des propriétés de la matière à très basse température, en particulier la mesure de la résistance électrique des métaux. Le , l'équipe mesure que la résistivité électrique (ou résistance électrique) du mercure devient nulle en dessous d’une certaine température appelée température critique T, de l'ordre de pour le mercure. C'est la première observation d'un état supraconducteur, bien qu'à cette époque on pût le confondre avec un conducteur idéal. Une rumeur attribue le mérite de la découverte au seul Gilles Holst (un étudiant de K. Onnes), mais le cahier d'expérience découvert ensuite, écrit de la main même de Kamerlingh Onnes, montre que ce dernier était bien aux commandes de l'expérience ce jour-là, Gilles Holst mesurant la résistance électrique avec un pont de Wheatstone, Cornelis Dorsman et Gerit Flim s'occupant des aspects de cryogénie.. Pour l'ensemble de son travail sur la liquéfaction de l'hélium et l'utilisation de l'hélium liquide, Kamerlingh Onnes reçoit le prix Nobel de physique en 1913.
thumb|Animation expliquant la courbe obtenue par K. Onnes montrant la découverte de la supraconductivité.
Des expériences avec de nombreux autres éléments montrent que certains possèdent des facultés de supraconductivité et d'autres non : en 1922, notamment, le plomb à (). ; et en 1941, le nitrure de niobium à ..
En 1933, Walther Meißner et Robert Ochsenfeld découvrent la seconde caractéristique de l'état supraconducteur, le fait qu'il repousse le champ magnétique, un phénomène connu sous le nom d'effet Meissner.. En 1935, les frères Fritz et Heinz London montrent que l'effet Meissner est une conséquence de la minimisation de l'énergie libre transportée par le courant supraconducteur..
En 1950, on constate que la température critique dépend de la masse isotopique...
En 1950 encore, une théorie phénoménologique dite de Ginzburg-Landau est élaborée par Lev Landau et Vitaly Ginzburg.. Cette théorie explique les propriétés macroscopiques des supraconducteurs près de leur transition de phase en utilisant l'équation de Schrödinger. En particulier, Alekseï Abrikossov montre qu'avec cette théorie on peut prévoir l'existence de deux catégories de supraconducteurs (types I et II).. Abrikosov et Ginzburg recevront le prix Nobel en 2003 pour ce travail (Landau est décédé en 1968).
En 1979, un chimiste néerlandais découvre le premier supraconducteur organique synthétique, le ditétraméthyltétrasélénofulvalinehexafluorophosphate.
Une théorie complète de la supraconductivité est proposée en 1957 par John Bardeen, Leon Cooper et John Robert Schrieffer.. Connue sous le nom de théorie BCS (d'après leurs initiales), elle explique la supraconductivité par la formation de paires d'électrons (paires de Cooper) formant alors des bosons et permettant la condensation. Selon cette théorie, l'appariement des électrons se fait grâce à une interaction attractive entre ceux-ci, causée par leur couplage avec les vibrations du réseau qu'on appelle phonons. Pour leur travail, les auteurs recevront le prix Nobel de physique en 1972.
En 1959, Gorkov montre que la théorie BCS se ramène à la théorie de Ginzburg-Landau au voisinage de la température critique d'apparition de la supraconductivité..
En 1962, les premiers fils supraconducteurs (en alliage de niobium-titane) sont commercialisés par Westinghouse. La même année, Brian Josephson prévoit théoriquement qu'un courant peut circuler à travers un isolant mince séparant deux supraconducteurs.. Ce phénomène, qui porte son nom (l'effet Josephson), est utilisé dans les SQUIDs. Ces dispositifs servent à faire des mesures très précises de h/e et, combinée avec l', à la mesure de la constante de Planck h. Josephson recevra le prix Nobel en 1973.
En 1979, confirme la présence d'une phase supraconductrice dans ., un matériau constitué d'atomes non magnétiques et dont les électrons sont tellement corrélés que leur masse effective atteint parfois des centaines de fois celle de l'électron libre. Ces caractéristiques étant si différentes de celles des supraconducteurs conventionnels, une nouvelle classe est constituée : les fermions lourds. D'autres matériaux de cette famille avaient déjà été étudiés par dans les années 1960., mais sans convaincre la communauté scientifique.
En 1986, Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller découvrent une supraconductivité à dans des matériaux de structure perovskite de cuivre à base de lanthane. (prix Nobel de physique 1987). Cette découverte ravive la recherche de matériaux ayant des températures critiques de plus en plus hautes.
Très rapidement, les scientifiques remarquent que la température critique de ce matériau augmente avec la pression. En remplaçant le lanthane par de l'yttrium, c'est-à-dire en produisant le composé , la température critique monte à ()., dépassant la température de l'azote liquide (). Cette information est très importante car l'azote liquide est produit industriellement à bas prix, et peut même être produit sur place. Beaucoup de cuprates supraconducteurs sont produits par la suite, mais les mécanismes de cette supraconductivité restent à découvrir. Cependant, ces matériaux sont des céramiques et ne peuvent pas être travaillés aisément. De plus, ils perdent facilement leur supraconductivité à fort champ magnétique et donc les applications se font attendre. Les recherches se poursuivent pour diminuer la sensibilité au champ et pour augmenter la température critique. Après la température de l'azote liquide, le second seuil économique (et psychologique) est celle de la glace carbonique, ().
Le , une équipe de physiciens franco-canadienne publie dans la revue Nature une étude. qui, selon un communiqué du CNRSVoir ce ., permettrait d'avancer sensiblement dans la compréhension de ces matériaux.
En janvier 2008, l'équipe du professeur Hosono du Tokyo Institute of Technology rapporte l'existence d'une nouvelle classe de supraconducteurs : les pnictures de type ROFeAs (où R est une terre rare) dopés avec du fluor sur le site de l'oxygène.. La température critique maximale est de . Cette découverte surprend en raison de la présence de fer dans un supraconducteur ayant une aussi haute température critique. En , il semble y avoir un consensus indiquant que le fer joue un rôle majeur dans la supraconductivité de ces matériaux. Des centaines de travaux sont publiés montrant l'enthousiasme de la communauté scientifique à propos de cette découverte. Un certain nombre de groupes rapportent une température critique maximale de l'ordre de dans le cas où R est une terre rare non magnétique. Fin , le groupe du professeur Johrendt, de l'université de Munich, fait état de la supraconductivité dans le composé , avec une température critique T de l'ordre de .. Ce composé possède une structure cristallographique très proche de celle de LaOFeAs. Cette découverte est importante car elle montre que l'oxygène ne joue aucun rôle dans le mécanisme de supraconductivité de cette nouvelle classe de supraconducteurs. Les propriétés magnétiques semblent en cause, comme pour les cuprates.
En 2014, un des supraconducteurs à base de fer qui avaient été découverts en 2009, FeSe, revient dans l'actualité. Bien que sa faible température critique (environ ) n'ait pas alors été jugée très intéressante., on se rend compte qu'en faisant croître une couche mince (d'une seule épaisseur atomique) sur un substrat de , on arrive à une température critique supérieure à et donc supérieure à celles de tous les autres supraconducteurs à base de fer.. Cette découverte ouvre la voie aux supraconducteurs en couches minces ainsi qu'à la synthèse de matériaux complexes.
En 2016, une température critique supérieure à est observée dans de l'hydrure de soufre.. Bien qu'apparemment due au hasard, cette découverte a en fait été prédite par le théoricien Neil Ashcroft dès 1968., sur la base de la supraconductivité conventionnelle. L'expérience a cependant nécessité l'imposition d'une très forte pression, supérieure à .
La découverte d'un premier matériau supraconducteur à température ambiante (mais très haute pression) (environ ), (proche de la pression au centre de la Terre)., un hydrure de carbone et de soufre, est annoncée en 2020.., mais la publication originale est rétractée en 2022..