倘若真就出现了造价相当于合金钢的常温超导材料，人类社会将会发生怎样的变化

自从荷兰科学家海伊克·凯米林·昂纳斯于19ll年首次发现超导现象以来，
科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的成就。超导体主要有
两个基本特性，即：①零电阻性或完全导电性；②完全抗磁性。因此，它在科研、
生产的各个领域都有着广泛的应用。总体来说可分为两大类：一类是用于强电，
用超导体制成大尺度的超导器件，如超导磁铁、电机、电缆等，用于发电、输电、
贮能和交通运输等方面。另一类是用于弱电，用超导体制成小尺度的器件，如超
导量子干涉器件（简称SQVID）和制成计算机的逻辑元件，用于精密仪器仪表、
计算机等方面。
1．超导发电
超导体对人类社会影响最大的将是提供更多的电力，超导用于发电的装置目
前有磁流体发电、超导电机发电、热核聚变发电三种。
滋流体发电是一种高效、低污染、单机容量大、直接将热能转变为电能的一
种新型的发电方式。普通火力发电需把热能转化为机械能再转化为电能，效率最
高只有33一36％。磁流体发电是让煤（石油、天然气）加氧化剂、添加剂燃烧
产生的等离子体高速通过磁场，使热能直接转化为电能，磁流体一蒸汽联合循环
发电装置最高效率达到55%，而且可自动脱硫，污染小．但这种发电方式目前遇
到的困难是当磁感应强度在1．5特以上时，磁流体的铁芯逐渐处于磁饱和，磁
场强度很难再提高。于是人们就想到超导体，如果利用超导磁体，那么就很容易
在较大体积内产生强度为几十特的磁场，且消耗的励磁功率很小，它具有性能良
好，质量小等优点。例如，磁感应强度可达4一5特的超导磁体，质量只有300
一500克，而要产生同样磁场强度的磁体质量却有15一20吨。目前，美国、前
苏联、日本都建有这种超导磁流体发电机。
超导发电机发电是利用超导体制造发电机磁极绕组，不仅可大大增加发电机
的极限输出容量，而且效率高，体积小，质量小，可节约大量电能和金属材料。
常规的两极发电机的极限输出在现今条件下只能达到1．5*109瓦，但超导发电机则
可达3*1010瓦，甚至更大。一台6X106瓦的电动机，常规质量为370X103千克，采用超
导体材料仅重40X103千克；又如目前已建成的一台5X106瓦超导交流发电机，其
功耗比普通电机减少三分之二，体积缩小百分之八十以上。因此有人估计，超导
体可以把发电成本降低60％，可以把经电缆输电的成本降低10％，这些优点使
得它特别适宜于建造高效率的大型发电站、移动电源及做为太空飞船的动力设
备。
超导体还可帮助科学家建立核聚变发电系统，这种发电系统是以氢做燃料
的，其反应温度与太阳的温度一样高。从理论上讲这种能源是取之不尽的，在实
践上，关键问题是如何生成足够强大的磁场来控制剧烈的热核反应，超导材料将
能够解决这个问题。
2．超导输电
目前输电均采取高压交流输电，损耗较大，降低了有效的电能．利用超导体
的零电阻这个特性，可以制成超导电缆，无损耗地输电，不但输电效率高而且可
以节约材料，避免铺设高架电缆，降低输电成本。这种超导电缆能传输几十万兆
瓦的功率，它还能在较低的电压下，传输强大的电流。如一条三相超导电缆能在
35干伏电压下，传输104安培的电流。美国曾制成一种锡铌超导电缆，把三根直径
为14厘米的345千伏超导电缆装置在直径为45厘米的高绝热导管中，就可输送
像整个纽约这样大城市的全部用电。
3. 超导贮能
为了利用电力负荷的峰值和低值的差，解决高峰期用电的紧张状态，现在越
来越多的地方应用蓄能的方法来调节电力负荷。用超导材料制成的贮能线圈，能
以磁能的形式将电能大量贮存起来，并具有密度大、损耗小的特点。
4．超导电磁推进
超导电磁推进的装置是在船体内安装一个超导磁体，它会在海水中产生一个
强大的磁场。同时，在船体两侧安装一对强大的电极，使海水在两极间产生很大
的电流。由于磁场和海水中电流的相互作用，海水在船后对船体产生一个强大的
推力。这时海水和电极相当于转于和电枢，利用与电机相同的原理就可推动船体
前进。
世界上第一艘“超导船”于1992年1月27日在日本神户下水，它以超导电
磁为动力，其外型看起来像是鲸鱼与太空火箭的混今体，长30米，理论最高时
速可达每小时200公里左右。
5. 超导磁场净化
有人曾设想用超导强磁场除去水中的重金属、悬浮物和某些微生物，从而使
被污染的河流和湖泊得到净化。为了使瓷器更洁白漂亮，也可用超导体制成高梯

度强磁场除去高岭上土中的金属磁性杂质。
6．超导磁悬浮列车
磁悬浮列车从原理上讲可分为两种：一种是超导感应推斥式（电动型）磁悬
浮（简称EDS），它是利用装载在列车上的超导磁体和地面上导体中的感应电
流之间的推斥力使列车悬浮起来的方式；另一种是电磁吸引式（电磁型）磁悬浮
（简称EMS），其原理可参考《中学物理教学参考》1994年第11期第47页。
超导磁悬浮列车是人们根据超导体的完全抗磁性设计出的一种高速列车，最
初是在1968年由美国人伯维尔和当比首先提出的，1970年试制了超导磁悬浮基
础实验装置，1971年3月确认了实验与理论的一致性，使开发前进了一大步。
1972年世界上第一台超导感应推斥式（电动型）磁悬浮列车ML100在日本研制
成功，所用的超导材料是铌锡合金。这种列车每一节车厢下面的车轮旁，都装有
小型的超导磁体，在轨道的两旁，有一系列闭合的铝环，整个列车由埋在地下的
直线型同步马达驱动，当列车向前行驶时，超导磁体则在轨道面产生强大的磁
场，并和轨道旁的铝环相对运动，在铝环内感生出强大的电流。由于超导磁体和
铝环的相互排斥作用，就产生一种向上的浮力把列车凌空托起，消除了车轮与钢
轨的摩擦阻力。另外速度愈大排斥力就愈大，当速度超过一定值（80千米／小
时）时，列车就脱离路轨表面，最大距离可达数厘米以上，其悬浮是自稳定的，
无须加任何主动控制。由于采用大气隙悬浮，即使车体稍许不平衡，或车体与轨
道少许对不准，或轨道上有冰雪之类杂物，均不影响列车运行的安全性，在低速
行驶时，要靠辅助车轮支撑。一列乘载百人的磁悬浮列车，只要75千瓦的功率，
就能使行驶速度达到每小时50O公里以上。
与普通列车相比，磁悬浮列车具有以下优点：①速度快。磁悬浮列车的速度
只受限于空气阻力，比普通列车受限于轮轨间的摩擦力小得多，是陆上最快的交
通工具，日本的ML500曾创下了时速571千米的陆面交通工具的世界最高纪录。
②乘坐平稳舒适，噪音低。③占地面积小。④能耗低，安全可靠，被认为是一种
很有前途的交通工具。
目前世界上开发磁悬浮列车的国家主要有德国日本、美国等。其中，德国在
EMS型磁悬浮列车技术上占有优势，计划在2001年正式开通汉堡至柏林的EMS
型磁悬浮列车。日本则在EDS型磁悬浮列车上不断取得了举世瞩目的进展，可
望成为日本21世纪新一代的高速铁路的运输工具。
我国于1995年5月继德国、日本、英国、前苏联、韩国之后，成为第六个
研制成功EMs型磁悬浮列车的国家。这种列车被誉为21世纪的新型交通工具、
国防科技大学研制成功的这台单向架磁悬浮列车，长3．36米，宽3米，轨距
2米，车上安装了4组8只悬浮、导向电磁铁，由4套控制系统进行控制，静止
时起浮质量为6吨，起浮间隙20毫米，运行间隙10毫米，可乘坐2O多人，列
车的理论设计时速可高达500多公里。
用上述同样的原理，也可以用于超导无摩擦轴承上，目前制作的超导轴承，
浮力已达每平方厘米300克；另外利用超导体的完全抗磁性，可用于在载人宇宙
飞船上屏蔽高能宇宙射线的袭击。超导磁屏蔽也可用在超导电子显微镜中，使电
子按所要求的轨道飞行。
7. 超导陀螺仪
陀螺仪是一种重要的导航定位仪表，各种航天飞行器，包括飞船、导弹等都
需陀螺仪来导航。由于一般陀螺仪均有接触摩擦，无法达到更高精度。超导陀螺
仪解决了这一问题。
8. 超导电子器件
超导体另一个富有潜力的应用领域属于弱电应用方面。如利用超导隧道效应
可制成各种电子器件和电路。特别是在精密测量、电压标准监视、微波和远红外
应用以及超导电子计算机的逻辑存贮电路方面，超导器件将产生巨大的影响。
目前在电子学技术中，中频放大的灵敏度比高频放大的灵敏度高，所以，将
高频讯号与本机振荡讯号进行混频，得到中频讯号后再进行放大。利用超导的高
频讯号特性可作为微波通讯中的混频器件。
又如，超导体晶体管比普通晶体管的工作速度快1000倍，能耗仅为普通晶
体管的千分之一，因此在电子计算机中，正是由于超导电子器件的超灵敏度、超
高精度、超快速和低功耗，不仅能使电子计算机运算速度比现在的速度提高几十
倍，而且功耗大大降低，体积也大大减少。
再如利用约瑟夫效应制成的超导量子干涉器件(简称SQUID)，是一种高灵敏
度的传感器。用它制成的磁场计分辨率高达10-15特。可以测出人心脏或人脑中所发出
的磁讯号。在军事上的价值也很大，可以探测出潜艇在海底时引起的地磁变化。
9．超导天线
天线，不管是接收天线，还是发射天线，只有在天线长度与其波长相接近的
情况下，才能最有效地工作。但在实际情况中，这一点无法完全做到，特别是携
带式无线电接收机和发射机上的天线。由于这些天线的长度都只为其波长几分之
一，甚至数十分之一，因此，它们的效果受到很大的影响。例如，天线的长度为
其波长的20分之一，那么，它只能辐射或接收输送给它的5一10％的能量。英
国伯明翰大学的工程师们使用一种新型、“温热”的超导材料，很好地解决了上
述问题。专家们认为，天线上能量的损耗主要是由电阻引起的，他们将一块由超
导陶瓷制成的长10毫米的条形物冷却到一183C，实验证明，这块条形物体在
550兆赫（波长54．5厘米）的频率上进行辐射时是同样长度的铜导线效率的
16倍。
10．超导体和高能物理
目前，高能物理研究工作取得了重大发展，高能物理研究的对象----高能粒
子，它的速度很快，能量极高，体积很小，个别粒子的寿命很短，这些都是用一
般的实验方法和仪器所无法观察和测量的。人们需要利用独特的高能粒子加速系
统、粒子束流输送系统和粒子探测系统来实现粒子加速输送、打靶、选择分离和
记录其运动轨道，但是这些装置复杂而庞大。例如，气泡室的磁场空间，体积竟
有数十立方米，磁场强度高达数特，美国国立费米实验室的加速器的磁环直径长
达2公里以上。然而利用超导体就可使这个情况大大改观。例如一个电子伏的同
步加速器用1．2特的常规磁体时轨道半径是1200米，而用6特的超导磁体，
轨道半径只有170米。装置尺寸和费用都可大大降低。
总之，超导体的应用，正在发展成为一门新技术----超寻技术。然而，超导
体的实际应用不是一件容易的事情。尚待解决的一个大问题是要把材料冷却到距
离绝对零度几度的范围之内这意味着对于所有的实际应用都需要用复杂而昂贵
的致冷设备，这就排除了大多数实际应用的可行性。因此，人们致力于探索“高
温超导体”。自从1986年中、美、日等国几乎同时发现超导转变温度高于30K
的超导材料后，新型的“高温超导”材料不断出现，人类将逐步转入超导技术开
发时代。开发超导体的关键在于材料，超导材料必须能在更高温度下传导更强的
电流，经得住更强的磁场，以及更容易制成导线、带和其它器件，只有这样才能
广泛实用。随着理论研究和科技生产的发展，超导的应用将日益广泛，有着远大
的发展前景，现代文明的许多技术将发生变化。让我们开拓奋进，迎接这一超导
技术开发时代的冲击与挑战。

超导材料(卷名：电工)
superconducting material

具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
特性 超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
基本临界参量 有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。
超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。
分类 超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。② 合金材料： 超导元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。
应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。

1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K。

超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。

1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。

1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。

1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1／100。液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。

超导科学研究

1.非常规超导体磁通动力学和超导机理

主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T<Tc时用强磁场破坏超导达到正常态时的输运性质等。对有望表现出高温超导电性的体系象有机超导体等以及在强电方面具有广阔应用前景的低温超导体等，也将开展其在强磁场下的性质研究。

2.强磁场下的低维凝聚态特性研究

低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性。低维不稳定性导致了多种有序相。强磁场是揭示低维凝聚态特性的有效手段。主要研究内容包括：有机铁磁性的结构和来源；有机（包括富勒烯）超导体的机理和磁性；强磁场下二维电子气中非线性元激发的特异属性；低维磁性材料的相变和磁相互作用；有机导体在磁场中的输运和载流子特性；磁场中的能带结构和费米面特征等。

3.强磁场下的半导体材料的光、电等特性

强磁场技术对半导体科学的发展愈益变得重要，因为在各种物理因素中，外磁场是唯一在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间对称性的物理因素，因而在半导体能带结构研究以及元激发及其互作用研究中，磁场有着特别重要的作用。通过对强磁场下半导体材料的光、电等特性开展实验研究，可进一步理解和把握半导体的光学、电学等物理性质，从而为制造具有各种功能的半导体器件并发展高科技作基础性探索。

4.强磁场下极微细尺度中的物理问题

极微细尺度体系中出现许多常规材料不具备的新现象和奇异特性，这与这类材料的微结构特别是电子结构密切相关。强磁场为研究极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强有力的手段，不但能进一步揭示这类材料在常规条件下难以出现的奇异现象，而且为在更深层次下认识其物理特性提供丰富的科学信息。主要研究强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性；量子尺寸效应、量子限域效应、小尺寸效应和表面、界面效应；以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精细结构等。

5.强磁场化学

强磁场对化学反应电子自旋和核自旋的作用，可导致相应化学键的松弛，造成新键生成的有利条件，诱发一般条件下无法实现的物理化学变化，获得原来无法制备的新材料和新化合物。强磁场化学是应用基础性很强的新领域，有一系列理论课题和广泛应用前景。近期可开展水和有机溶剂的磁化及机理研究以及强磁场诱发新化学反应研究等。

6.磁场下的生物学、生物－医学研究等

磁体科学和技术

强磁场的价值在于对物理学知识有重要贡献。八十年代的一个概念上的重要进展是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研究二维电子气的输运现象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探索其起源的热情，并在建立电阻的自然基准，精确测定基本物理常数e，h和精细结构常数(＝e2/h(0c等应用方面，已显示巨大意义。高温超导电性机理的最终揭示在很大程度上也将依赖于人们在强磁场下对高温超导体性能的探索。

熟悉物理学史的人都清楚，由固体物理学演化为凝聚态物理学，其重要标志就在于其研究对象的日益扩大，从周期结构延伸到非周期结构，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展示了大量新的特性和物理现象，物理机理与传统的也大不相同。这些新对象的产生以及对新效应、新现象的解释使得凝聚态物理学得以不断的丰富和发展。在此过程中，极端条件一直起着至关重要的作用，因为极端条件往往使得某些因素突出出来而同时抑制其它因素，从而使原本很复杂的过程变得较为简单，有利于直接了解物理本质。

相对于其它极端条件，强磁场有其自身的特色。强磁场的作用是改变一个系统的物理状态，即改变角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因此，也就改变了物理系统的状态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段，如中子源和同步加速器，它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的物理环境，并导致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于低温，它比低温更有效，这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并破坏时间反演对称性，使它们具有更独特的性质。

强磁场可以在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间的对称性，这对固体的能带结构以及元激发及其互作用等研究是非常重要的。固体复杂的费米面结构正是利用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自由运动从而导致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证实的。固体中的费米面结构及特征研究一直是凝聚态物理学领域中的前沿课题。当今凝聚态物理基础研究的许多重大热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研究作为基础。如波色凝聚只发生在动量空间，要在实空间中观察到此现象必需在非均匀的强磁场中才得以可能。又如高温超导的机理问题、量子霍尔效应研究、纳米材料和介观物体中的物理问题、巨磁阻效应的物理起因、有机铁磁性的结构和来源、有机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性材料的相变和磁相互作用、固体中的能带结构和费米面特征以及元激发及其互作用研究等等，强磁场下的研究工作将有助于对这些问题的正确认识和揭示，从而促进凝聚态物理学的进一步发展和完善。

带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会产生根本性变化。因此，研究强磁场对化学反应过程、表面催化过程、材料特别是磁性材料的生成过程、生物效应以及液晶的生成过程等的影响，有可能取得新的发现，产生交叉学科的新课题。强磁场应用于材料科学为新的功能材料的开发另辟新径，这方面的工作在国外备受重视，在国内也开始有所要求。高温超导体也正是因为在未来的强电领域中蕴藏着不可估量的应用前景才引起科技界乃至各国政府的高度重视。因此，强磁场下的物理、化学等研究，无论是从基础研究的角度还是从应用角度考虑都具有非常重要的科学和技术上的意义，通过这一研究，不仅有助于将当代的基础性研究向更深层次开拓，而且还会对国民经济的发展起着重要的推动作用。