Магни́тные сверхпроводники́, вещества, которые одновременно обладают магнитными и сверхпроводящими свойствами. Сверхпроводимость характеризуется двумя фундаментальными свойствами: отсутствием электрического сопротивления и эффектом Мейснера. Она полностью разрушается, если магнитное поле превосходит некоторую критическую величину. C одной стороны, это демонстрирует антагонизм магнетизма и сверхпроводимости, с другой – возможность их сосуществования. Впервые эта проблема сформулирована В. Л. Гинзбургом в 1956 г. Конкуренция этих двух типов упорядочения (магнетизма и сверхпроводимости) обусловлена двумя механизмами взаимного влияния сверхпроводящих электронов и локализованных магнитных моментов.

Первый – электромагнитный (орбитальный) механизм – осуществляется через магнитное поле, которое индуцируется магнитными моментами и сверхпроводящими токами и которое, в свою очередь, влияет на них. Поле, индуцированное магнитными моментами, разрушает сверхпроводимость из-за орбитального эффекта, под которым понимают движение электронов куперовской пары в магнитном поле по различным круговым орбитам; различие орбит связано с противоположным направлением импульсов спаренных электронов (см. Эффект Купера). При достижении магнитным полем критического значения движение электронов по разным орбитам приводит к нарушению их спаривания.

Второй механизм обусловлен обменным взаимодействием электронов, участвующих в формировании этих двух типов упорядочения. Микроскопическая теория сверхпроводимости (модель Бардина – Купера – Шриффера) показала, что сверхпроводимость может быть разрушена парамагнитным эффектом. Этот эффект заключается в том, что магнитное поле действует на спины куперовской пары и разрушает синглетную (спины электронов пары антипараллельны) сверхпроводимость.

Как правило, орбитальный эффект доминирует при разрушении сверхпроводимости. Однако в ферромагнетиках на спины электронов действует сильное обменное поле со стороны магнитных атомов. Его энергия составляет $100–1000 \,К$, что превосходит критическую температуру сверхпроводников. Это обстоятельство объясняет, почему среди открытых в 1980-х гг. первых магнитных сверхпроводников не было ферромагнетиков. Большинство этих соединений типа $\text{TrRh}_4\text{B}_4$ и $\text{TrMo}_6\text{S}_8$ (где $\text{Tr}$ – редкоземельный металл) являются антиферромагнитными сверхпроводниками. По мере понижения температуры они переходят в сверхпроводящее состояние, а затем в них появляется антиферромагнитное упорядочение магнитных моментов редкоземельных атомов. В антиферромагнетике средние обменное и орбитальное поля становятся равными нулю, и в результате антиферромагнетизм может сосуществовать со сверхпроводимостью. В свою очередь, сверхпроводимость также практически не влияет на антиферромагнетизм. В конце 1990-х гг. был открыт другой класс антиферромагнитных сверхпроводников – $\text{TrNi}_2\text{B}_2\text{C}$.

Необычная, т. н. возвратная, сверхпроводимость была обнаружена в $\text{HoMo}_6\text{S}_8$ (1985) и $\text{ErRh}_4\text{B}_4$ (1986). При низких температурах эти соединения являются ферромагнитными нормальными металлами. При понижении температуры они переходят в сверхпроводящее состояние при критической температуре $Т_{кр}$. При дальнейшем охлаждении ниже температуры Кюри $Т_С$ в них вместо ферромагнетизма возникает неоднородное магнитное упорядочение с периодом около $10^{–8} \,м$. Температурный интервал сосуществования такого неоднородного магнетизма и сверхпроводимости невелик и составляет $0,05–0,1 \,К$. При дальнейшем понижении температуры сверхпроводимость разрушается, а неоднородный магнитный порядок превращается в ферромагнитный, т. е. наблюдается возвратный переход в нормальное ферромагнитное состояние. Возникновение неоднородного магнетизма вместо ферромагнетизма предсказано в работе Ф. Андерсона и английского физика-теоретика Х. Сула (1959).

Первые ферромагнитные сверхпроводники были открыты в начале 21 в. Это соединения $\text{UGe}_2$ (2000) и $\text{URhGe}$ (2001). В $\text{UGe}_2$ сверхпроводимость возникает при внешнем давлении $p = (1÷1,5)·10^9 \,Па$ c максимальной критической температурой лишь $Т_{кр} ≈ 0,7 \,К$, однако температура Кюри при этом сравнительно высока ($10–30 \,К$). В $\text{URhGe}$ сверхпроводимость существует при отсутствии внешнего давления с $\text{T}_{кр} ≈ 0,3 \,К$, а $Т_{С} ≈ 10 \,К$. При таких высоких значениях температуры Кюри существование перехода в сверхпроводящее состояние означает, что куперовское спаривание должно быть триплетным (с параллельной ориентацией спинов). Таким образом, эти ферромагнитные сверхпроводники – редкий пример триплетной сверхпроводимости. Подтверждением этого служит и сильная чувствительность критической температуры к чистоте кристаллов.

Ферромагнитные сверхпроводники сочетают магнитные и сверхпроводящие свойства в одном соединении, что открывает широкие перспективы для их применения.