MgB2是2001年被日本科学家首先发现的一种具有超导电性的金属间化合物。由于这种新材料与目前普遍使用的铌三锡(Nb3Sn)金属间化合物和铌钛(Nb-Ti)合金等超导材料相比可以大大降低运行成本，并且成材和加工性能较好，所以被业内普遍认为有可能成为一种可以与Yb3Sn和Nb-Ti相媲美的实用超导材料，特别是在核磁共振成像技术、加速器技术等超导的强电应用方面，具有可观的开发前景。 从基础学科的角度看，MgB2材料也有特殊性。研究表明，它与高温超导氧化物材料不同，其超导物理机理基本上是电声子相互作用引起的，也就是传统的BCS理论描述的超导电性。但是它具有两个超导能隙，分别对应于两类电子能带的贡献。这种多能隙的超导电性虽然早就有人从理论上预言，但MgB2是第一种明显具有这种特性的材料。多能隙超导电性的研究在物理上有丰富的内容，有基本的学科意义。MgB2材料的电声子相互作用也有许多特色，晶格的非简谐性和多声子作用等问题很突出，也有许多进一步研究的问题。 研究MgB2材料的物理特性，探索提高其性能的途径，都需要有高质量的实验样品，制备高质量的，结构比较理想，成分纯净和有控制地掺入指定杂质的薄膜是一个重要途径。国际上在这方面做过许多工作。美国宾州州立大学教授，我国旅美学者郗小星博士是国际公认的这个方面有重要贡献的。他和他的合作者最先提出的物理化学气相沉积方法制成当时世界上最好的MgB2超导薄膜。 本文的工作主要集中在高质量干净MgB2薄膜样品和可控碳掺杂样品的制备与表征。我们利用改进的物理化学气相沉积方法成功地制各出了具有超高载流能力的干净极限MgB2薄膜样品，各种参数均达到世界最好水平。薄膜样品很好地消除了“氧污染”问题，超导转变温度比块材提高了近3K，达到41.4K。样品表面粗糙度在5纳米以下，满足超导电子器件要求。薄膜样品具有每平方厘米大于一亿安培的载流能力，接近MgB2超导临界电流密度的理论极限值，为目前世界上临界电流密度最高的报道。在此基础上，我们发展了一种新的热丝辅助混合物理化学气相沉积装置，实现了利用甲烷作为碳源对干净MgB2样品的可控碳掺杂。掺杂后样品的磁通钉扎能力得到很大提高，在高场端(例如7特斯拉磁场下)表现了极其优异的性能：在温度5K和7特斯拉磁场下，临界电流密度达20万安培/平方厘米，上临界磁场对温度的变化率在临界温度附近达到了3特斯拉/K，这是目前已经报道过的最高值。 基于这种高质量的干净MgB2薄膜样品，目前已经在涡旋态磁通行为、非线性Hall效应、磁阻、亚波长周期孔的远红外增强透射、角分辩光电子谱、三明治结的超导隧道谱等方面开展了丰富的基础理论研究，在O2+注入改性、sQUID阵列(超导量子滤波器件)等应用方面也取得了一系列成果。 本文最后一部分利用高温原位电阻率测量技术，对多晶MgB2块材合成中Mg、B前驱粉末颗粒度对MgB2成相的影响进行了系统研究。发现B粉颗粒度对成相基本没有影响，而Mg的颗粒度与成相温度存在指数关系，并可以用一个扩散方程拟合。这个结果对于深入理解Mg-B固相反应的过程有一定的意义。