Bahnbrechende Entdeckung: Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt nachgewiesen
Irmtraut Becker
Bahnbrechende Entdeckung: Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt nachgewiesen
Wissenschaftler haben erstmals direkte mikroskopische Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Der Durchbruch liefert entscheidende Details darüber, wie diese Stoffe Strom ohne Widerstand leiten. Die Erkenntnisse konzentrieren sich auf zwei Verbindungen, H₃S und D₃S, die bei ungewöhnlich hohen Temperaturen supraleitend werden.
H₃S und D₃S wurden unter extremem Druck untersucht, unter dem sie ihren gesamten elektrischen Widerstand verlieren. H₃S erreicht Supraleitung bei 203 Kelvin, während D₃S dies bereits bei 250 Kelvin tut. Forscher am Max-Planck-Institut für Chemie entwickelten eine spezielle Technik – die abstimmbare Elektronentunnel-Spektroskopie –, um die supraleitenden Energielücken der beiden Verbindungen zu messen.
Die Energielücke von H₃S betrug etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während D₃S eine kleinere Lücke von rund 44 meV aufwies. Dieser Unterschied stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben. Die Messung dieser Lücken ist schwierig, da sich die Verbindungen nur unter Drücken von über 100 Gigapascal (GPa) bilden.
Auch andere wasserstoffbasierte Supraleiter wurden unter ähnlichen Bedingungen entdeckt. Beispiele sind LaH₁₀, das bei etwa 250–260 Kelvin und 170–200 GPa supraleitend wird, sowie YH₆–YH₉ mit einer kritischen Temperatur von bis zu 243 Kelvin bei 180 GPa. Die Erforschung von Verbindungen wie PrH₉ und ThH₉ geht weiter, da sie Potenzial für Supraleitung bei nahe Raumtemperatur unter extremem Druck zeigen.
Die Entdeckung bestätigt, dass wasserstoffreiche Materialien Supraleitung bei hohen Temperaturen erreichen können. Die gemessenen Energielücken liefern entscheidende Einblicke, wie sich Elektronen in diesen Stoffen paaren. Diese Erkenntnisse könnten Technologien in der Energieübertragung, -speicherung und anderen Bereichen voranbringen, in denen leitfähige Materialien ohne Widerstand benötigt werden.
