Durchbruch: Forscher beweisen Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt
Karl-Friedrich Wieloch
Durchbruch: Forscher beweisen Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt
Wissenschaftler haben erstmals direkte Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Mit fortschrittlichen Elektronentunnel-Verfahren maßen Forscher eine entscheidende Energielücke in H₃S und D₃S – zwei Verbindungen, die für ihre hochtemperatur-supraleitenden Eigenschaften bekannt sind. Die Ergebnisse bringen das lang ersehnte Ziel der Supraleitung bei Raumtemperatur einen Schritt näher an die praktische Anwendung.
Der Durchbruch gelang einem Team am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz. Die Forscher entwickelten eine spezielle Tunnel-Spektroskopie-Methode, die unter extremem Druck funktioniert. Mit dieser Technik konnten sie in H₃S eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) nachweisen.
In D₃S, einem ähnlichen Material, bei dem Wasserstoff durch Deuterium ersetzt ist, betrug die Lücke etwa 44 meV. Der Unterschied zwischen beiden Werten stützt die Theorie, dass die Supraleitung in diesen Verbindungen auf Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Gitterschwingungen – den sogenannten Phononen – zurückgeht.
H₃S und D₃S gehören zu einer wachsenden Familie wasserstoffreicher Supraleiter, die in den letzten Jahren entdeckt wurden. Seit der Entdeckung 2015, dass H₃S bei etwa 203 Kelvin und einem Druck von 155 Gigapascal supraleitend wird, haben Forscher weitere Hochtemperatur-Supraleiter synthetisiert. Dazu zählen LaH₁₀ (250 K bei 170–200 GPa), YH₆–YH₉ (bis zu 243 K bei ~180 GPa), Li₂MgH₁₆ (473 K bei 250 GPa) und CeH₉ (130–160 K bei 80–120 GPa). Alle wurden in Diamantstempelzellen hergestellt, die die erforderlichen extrem hohen Drücke erzeugen können.
Die in Nature veröffentlichte Studie liefert die erste mikroskopische Bestätigung der Supraleitung in diesen Materialien. Supraleiter, die Strom ohne Widerstand leiten, bergen das Potenzial, die Energieübertragung, -speicherung und andere Technologien zu revolutionieren.
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Die Messungen bestätigen, dass H₃S und D₃S unter Druck bei hohen Temperaturen supraleitende Eigenschaften zeigen. Die kleinere Energielücke in D₃S untermauert bestehende Theorien darüber, wie die Kopplung von Elektronen und Phononen die Supraleitung in diesen Verbindungen antreibt. Mit diesen Erkenntnissen sind Wissenschaftler nun besser gerüstet, um Materialien zu erforschen, die Supraleitung unter noch zugänglicheren Bedingungen erreichen könnten.
