Forscher entschlüsseln Geheimnis der Hochtemperatur-Supraleitung in Wasserstoffverbindungen
Walburga Hornig
Forscher entschlüsseln Geheimnis der Hochtemperatur-Supraleitung in Wasserstoffverbindungen
Forscher haben neue Details über Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien enthüllt. Mit Hilfe fortschrittlicher Spektroskopie maß ein Team des Max-Planck-Instituts für Chemie die supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S. Diese Ergebnisse liefern den ersten direkten mikroskopischen Beweis dafür, wie diese Substanzen Strom ohne Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen leiten.
Der Durchbruch begann im Jahr 2015, als in H₃S erstmals Supraleitung nachgewiesen wurde. Dieses Material gehört – zusammen mit D₃S – zu einer Klasse wasserstoffreicher Verbindungen, die ihren elektrischen Widerstand bei deutlich höheren Temperaturen verlieren als die meisten Supraleiter. Ihr Verhalten fasziniert seit Langem Wissenschaftler, die nach Supraleitern bei Raumtemperatur suchen.
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Um diese Materialien zu untersuchen, entwickelte das Team eine spezielle, abstimmbare Elektronentunnel-Spektroskopie-Technik. Diese Methode funktioniert unter extremem Druck und ermöglicht präzise Messungen der supraleitenden Energielücke – dem entscheidenden Merkmal, das zeigt, wie sich Elektronen paaren. In H₃S betrug die Lücke etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S mit rund 44 meV kleiner ausfiel.
Der Unterschied in der Größe der Energielücken stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben. Frühere Entdeckungen wie LaH₁₀ (mit einer Sprungtemperatur von 250–260 Kelvin bei 170–200 Gigapascal) und YH₆ (225–243 K bei 180 GPa) hatten bereits auf das Potenzial wasserstoffreicher Verbindungen hingewiesen. Nun bestätigt diese Studie ihre einzigartigen Eigenschaften auf mikroskopischer Ebene.
Die Messungen liefern klare Belege dafür, wie Supraleitung in H₃S und D₃S funktioniert. Die kleinere Energielücke in D₃S untermauert bestehende Theorien zur Elektronenpaarung in diesen Materialien. Diese Erkenntnisse könnten die Entwicklung von Technologien wie verlustfreier Energieübertragung und Hochleistungs-Speichersystemen vorantreiben.
