Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Wissenschaftler haben erstmals direkte mikroskopische Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Der Durchbruch konzentriert sich auf H₃S, eine Verbindung, die Strom ohne Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen leiten kann. Diese Entdeckung wirft neues Licht darauf, wie solche Materialien ihre außergewöhnlichen Eigenschaften entwickeln.

Die zentrale Erkenntnis besteht in der Messung der supraleitenden Energielücke in H₃S – ein grundlegendes Merkmal, das zeigt, wie sich Elektronen paaren, um widerstandsfreien Stromfluss zu ermöglichen. Die Forscher entwickelten eine spezialisierte, abstimmbare Elektronentunnel-Spektroskopie, um diese Lücke unter extremem Druck zu untersuchen, und überwanden damit eine große technische Hürde. Die Energielücke in H₃S wurde bei etwa 60 Millielektronenvolt (meV) gemessen, während ihr Deuterium-Pendant D₃S eine kleinere Lücke von rund 44 meV aufwies.

Die geringere Lücke in D₃S untermauert die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben. Demzufolge helfen Schwingungen im Kristallgitter den Elektronen, Paare zu bilden, sodass sie sich mühelos bewegen können. Die Experimente wurden von Ranga Dias am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz geleitet, wo die Supraleitung in H₃S erstmals 2015 bei einer kritischen Temperatur von 203 Kelvin nachgewiesen wurde.

Wasserstoffreiche Supraleiter wie H₃S und LaH₁₀ sind besonders vielversprechend, da sie nahe Raumtemperatur funktionieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Supraleitern, die extrem tiefe Temperaturen erfordern, könnten diese Materialien Technologien wie Stromnetze, Magnetschwebebahnen und Quantencomputer revolutionieren.

Die Studie bestätigt das Vorhandensein einer supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S und liefert damit entscheidende Belege für Hochtemperatur-Supraleitung. Die Ergebnisse ebnen den Weg für weitere Forschungen zu wasserstoffreichen Materialien, die eines Tages praktische, bei Raumtemperatur funktionierende Supraleiter ermöglichen könnten. Solche Fortschritte könnten die Energieeffizienz und technologische Anwendungen in zahlreichen Branchen grundlegend verändern.