Bahnbrechender Nachweis: Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt beobachtet
Siglinde Wernecke
Bahnbrechender Nachweis: Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien erstmals direkt beobachtet
Wissenschaftler haben erstmals direkte mikroskopische Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Der Durchbruch, angeführt von Forschern des Max-Planck-Instituts für Chemie, liefert entscheidende Erkenntnisse darüber, wie diese Stoffe Strom ohne Widerstand leiten. Ihre in Nature veröffentlichten Ergebnisse konzentrieren sich auf die supraleitenden Energielücken in H₃S und D₃S unter extremem Druck.
Das Team nutzte Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie, um die supraleitende Energielücke in H₃S und seinem Deuterium-Pendant D₃S zu messen. Dabei betrug die Lücke in H₃S etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S bei rund 44 meV lag. Dieser Unterschied untermauert die These, dass Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Gitterschwingungen (Elektron-Phonon-Wechselwirkungen) eine zentrale Rolle für die Supraleitung dieser Materialien spielen.
Die Entdeckung baut auf früheren Arbeiten auf, die bis ins Jahr 2015 zurückreichen, als H₃S erstmals als Hochtemperatur-Supraleiter unter extremem Druck identifiziert wurde. Seither haben Forscher systematisch weitere wasserstoffreiche Verbindungen untersucht, darunter LaH₁₀ (2019), YH₆/YH₉ (2020–2021) und kohlenstoffhaltiges Schwefelhydrid (CSH, 2020). Neben der Tunnel-Spektroskopie kamen dabei Methoden wie die Diamantstempelzellen-Synthese, Widerstandsmessungen, Röntgenbeugung und Raman-Spektroskopie zum Einsatz, um diese Verbindungen zu analysieren.
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Die supraleitende Energielücke selbst ist ein charakteristisches Merkmal des supraleitenden Zustands. Sie zeigt, wie sich Elektronen paaren, um einen widerstandsfreien Stromfluss zu ermöglichen – ein Phänomen, das sich grundlegend von dem Verhalten normaler Metalle unterscheidet. Durch die Beobachtung dieser Lücke gewinnen Wissenschaftler tiefere Einblicke in die Mechanismen der Hochtemperatur-Supraleitung in wasserstoffbasierten Materialien.
Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, um Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen nachzuweisen und zu verstehen. Die gemessenen Energielücken in H₃S und D₃S liefern überzeugende Belege dafür, dass die Elektronenpaarung durch Gitterschwingungen angetrieben wird. Die Ergebnisse könnten künftige Bemühungen leiten, praktische Supraleiter zu entwickeln, die bei höheren Temperaturen und niedrigeren Drücken funktionieren.
