Forscher entschlüsseln Rätsel der Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien
Jacqueline Röhrdanz
Forscher entschlüsseln Rätsel der Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien
Wissenschaftler haben neue Beweise entdeckt, die erklären, wie Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien funktioniert. Mit Hilfe fortschrittlicher Tunnel-Spektroskopie maßen Forscher am Max-Planck-Institut für Chemie die supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S. Dieser Durchbruch liefert den ersten direkten mikroskopischen Nachweis für Supraleitung in diesen Verbindungen unter extremem Druck.
Die Entdeckung der Supraleitung in H₃S im Jahr 2015 markierte einen Wendepunkt bei der Suche nach Supraleitern, die bei Raumtemperatur funktionieren. Mit einer kritischen Temperatur von 203 Kelvin (-70 °C) lag diese deutlich höher als bei herkömmlichen Materialien. Um sie weiter zu erforschen, entwickelte das Team eine abstimmbare Elektronen-Tunneltechnik, die auch unter extremem Druck einsetzbar ist.
Die Messungen zeigten eine supraleitende Energielücke von 60 Millielektronenvolt (meV) in H₃S. Bei D₃S war die Lücke mit etwa 44 meV kleiner. Dieser Unterschied stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen wasserstoffreichen Verbindungen antreiben.
Seit 2015 haben Forscher systematisch weitere Hydrid-Supraleiter untersucht, darunter LaH₁₀, YH₆/YH₉ und CeH₉. Jede dieser Verbindungen erforderte Drücke zwischen 140 und 250 Gigapascal. Zur Bestätigung nutzten sie Widerstandsmessungen, magnetische Analysen und Röntgenbeugung, um ihre Strukturen zu erforschen.
Die Ergebnisse bestätigen theoretische Vorhersagen, wonach Supraleitung bei Raumtemperatur in wasserstoffbasierten Materialien möglich sein könnte. Die Studie liefert entscheidende Einblicke, wie diese Verbindungen bei relativ hohen Temperaturen einen elektrischen Widerstand von null erreichen.
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Die Forschung klärt die mikroskopischen Ursprünge der Supraleitung in H₃S und D₃S auf und untermauert die Eignung wasserstoffreicher Materialien als Kandidaten für Hochtemperatur-Supraleiter. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für weitere Experimente, die Supraleitung unter weniger extremen Bedingungen erreichen sollen.
