Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Erkenntnisse zur Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie enthüllt supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S

Wissenschaftler sind der Aufklärung der Raumtemperatur-Supraleitung einen Schritt nähergekommen, nachdem sie zwei wasserstoffreiche Verbindungen untersucht haben. Die Materialien H₃S und D₃S zeigen supraleitende Eigenschaften bei ungewöhnlich hohen Temperaturen. Dieser Durchbruch könnte den Weg für effizientere Energiesysteme und fortschrittliche Technologien ebnen.

Der Beginn dieser Forschung liegt im Jahr 2015, als Wissenschaftler in H₃S, einer Schwefelwasserstoffverbindung, Supraleitung entdeckten. Diese Entdeckung markierte einen bedeutenden Fortschritt auf dem Weg zur Raumtemperatur-Supraleitung. Das Material zeigte die Fähigkeit, Strom ohne Widerstand bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff zu leiten.

Um 2015–2016 untersuchte ein Team unter der Leitung von Mikhail Eremets am Max-Planck-Institut mithilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie H₃S und dessen deuteriumbasiertes Pendant D₃S. Ihre Messungen offenbarten eine entscheidende Eigenschaft: die supraleitende Energielücke. In H₃S betrug diese Lücke etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S mit rund 44 meV kleiner ausfiel. Der Unterschied in den Energielücken zwischen den beiden Verbindungen stützt eine lang gehegte Theorie. Wissenschaftler gehen davon aus, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen – bei denen sich Elektronen durch Schwingungen im Kristallgitter paaren – die Supraleitung in diesen Materialien antreiben. Diese gepaarten Elektronen, auch Cooper-Paare genannt, bewegen sich widerstandsfrei durch das Material und ermöglichen so die Supraleitung.

Die Ergebnisse decken sich mit theoretischen Modellen, die vorhersagen, dass wasserstoffreiche Materialien Supraleitung bei höheren Temperaturen erreichen könnten. Solche Materialien bergen großes Potenzial für praktische Anwendungen, darunter verlustfreie Energieübertragung, magnetische Levitation und Quantencomputing.

Die Entdeckung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S liefert entscheidende Einblicke in die Hochtemperatur-Supraleitung. Diese wasserstoffreichen Verbindungen beweisen, dass widerstandsfreier Stromtransport bei höheren Temperaturen möglich ist. Die Forschung bringt die Wissenschaftler der Entwicklung realer Supraleiter für zukünftige Technologien einen Schritt näher.