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

1. April 2025

Wissenschaftler haben neue Details über die Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien aufgedeckt und damit den Weg zu supraleitenden Stoffen bei Raumtemperatur ein Stück näher gebracht. Ein Forschungsteam unter der Leitung von M. I. Eremets am Max-Planck-Institut für Chemie maß die supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S – zwei Verbindungen, die für ihre hochtemperatursupraleitenden Eigenschaften bekannt sind. Die 2023 veröffentlichten Ergebnisse liefern den direkten Nachweis, wie sich Elektronen in diesen Materialien paaren.

Die Entdeckung der Supraleitung in H₃S im Jahr 2015 markierte einen Durchbruch bei der Suche nach Materialien, die Strom ohne Widerstand leiten. Solche Supraleiter könnten die Energieübertragung, magnetische Levitation und das Quantencomputing revolutionieren. Allerdings gestaltet sich die Erforschung dieser wasserstoffreichen Verbindungen schwierig, da sie nur unter extremem Druck supraleitend werden.

Mithilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie wies das Team eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) in H₃S nach. In D₃S, einer ähnlichen Verbindung mit Deuterium anstelle von Wasserstoff, betrug die Lücke rund 44 meV. Dieser Unterschied bestätigt theoretische Vorhersagen, wonach Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in H₃S antreiben. Die Ergebnisse belegen, dass wasserstoffreiche Materialien wie H₃S und LaH₁₀ Supraleitung bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff erreichen können. Die kleinere Lücke in D₃S untermauert zudem lang gehegte Theorien über die Funktionsweise dieser Verbindungen.

Als nächsten Schritt planen die Forscher, dieselbe Tunneltechnik auf andere Hydrid-Supraleiter anzuwenden, um die entscheidenden Faktoren für Hochtemperatur-Supraleitung zu entschlüsseln.

Die Studie liefert den ersten direkten mikroskopischen Beweis für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien. Durch die Aufdeckung der Energielücken in H₃S und D₃S hat das Team die These gestärkt, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die treibende Kraft sind. In weiteren Schritten sollen nun zusätzliche Hydride getestet werden, um supraleitende Materialien, die bei höheren Temperaturen funktionieren, besser zu verstehen – und letztlich zu optimieren.