Neue Mikroskopie-Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt
Wally Klemt
Neue Mikroskopie-Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt
Wissenschaftler haben neue mikroskopische Beweise für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Mit Hilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen Forscher die supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S – zwei Verbindungen, die für ihre Hochtemperatur-Supraleitung bekannt sind. Dieser Durchbruch vertieft das Verständnis dafür, wie Elektronen Paare bilden und so einen widerstandsfreien Stromfluss ermöglichen.
Der Weg begann 2015 mit der Entdeckung der Supraleitung in H₃S, einem Meilenstein auf der Suche nach Raumtemperatur-Supraleitern. Seither wurden wasserstoffbasierte Supraleiter wie LaH₁₀, YH₉ und CeH₉ unter extremem Druck untersucht, der oft 180 Gigapascal übersteigt. Neben der Tunnel-Spektroskopie kamen Methoden wie Röntgenbeugung, Raman-Spektroskopie und Synchrotron-Mößbauer-Spektroskopie zum Einsatz, um ihr Verhalten zu analysieren.
Ein Team am Max-Planck-Institut für Chemie entwickelte eine spezialisierte, abstimmbare Elektronentunnel-Methode, um die supraleitende Lücke in H₃S zu messen. Die Ergebnisse zeigten eine Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV). Bei D₃S – einer ähnlichen Verbindung, in der Wasserstoff durch Deuterium ersetzt ist – betrug die Lücke rund 44 meV. Dieser Unterschied stützt Theorien, wonach Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben.
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Die kleinere Lücke in D₃S untermauert die Annahme, dass leichtere Wasserstoffatome die supraleitenden Eigenschaften verstärken. Beide Verbindungen verlieren ihren elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen, allerdings nur unter enormem Druck. Die Erkenntnisse liefern klarere Einblicke in die Mechanismen hinter ihrer außergewöhnlichen Leitfähigkeit.
Die direkte Beobachtung der supraleitenden Lücken in H₃S und D₃S bestätigt seit langem bestehende Theorien über die Paarungsprozesse der Elektronen. Diese Forschung bringt Wissenschaftler praktischen Anwendungen näher – etwa verlustfreien Stromnetzen oder fortschrittlichen Energiespeichern. Gleichzeitig unterstreichen die Ergebnisse das Potenzial wasserstoffreicher Materialien für die Erzielung von Supraleitung bei höheren Temperaturen.
