Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Wissenschaftler haben einen Durchbruch im Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung erzielt. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Thomas Proctor vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie hat erstmals direkt die supraleitende Energielücke in wasserstoffreichen Materialien gemessen. Ihre Erkenntnisse liefern entscheidende Einblicke, wie diese Materialien Strom ohne Widerstand leiten.

Das Team nutzte Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie, um H₃S und D₃S – zwei wasserstoffreiche Supraleiter – zu untersuchen. Mit dieser Methode konnten sie die supraleitende Lücke beobachten, eine grundlegende Eigenschaft, die zeigt, wie sich Elektronen paaren, um einen widerstandsfreien Zustand zu erzeugen. Die Lücke in H₃S betrug etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S bei rund 44 meV lag.

Die Messung dieser Lücke gestaltete sich schwierig, da wasserstoffreiche Materialien nur unter extremem Druck supraleitend werden. Die Entdeckung gilt als der bedeutendste Fortschritt in der Wasserstoff-Supraleitung seit ihrer ersten Bestätigung im Jahr 2015. Zudem stützt sie die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Verbindungen antreiben – die kleinere Lücke in D₃S entspricht den theoretischen Vorhersagen.

Hochtemperatur-Supraleiter wie H₃S und LaH₁₀ bringen die Forscher der Raumtemperatur-Supraleitung einen Schritt näher. Solche Materialien könnten die Energieübertragung, -speicherung und andere Technologien revolutionieren, indem sie elektrischen Widerstand eliminieren.

Die Ergebnisse liefern den ersten direkten mikroskopischen Nachweis für Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen. Sie bestätigen die Rolle der Elektronenpaarung in diesen Materialien und ebnen den Weg für weitere Forschungen zu praktischen, hocheffizienten Supraleitern. Die Studie wurde als großer Fortschritt auf diesem Gebiet veröffentlicht.