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. Mithilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen sie die Energielücke in H₃S und D₃S – zwei Verbindungen, die für ihre supraleitenden Eigenschaften bekannt sind. Diese Forschung trägt dazu bei, zu erklären, wie diese Materialien Strom ohne Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen leiten können.

Supraleiter ermöglichen den verlustfreien Transport von Elektrizität. In ihrem Inneren bilden Elektronen sogenannte Cooper-Paare, die sich als Einheit bewegen. Die Energielücke bezeichnet die minimale Energie, die nötig ist, um diese Paare aufubrechen.

In H₃S beträgt diese Lücke etwa 60 Millielektronenvolt (meV). Bei D₃S, einer ähnlichen Verbindung, in der Wasserstoff durch Deuterium ersetzt ist, sinkt die Lücke auf rund 44 meV. Dieser Unterschied untermauert die These, dass Schwingungen im Kristallgitter (Elektron-Phonon-Wechselwirkungen) eine zentrale Rolle bei der Bildung von Cooper-Paaren spielen.

H₃S erregte erstmals Aufsehen, als entdeckt wurde, dass es bei 203 Kelvin (-70 °C) supraleitend wird – ein bedeutender Schritt in Richtung Raumtemperatur-Supraleitung. Später überboten andere wasserstoffreiche Materialien wie LaH₁₀ diese Grenze noch und erreichten 250 Kelvin (-23 °C). Diese Entdeckungen deuten darauf hin, dass wasserstoffbasierte Verbindungen die Energieübertragung und -speicherung revolutionieren könnten.

Die jüngsten Messungen liefern konkrete Belege für den Zusammenhang zwischen der Energielücke und der Supraleitung in diesen Materialien. Durch den Vergleich von H₃S und D₃S können Forscher nun Theorien darüber testen, wie die Elektronenpaarung unter extremen Bedingungen funktioniert.

Die Ergebnisse bestätigen, dass sich die supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S gemäß den Vorhersagen der Elektron-Phonon-Kopplungsmodelle verhält. Dies stärkt die Position wasserstoffreicher Materialien für zukünftige Technologien. Weitere Forschungen könnten die Wissenschaftler dem Ziel praktischer, bei Raumtemperatur funktionierender Supraleiter ein Stück näherbringen.