Neue Belege: Wie Wasserstoff-Supraleiter elektrischen Widerstand verlieren
Theo Schulte
Neue Belege: Wie Wasserstoff-Supraleiter elektrischen Widerstand verlieren
Forscher haben neue Belege für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien entdeckt. Mit Hilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen Wissenschaftler die supraleitende Energielücke in H₃S sowie in dessen Deuterium-Äquivalent D₃S. Die Ergebnisse liefern den ersten direkten mikroskopischen Nachweis dafür, wie diese Verbindungen Supraleitung erreichen.
Ein Team unter der Leitung von Russell J. Hemley, einem Pionier auf dem Gebiet der wasserstoffbasierten Supraleitung, entwickelte eine spezielle, abstimmbare Elektronentunnel-Technik. Diese Methode ermöglichte es den Forschern, die Energielücke unter den extremen Drücken zu untersuchen, unter denen diese Materialien entstehen. Solche Messungen waren bisher aufgrund der erforderlichen extremen Bedingungen nur schwer durchführbar.
Die Experimente zeigten, dass H₃S eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist. D₃S hingegen wies eine kleinere Lücke von rund 44 meV auf. Dieser Unterschied stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Verbindungen antreiben. Wasserstoffreiche Materialien wie H₃S und LaH₁₀ gelten als Hochtemperatur-Supraleiter, da sie ihren elektrischen Widerstand bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff verlieren. Die Energielücke selbst ist eine zentrale Eigenschaft, die zeigt, wie sich Elektronen paaren, um den supraleitenden Zustand zu erzeugen.
Supraleiter finden praktische Anwendungen in der Energieübertragung, der Magnetschwebetechnik und dem Quantencomputing. Ein besseres Verständnis ihres Verhaltens könnte zu effizienteren Technologien in diesen Bereichen führen. Hemleys frühere Arbeit aus dem Jahr 2015 hatte erstmals die Supraleitung von H₃S unter hohem Druck nachgewiesen. Die aktuelle Studie baut auf dieser Entdeckung auf, indem sie direkte mikroskopische Belege für die zugrundeliegenden Mechanismen liefert.
Die Untersuchung confirms the role of electron-phonon interactions in hydrogen-rich superconductors. The measured energy gaps in H₃S and D₃S provide concrete data for further research. These insights could drive the development of technologies based on lossless power transmission.
