Neue Erkenntnisse zur Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Erkenntnisse zur Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Erkenntnisse zur Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie enthüllt supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S

1. April 2025

Forschende haben einen wichtigen Schritt im Verständnis von Hochtemperatur-Supraleitern gemacht, indem sie eine zentrale Eigenschaft in wasserstoffreichen Materialien gemessen haben. Der Durchbruch besteht in der Entdeckung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S unter extremem Druck. Diese Entdeckung wirft neues Licht darauf, wie diese Verbindungen elektrischen Strom ohne Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen leiten können.

Wasserstoffreiche Materialien wie H₃S und LaH₁₀ können bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff supraleitend werden. Allerdings sind sie schwer zu untersuchen, da sie sich nur unter extremem Druck bilden. Ein Forschungsteam nutzte kürzlich die Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie, um die supraleitende Energielücke – die Energie, die benötigt wird, um Elektronenpaare aufubrechen – sowohl in H₃S als auch in dessen deuteriumbasiertem Pendant D₃S zu beobachten.

Die gemessene Lücke betrug in H₃S etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S mit rund 44 meV kleiner ausfiel. Dieser Unterschied untermauert die These, dass Schwingungen im Kristallgitter (Phononen) eine entscheidende Rolle bei der Paarung von Elektronen spielen und so die Supraleitung ermöglichen. Die Ergebnisse liefern den ersten direkten mikroskopischen Nachweis für Supraleitung in diesen wasserstoffreichen Verbindungen.

Die Entdeckung der supraleitenden Energielücke in H₃S bringt die Forschung der Erklärung der Hochtemperatur-Supraleitung einen Schritt näher. Mit diesen Belegen können Wissenschaftler:innen nun Theorien verfeinern, wie Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Phononen den Effekt antreiben. Die Ergebnisse rücken auch praktische Anwendungen – etwa verlustfreie Stromnetze oder fortschrittliche Quantenbauelemente – in greifbare Nähe.