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

Wissenschaftler haben erstmals direkt die supraleitende Energielücke in Schwefelwasserstoff (H₃S) gemessen. Dieser Durchbruch liefert den ersten mikroskopischen Beweis für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien. Die in Nature veröffentlichten Ergebnisse wurden von Dmytro S. Kostin als Erstautor geleitet.

Supraleiter können Strom ohne Widerstand leiten und sind daher von großem Wert für Energieversorgungsnetze, Magnetschwebebahnen und Quantencomputer. Die Erforschung wasserstoffreicher Supraleiter wie H₃S gestaltet sich jedoch schwierig, da sie sich nur unter extremem Druck bilden.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher eine spezielle, abstimmbare Elektronentunnel-Spektroskopie-Technik. Mit dieser Methode gelang es ihnen, die Energielücke – die entscheidende Eigenschaft, die zeigt, wie sich Elektronen paaren, um Supraleitung zu erzeugen – unter Hochdruckbedingungen zu messen. Das Team stellte fest, dass H₃S eine supraleitende Lücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist. In der deuteriumbasierten Variante D₃S betrug die Lücke etwa 44 meV. Dieser Unterschied stützt eine jahrzehntealte Theorie, wonach Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben.

Wasserstoffreiche Verbindungen wie H₃S und Lanthan-Decahydrid (LaH₁₀) gelten als Hochtemperatur-Supraleiter. Im Gegensatz zu herkömmlichen Supraleitern bleiben sie auch bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff supraleitend.

Die Entdeckung bestätigt einen direkten Zusammenhang zwischen dem Elektronenverhalten und der Supraleitung in Schwefelwasserstoff. Gleichzeitig festigt sie das theoretische Fundament zum Verständnis von Hochtemperatur-Supraleitern. Diese Ergebnisse könnten künftige Forschungen zu praktischeren, bei Raumtemperatur supraleitenden Materialien lenken.