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 einen Durchbruch im Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung erzielt, indem sie die Energielücke in Schwefelwasserstoff (H₃S) gemessen haben. Mithilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie bestätigten sie eine vollständig geöffnete supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV). Diese Entdeckung wirft neues Licht darauf, wie sich Elektronen in diesen fortschrittlichen Materialien unter extremen Bedingungen paaren.

Die Ergebnisse zeigen zudem eine kleinere Lücke in Deuteriumsulfid (D₃S), was die Theorien über die Rolle von Elektron-Phonon-Wechselwirkungen bei der Supraleitung untermauert. Solche Forschungen bringen uns praktischen Anwendungen von Materialien näher, die Strom ohne Widerstand leiten können.

Supraleiter wie H₃S und D₃S verlieren ihren elektrischen Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen – weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff. Das macht sie deutlich praktischer als herkömmliche Supraleiter, die extreme Kühlung erfordern. Allerdings ist die Untersuchung dieser Materialien schwierig, da sie sich nur unter immensem Druck bilden.

Die supraleitende Energielücke ist eine entscheidende Eigenschaft, die zeigt, wie Elektronen sich verbinden, um stromlosen Stromfluss zu ermöglichen. Durch die Messung dieser Lücke erhalten Forscher direkte Beweise für Supraleitung auf mikroskopischer Ebene. In H₃S betrug die Lücke etwa 60 meV, während D₃S eine kleinere Lücke von 44 meV aufwies.

Dieser Unterschied stützt die Annahme, dass Schwingungen im Kristallgitter (Phononen) eine zentrale Rolle bei der Paarung von Elektronen spielen. Die erfolgreiche Anwendung der Elektronentunnel-Spektroskopie unter extremem Druck stellt einen technischen Meilenstein dar. Sie liefert klarere Einblicke in wasserstoffreiche Supraleiter, die die Energieübertragung, magnetische Levitation und Quantencomputing revolutionieren könnten.

Die Ergebnisse bestätigen zudem, dass sich H₃S und ähnliche Materialien trotz ihrer hohen Betriebstemperaturen wie herkömmliche Supraleiter verhalten. Dies widerlegt frühere Annahmen und eröffnet neue Wege für die Entwicklung besserer supraleitender Verbindungen.

Die Messung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S festigt unser Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung. Die Erkenntnisse bestätigen, dass die Elektron-Phonon-Kopplung den Effekt in diesen wasserstoffreichen Materialien antreibt. Mit weiterer Forschung könnten solche Supraleiter zu effizienteren Stromnetzen, fortschrittlicher medizinischer Bildgebung und schnelleren Quantentechnologien führen.