Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Forscher haben einen Durchbruch im Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung erzielt. Mit Hilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen Wissenschaftler direkt die supraleitende Energielücke in den wasserstoffreichen Verbindungen H₃S und D₃S. Diese Entdeckung wirft neues Licht darauf, wie diese Materialien einen widerstandsfreien Stromfluss erreichen.

Das Team, zu dem Pietro Sikora, Ivan A. Abrikosov und Sergey L. Bud’ko vom Ames-Labor der Iowa State University sowie Ilya A. Sergienko und Artem R. Oganov vom Skolkovo-Institut für Wissenschaft und Technologie und vom Moskauer Physikalisch-Technischen Institut gehören, führte die Experimente durch. Dabei stellten sie fest, dass H₃S eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist, während D₃S – die auf Deuterium basierende Variante – eine kleinere Lücke von rund 44 meV besitzt.

Die Messung dieser Lücken gestaltet sich schwierig, da wasserstoffreiche Supraleiter nur unter extremem Druck entstehen. Die kleinere Lücke bei D₃S untermauert die These, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen – bei denen sich Elektronen aufgrund von Schwingungen im Kristallgitter paaren – die Supraleitung in diesen Materialien antreiben. Die supraleitende Energielücke selbst ist eine Schlüsseleigenschaft, die zeigt, wie Elektronen durch Paarbildung den Widerstand überwinden.

Supraleiter wie H₃S und LaH₁₀ sind besonders vielversprechend, weil sie auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen supraleitend bleiben. Damit rückt die Wissenschaft dem lang ersehnten Ziel der Raumtemperatur-Supraleitung näher – mit potenziellen Anwendungen in der Energieübertragung, der magnetischen Levitation und dem Quantencomputing.

Die Ergebnisse liefern handfeste Belege für das Verhalten von Elektronen in wasserstoffreichen Supraleitern. Mit einem klareren Verständnis der supraleitenden Energielücke können Forscher nun Theorien verfeinern und neue Materialien erforschen. Dieser Fortschritt bringt das Feld einen Schritt näher an praktische, widerstandsfreie Technologien.