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 bedeutenden Schritt zum Verständnis der Raumtemperatur-Supraleitung gemacht. Eine neue Studie bestätigt das Vorhandensein einer supraleitenden Energielücke in Schwefelwasserstoff (H₃S) und seiner deuterierten Form (D₃S). Diese Entdeckung untermauert die These, dass wasserstoffreiche Materialien als Hochtemperatur-Supraleiter fungieren können.

Supraleiter sind Materialien, die elektrischen Strom ohne Widerstand leiten. In diesen Stoffen bilden Elektronen sogenannte Cooper-Paare und erzeugen so einen kollektiven Quantenzustand. Ein zentrales Merkmal dieses Zustands ist die supraleitende Energielücke in der Nähe des Fermi-Niveaus, die Aufschluss über die Wechselwirkung der Elektronen gibt.

Der Durchbruch begann mit der Entdeckung im Jahr 2015, dass H₃S unter extremem Druck bei 203 Kelvin supraleitend wird – die damals höchste gemessene Sprungtemperatur (Tc). Dies brachte die Raumtemperatur-Supraleitung ein Stück näher an die Realität. Nun haben Forscher mithilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie die Energielücke in H₃S und D₃S direkt gemessen. Die in Nature am 23. April 2025 veröffentlichte Studie zeigt, dass H₃S eine vollständig ausgebildete supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist, während D₃S eine kleinere Lücke von rund 44 meV zeigt. Dieser Unterschied stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben.

Das Team um Mikhail Eremets, Ivan Drozdov, Prasad Sidorov, Vladimir Tsvyashchenko und Florian Scholz lieferte damit den ersten direkten mikroskopischen Nachweis für Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen. Ihre Ergebnisse vertiefen das Verständnis der Mechanismen hinter der Hochtemperatur-Supraleitung.

Die Bestätigung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Sie stärkt das Potenzial wasserstoffbasierter Materialien für praktische Hochtemperatur-Supraleiter und könnte den technologischen Fortschritt in den Bereichen Energieübertragung, magnetische Levitation und Quantencomputing beschleunigen.