Forscher entschlüsseln Geheimnis der Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien
Birgitt Otto
Forscher entschlüsseln Geheimnis der Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien
Wissenschaftler haben neue Details über Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien enthüllt. Mit Hilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen Forscher die supraleitenden Energielücken in H₃S und seinem Deuterium-Pendant D₃S. Die in der Zeitschrift Nature am 23. April 2025 veröffentlichten Ergebnisse liefern direkte mikroskopische Belege dafür, wie diese Materialien einen supraleitenden Zustand erreichen.
Die Studie wurde von Vasily Minkov geleitet, Projektleiter für Hochdruckchemie und -physik am Max-Planck-Institut für Chemie. Erster Autor Feng Du und das Team standen vor einer großen Herausforderung: Die Messung der Energielücke in diesen Materialien erfordert extreme Drücke, was die Experimente äußerst schwierig gestaltet. Ihre Arbeit baut auf jahrzehntelanger Forschung zu Hydrid-Supraleitern auf, die nach der Entdeckung von H₃S im Jahr 2015 intensiviert wurde.
In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler Hydride wie LaH₁₀, YH₆/YH₉ und CeH₉ systematisch bei Drücken von bis zu 200 Gigapascal (GPa) untersucht. Dabei kamen Techniken wie Messungen des elektrischen Widerstands, Röntgenbeugung, Synchrotron-Infrarotspektroskopie und Elektronentunnel-Spektroskopie zum Einsatz. In der aktuellen Studie fand das Team heraus, dass H₃S eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist, während D₃S eine kleinere Lücke von rund 44 meV besitzt.
Der Unterschied in der Größe der Energielücken stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in H₃S antreiben. Die supraleitende Energielücke selbst ist eine Schlüsseleigenschaft, die zeigt, wie sich Elektronen paaren, um einen Zustand ohne elektrischen Widerstand zu erzeugen.
Die Entdeckung bestätigt langjährige Vorhersagen über das Verhalten wasserstoffreicher Supraleiter. Durch die direkte Beobachtung der Energielücken haben die Forscher die These gestärkt, dass die Kopplung von Elektronen und Phononen der Mechanismus hinter der Supraleitung dieser Materialien ist. Diese Ergebnisse könnten künftige Experimente in der Hochdruck-Materialwissenschaft leiten.
