Durchbruch in der Supraleitung: Forscher messen Energielücke in H₃S unter Extremdruck
Traude Klapp
Durchbruch in der Supraleitung: Forscher messen Energielücke in H₃S unter Extremdruck
Wissenschaftler haben neue Belege für Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien unter extremem Druck entdeckt. Eine in Nature am 23. April 2025 veröffentlichte Studie präsentiert direkte Messungen der supraleitenden Energielücke in H₃S und seinem Deuterium-Pendant D₃S. Dieser Durchbruch liefert mikroskopische Beweise dafür, wie sich Elektronen in diesen Hochtemperatur-Supraleitern paaren.
Die Forschung wurde von Wassili Minkow geleitet, Projektleiter für Hochdruckchemie und -physik am Max-Planck-Institut für Chemie. Erstautor Feng Du und das Team nutzten Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie, um die supraleitende Lücke zu messen – eine entscheidende Eigenschaft, die zeigt, wie Elektronen in einem Supraleiter Paare bilden. Die Lücke in H₃S betrug etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S bei rund 44 meV lag.
Die Messung dieser Lücke in wasserstoffreichen Materialien gestaltete sich bisher schwierig, da extrem hohe Drücke erforderlich sind. Seit der Entdeckung von H₃S als Supraleiter im Jahr 2015 setzen Forscher Diamant-Stempelzellen (DAC) ein, um Drücke von über 100 Gigapascal (GPa) zu erreichen. Andere Hydrid-Supraleiter wie LaH₁₀ (2019, bis zu 250 Kelvin bei ~170 GPa) und YH₆/YH₉ (2021, ~240 K bei ~180 GPa) wurden ebenfalls mit ähnlichen Hochdrucktechniken untersucht. Die kleinere Lücke in D₃S stützt Theorien, wonach Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Materialien antreiben.
Die Ergebnisse bestätigen frühere Vorhersagen und bieten tiefere Einblicke in die Mechanismen hinter der Hochtemperatur-Supraleitung. Die strukturelle Bestätigung erfolgte durch Röntgenbeugung, während Messungen des elektrischen Widerstands den Übergang in den supraleitenden Zustand nachwiesen.
Diese Studie liefert den ersten direkten mikroskopischen Nachweis für Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen. Die gemessenen Energielücken in H₃S und D₃S helfen zu erklären, wie diese Materialien unter extremen Bedingungen widerstandsfreien Stromfluss erreichen. Die Ergebnisse könnten die künftige Forschung an praktischeren, bei Raumtemperatur funktionierenden Supraleitern vorantreiben.
