Durchbruch in der Supraleitung: Forscher messen Energielücke in Wasserstoffverbindungen erstmals direkt
Senta Scheel
Durchbruch in der Supraleitung: Forscher messen Energielücke in Wasserstoffverbindungen erstmals direkt
Wissenschaftler haben neue Erkenntnisse über Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien gewonnen. Eine in Nature am 23. April 2025 veröffentlichte Studie präsentiert die ersten direkten Messungen der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S. Diese Ergebnisse liefern mikroskopische Beweise dafür, wie sich Elektronen in solchen Materialien unter extremem Druck paaren.
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Das Forschungsteam unter der Leitung von Vasily Minkov am Max-Planck-Institut für Chemie nutzte Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie, um die supraleitende Lücke nachzuweisen. Diese Lücke ist ein zentrales Merkmal, das erklärt, wie Elektronen Paare bilden und so Supraleitung ermöglichen. In H₃S betrug die gemessene Lücke etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S mit rund 44 meV kleiner ausfiel.
Die geringere Lücke in D₃S stützt die Theorie, dass Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Verbindungen antreiben. Die Messung solcher Lücken gestaltet sich schwierig, da wasserstoffreiche Materialien erst unter Drücken von etwa 200 Gigapascal (GPa) supraleitend werden. Seit der Entdeckung von H₃S im Jahr 2015 haben Forscher Hydrid-Supraleiter wie LaH₁₀, YH₆ und CeH₉ systematisch mit Methoden wie Röntgenbeugung, Raman-Spektroskopie und Messungen des elektrischen Widerstands untersucht.
Feng Du, der Erstautor der Studie, trug zur Analyse der Tunnel-Spektroskopie-Daten bei. Die Ergebnisse bestätigen langjährige Vorhersagen über das Verhalten von Elektronen in diesen Hochdruck-Supraleitern.
Die Entdeckung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S liefert einen direkten Nachweis der zugrundeliegenden Mechanismen. Diese Erkenntnisse könnten die zukünftige Forschung an Hochtemperatur-Supraleitern vorantreiben. Die Studie unterstreicht zudem die Bedeutung fortschrittlicher Spektroskopie für das Verständnis von Materialien unter extremen Bedingungen.
