Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Einblicke in die Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Neue Erkenntnisse zur Supraleitung in wasserstoffreichen Verbindungen

Hochdruck-Tunnelspektroskopie enthüllt supraleitende Energielücke in H₃S und D₃S

Wissenschaftler haben einen entscheidenden Durchbruch bei der Suche nach Supraleitern bei Raumtemperatur erzielt. Mithilfe der Hochdruck-Tunnelspektroskopie wiesen sie eine supraleitende Energielücke in Schwefelwasserstoff (H₃S) und Deuteriumsulfid (D₃S) nach. Die in der Fachzeitschrift Nature am 23. April 2025 veröffentlichten Ergebnisse bringen die Forschung dem Verständnis näher, wie diese Materialien Strom ohne Widerstand leiten können.

Supraleiter funktionieren, indem sich Elektronen zu sogenannten Cooper-Paaren verbinden und in einen kollektiven Quantenzustand übergehen. Dieser Zustand erzeugt eine Energielücke in der Nähe des Fermi-Niveaus – ein charakteristisches Merkmal der Supraleitung. In H₃S beträgt diese Lücke etwa 60 Millielektronenvolt (meV), während sie in D₃S auf rund 44 meV sinkt.

Der Unterschied in der Größe der Energielücken stützt die These, dass die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Gitterschwingungen (Elektron-Phonon-Kopplung) die Supraleitung in diesen Materialien antreibt. H₃S sorgte bereits 2015 für Aufsehen, als es bei 203 Kelvin (minus 70 Grad Celsius) supraleitend wurde – die damals höchste gemessene Übergangstemperatur. Theoretische Modelle legen nahe, dass auch andere wasserstoffreiche Verbindungen potenziell bei Raumtemperatur supraleitend sein könnten. Solche Materialien könnten die Technologie revolutionieren: Ohne elektrischen Widerstand ließen sich Stromnetze effizienter gestalten, Magnetschwebebahnen verbessern und Quantencomputer leistungsfähiger machen. Die aktuellen Messungen liefern nun handfeste Belege dafür, wie die Elektronenpaarung in Hochtemperatur-Supraleitern funktioniert.

Der Nachweis der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S untermauert die Bedeutung wasserstoffbasierter Materialien für zukünftige Anwendungen. Die durch Tunnelspektroskopie bestätigten Ergebnisse geben Aufschluss über das Verhalten von Elektronen in Hochdruck-Supraleitern. Künftige Forschungen könnten sich darauf konzentrieren, diese Materialien für den praktischen, großtechnischen Einsatz weiterzuentwickeln.