Durchbruch in der Supraleitung: Wie Wasserstoff Strom ohne Widerstand leitet

Durchbruch in der Supraleitung: Wie Wasserstoff Strom ohne Widerstand leitet

Wissenschaftler haben einen bedeutenden Durchbruch im Verständnis von Hochtemperatur-Supraleitung erzielt. Eine neue Studie enthüllt die supraleitende Energielücke in Schwefelwasserstoff (H₃S) und Deuteriumsulfid (D₃S) – Materialien, die die Energietechnik revolutionieren könnten. Die Erkenntnisse bringen den Traum von Raumtemperatur-Supraleitern, die Strom ohne Widerstand leiten können, einen Schritt näher an die Realität.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Livia B. S. Saccone vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und Dmitry Knyazev vom Lebedew-Physikalischen Institut in Moskau hat die Studie durchgeführt. Beteiligt waren zudem Wissenschaftler der Universität Bayreuth und der University of Chicago, die zwischen 2023 und 2024 mitwirkten. Ihr Fokus lag auf der Messung der supraleitenden Energielücke – einer zentralen Eigenschaft, die erklärt, wie sich Elektronen paaren, um einen widerstandslosen Stromfluss zu ermöglichen.

Das Team entwickelte eine spezielle Methode namens durchstimmbare Elektronentunnel-Spektroskopie. Damit konnten sie die Materialien unter extremem Druck untersuchen, eine Voraussetzung, da wasserstoffreiche Supraleiter nur unter solchen Bedingungen entstehen. Ihre Messungen zeigten, dass H₃S eine Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist, während D₃S mit rund 44 meV eine kleinere Lücke besitzt. Dieser Unterschied in den Energielücken stützt die Theorie, dass die Supraleitung in diesen Materialien auf Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Gitterschwingungen – sogenannten Phononen – beruht.

Die Ergebnisse bestätigen zudem, dass Hochtemperatur-Supraleiter wie H₃S und Lanthan-Decahydrid (LaH₁₀) bei Temperaturen weit über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff funktionieren – ein Meilenstein für praktische Anwendungen. Supraleiter, die Strom ohne Energieverlust leiten, bergen ein enormes Potenzial. Sie könnten die Energieübertragung, magnetische Levitation und Quantencomputer revolutionieren, sobald sie bei Alltagstemperaturen nutzbar sind.

Die Entdeckung der supraleitenden Energielücke in H₃S und D₃S liefert entscheidende Einblicke in die Hochtemperatur-Supraleitung. Diese Erkenntnisse bringen Forscher dem Ziel näher, Materialien zu entwickeln, die effizient bei Raumtemperatur arbeiten. Sollte dies gelingen, könnten solche Durchbrüche Branchen verändern, die auf Energieeffizienz und fortschrittliche Technologien angewiesen sind.