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Widerstandslose Träumereien : Supraleitung schon bei Gefrierschrank-Temperaturen

Mit dieser Laserapparatur untersuchen die Forscher ihre Proben unter hohem Druck mithilfe der Raman-Spektroskopie. Bilderstrecke

Deshalb hat sich eine Reihe von Forschern auf wasserstoffreiche Verbindungen konzentriert. Im Jahr 2004 sagte der Theoretiker Neil Ashcroft von der Cornell University in Ithaca (New York) voraus, dass diese Hydride hohe Sprungtemperaturen aufweisen würden, wenn man sie während des Abkühlens stark komprimiert. Tatsächlich konnten die Mainzer Wissenschaftler um Mikhail Eremets Ashcrofts Prognosen bestätigen und vor vier Jahren die Temperatur-Schallmauer mit einer Schwefelwasserstoff-Verbindung (chemische Formel: H₃S) durchbrechen. Die beobachtete Sprungtemperatur lag bei minus 70 Grad. Der Druck, der dabei auf der Probe lastete, betrug 1,5 Millionen Bar. Nur unter diesen extremen Bedingungen ging H₃S zunächst in einen metallischen und dann in den supraleitenden Zustand über. Schon damals vermutete Eremets, dass damit noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht sei.

Das Ende der Fahnenstange erreicht?

Weil es keinen Erfolg brachte, Schwefelwasserstoff noch stärker zu komprimieren, wandten sich die Mainzer Forscher anderen wasserstoffreichen Verbindungen zu. Als aussichtsreiche Kandidaten wurden Yttriumhydrid (YH₁₀) und Lanthanhydrid (LaH₁₀) gehandelt. Zehn Wasserstoffatome gruppieren sich hierbei jeweils um ein Atom eines Seltenerdmetalls. Es entsteht eine Käfigstruktur, die die Supraleitung begünstigen sollte. Für diese Verbindungen sind Sprungtemperaturen zwischen minus 33 und 50 Grad vorausgesagt worden. Allerdings formen sich die Molekülkäfige nur unter enormem Druck.

Wie bei ihren früheren Experimenten verwendeten die Forscher um Eremets auch dieses Mal eine spezielle Hochdruckpresse. Diese befüllten sie mit stabilem Lanthanhydrid (LaH₃) und Wasserstoffgas. Über zwei Diamantspitzen, die wie Ambosse wirken, erhöhten sie schrittweise den Druck auf die Probe. Bei 1,7 Millionen Bar bildete sich das besonders wasserstoffreiche Lanthanhydrid LaH₁₀. Als die Forscher die Temperatur absenkten, beobachteten sie schon bei minus 23 Grad ein für Supraleiter charakteristisches Verhalten: Der elektrische Widerstand der Probe sank plötzlich stark ab, entsprechend steil stieg die Leitfähigkeit an. Der Befund erhärtete sich, so schreiben die Forscher in der Zeitschrift „Nature“, als sie ein starkes Magnetfeld anlegten. Das Feld störte die Bildung von Cooper-Paaren und damit den supraleitenden Zustand, was sich in einem deutlichen Abfall der Sprungtemperatur zeigte. Dass komprimiertes Lanthanhydrid zu den konventionellen Supraleitern gehört, wiesen die Mainzer Forscher dadurch nach, dass sie den Wasserstoff durch das schwerere Wasserstoffisotop Deuterium ersetzten. Wie von der BCS-Theorie vorhergesagt, sank die kritische Temperatur.

Motiviert von ihren Ergebnissen, wollen Eremets und seine Kollegen nun nach Materialien mit noch höheren Sprungtemperaturen suchen. Hoffnung verspricht man sich von wasserstoffreichem Yttriumhydrid (YH₁₀). Hier könnte sogar die Supraleitung schon knapp unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser einsetzen. Aber welchen praktischen Nutzen hätte ein Material, das unter hohem Druck tatsächlich bei Raumtemperatur supraleitend würde? Eine Anwendung etwa als Stromkabel käme kaum in Frage. Für James Hamlin, Materialforscher von der University of Florida in Gainesville und Autor eines Begleitkommentars in „Nature“, wäre es deshalb entscheidend, supraleitende Materialien zu synthetisieren, die ähnlich wie Diamant bei normalem Atmosphärendruck stabil sind. Diamant entsteht üblicherweise bei hohen Drücken tief in der Erde, bevor er an die Erdoberfläche befördert wird. Heute werden Diamantkristalle unter milden Bedingungen im Labor hergestellt. Vielleicht gelingt dies eines Tages auch mit Supraleitern, die wie Lanthanhydrid bislang nur unter hohem Druck synthetisiert werden können.

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