Supraleitung bei Raumtemperaturen könnte enorme Strommengen einsparen. Forscher synthetisierten jetzt ein wasserstoffreiches Material, das unter sehr hohem Druck schon bei minus 23 Grad Celsius seinen elektrischen Widerstand verliert.
Macht mächtig Druck: In einer nicht einmal faustgroßen Stempelzelle lassen sich zwischen zwei konisch geschliffenen Diamanten mehr als eine Million Bar erzeugen, wobei manche Materialien bei relativ hohen Temperaturen supraleitend werden.
Thomas Hartmann
Einem Team des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz ist es gelungen, Lanthanhydrid zu synthetisierten, das unter sehr hohem Druck bei minus 23 Grad Celsius seinen elektrischen Widerstand verliert. Bislang lag der Rekord für die Hochtemperatursupraleitung bei minus 70 Grad Celsius. Über ihre Arbeit berichten sie in der Zeitschrift nature.
Ein Supraleiter ist ganz allgemein ein Material, das bei Unterschreiten einer spezifischen Sprungtemperatur (die im Allgemeinen sehr tief liegt) einen Phasenübergang erfährt und danach einen Stromfluss ohne elektrischen Widerstand ermöglicht. Schon heute besitzt dieser merkwürdige Quanteneffekt einen festen Platz in vielen technischen Anwendungen." Gösta Fürnkranz, Vision Quanten-Internet, Seite 153.
"Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Supraleitung bei Raumtemperatur", sagt Mikhail Eremets, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. Für ihre Experimente synthetisierten die Wissenschaftler kleine Mengen von Lanthanhydrid (LaH10). In einer speziellen Kammer, die nur einige hundert Kubikmikrometer groß ist, setzten sie die Proben einem Druck von 1,7 Megabar aus, also dem 1,7 millionenfachen des Atmosphärendrucks, und kühlten sie dann ab. Bei der kritischen Temperatur von minus 23 Grad Celsius sank der elektrische Widerstand des Materials auf Null. Da sich die Supraleitung mit Widerstandsmessungen alleine nicht eindeutig nachweisen lässt, nahmen die Forscher zusätzlich Messungen in einem äußeren Magnetfeld vor. Ein Magnetfeld stört die Supraleitung, sodass sich der Übergang zu niedrigeren Temperaturen verschiebt. Genau das beobachteten die Physiker.
Hoher Druck erzeugt metallisches Lanthanhydrid
Vor einigen Jahren hatten Eremets und seine Kollegen entdeckt, dass Schwefelwasserstoff unter 2,5 Megabar Druck bei minus 70 Grad Celsius supraleitend wird, einer viel höheren Temperatur als jemals zuvor beobachtet worden war. Offenbar seien wasserstoffreiche Verbindungen zu Supraleitung bei besonders hohen Temperaturen fähig – wenn sie sich in einen metallischen Zustand bringen lassen, heißt es in einer Mitteilung des Mainzer Instituts. Genau das bewirke der hohe Druck. Bei Lanthanhydrid sei er zudem nötig, damit sich aus dem metallischen Lanthan und Wasserstoffgas das Hydrid bilde.
Bis zur Entdeckung der Hochtemperatursupraleitung in Schwefelwasserstoff hielten kupferhaltige Keramiken die Supraleitungsrekorde. Aber selbst der beste dieser Stoffe verliert erst bei minus 135 Grad Celsius seinen elektrischen Widerstand. In ihnen entsteht die Supraleitung zudem durch einen anderen Mechanismus als bei metallischen Supraleitern. Deshalb werden die keramischen Supraleiter unkonventionell genannt. Die konventionellen metallischen Supraleiter geben ihren elektrischen Widerstand normalerweise erst bei noch viel tieferen Temperaturen auf. Mit dem aktuellen Erfolg will sich das Team von Mikhail Eremets nicht zufrieden geben; jetzt suchen sie nach Supraleitung in Yttriumhydrid (YH10). "Bei diesem Material erwarten wir Supraleitung bei noch höheren Temperaturen", sagt Eremets.