Supraleitung bei minus 70 Grad entdeckt

Spezielle Kupferoxide zählen heute zu den besten Supraleitern, müssen aber selbst unter hohem Druck noch auf minus 109 Grad Celsius abgekühlt werden. Diesen bisherigen Rekordwert konnte nun eine Forschergruppe übertreffen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, schufen sie eine Schwefelhydrid-Verbindung, die schon bei minus 70 Grad in den supraleitenden Zustand überging und elektrischen Strom ohne Widerstand leitete.

Kleiner Metallzylinder steht auf einem 1-Cent-Stück.
„Heißer“ Supraleiter

„Diese Entdeckung macht nun Hoffnung auf Supraleitung bei Raumtemperatur mit anderen wasserstoffhaltigen Materialien“, schreiben Mikhail Eremets vom Max-Planck-Institut für Chemie und seine Kollegen von der Universität Mainz. Für ihre Experimente wählten die Wissenschaftler allerdings keine herkömmliche Metallverbindung. Ihre Ausgangssubstanz war Schwefelwasserstoff. Ein Gas, das bei Raumtemperatur unter Normaldruck verantwortlich für den starken Gestank faulender Eier ist.

Dieses Gas füllten Eremets und Kollegen in eine kleine Diamantpresszelle, mit der sich enorme Drücke von bis zu 200 Gigapascal aufbauen ließen. Das entspricht dem zweimillionenfachen Atmosphärendruck. Bei 96 Gigapascal wandelte sich Schwefelwasserstoff zu einem Metall. Und tiefgekühlt auf minus 70 Grad konnten die Forscher klare Anzeichen für einen Stromtransport ohne elektrischen Widerstand erkennen. Das exotische Metall hatte seine sogenannte Sprungtemperatur erreicht und ging in den supraleitenden Zustand über.

Verantwortlich für diesen bisher „heißesten“ Supraleiter war allerdings nicht molekularer Schwefelwasserstoff, der sich aus einem Schwefel- und zwei Wasserstoffatomen zusammensetzt. Eremets und seine Kollegen gehen davon aus, dass sich unter dem hohen Druck ein supraleitendes Schwefelhydrid aus einem Schwefel- und drei Wasserstoffatomen gebildet hat.

Dieses Grundlagenexperiment basiert auf Theorien, die metallischen Wasserstoff als Supraleiter mit hoher Sprungtemperatur vorhersagten. Da sich reiner Wasserstoff jedoch nur sehr schwierig in ein Metall verwandeln ließ, griffen die Forscher zu Schwefelwasserstoff. Computersimulationen sagten für Schwefelhydrid eine Sprungtemperatur zwischen minus 80 und minus 70 Grad bei 200 Gigapascal vorher. Die Experimente belegten, dass sogar ein geringerer Druck von nur 90 Gigapascal ausreichte, um den supraleitenden Zustand zu erreichen.

Wegen der nötigen Drücke lässt sich aus metallischem Schwefelhydrid allerdings so bald kein technisch nutzbares Supraleiterkabel fertigen. Dennoch ermutigt diese Arbeit zu weiteren Studien an wasserstoffreichen Materialien. So ist es nicht ausgeschlossen, in Zukunft doch noch eine Substanz zu entdecken, die schon bei Raumtemperatur elektrischen Strom ohne Widerstand leiten könnte.