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Materialforschung: Neuer Rekordsupraleiter: Schwefelwasserstoff

Bei –70 Grad Celsius verliert das stinkende Gas unter hohem Druck jeglichen elektrischen Widerstand. Diese Entdeckung ist ein überraschender neuer Meilenstein auf dem Weg zur Supraleitung bei Zimmertemperatur.

Könnte es eines Tages ein Material geben, durch das bei Zimmertemperatur elektrischer Strom ohne jeglichen Widerstand fließt? Die Suche danach hat jetzt erneut starken Auftrieb bekommen. Alexander P. Drozdov und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entdeckten, dass Schwefelwasserstoff (H2S) – der für den üblen Geruch von faulen Eiern verantwortlich ist – schon bei –70 Grad Celsius Strom verlustfrei leitet. Allerdings mussten die Forscher das Gas dazu dem extrem hohen Druck von 150 Gigapascal (1,5 Millionen Atmosphären) unterwerfen. Damit hat eine Geschichte, die vor über 100 Jahren begann und immer wieder mit sensationellen Überraschungen aufwartete, einen neuen vorläufigen Höhepunkt erreicht.

Im Jahr 1911 stellte der niederländische Physiker Heike Kamelingh Onnes (1853 – 1926) verblüfft fest, dass Quecksilber unterhalb einer Temperatur von 4,2 Kelvin (– 269 Grad Celsius) zum "Supraleiter" wird, der elektrischen Strom völlig verlustfrei transportiert. Die Erfahrung lehrt allerdings, dass nichts auf dieser Welt vollkommen ist: Es gibt keinen Kristall ohne Fehlstelle, kein Rad rollt ohne Reibung, und kein Glas ist zu 100 Prozent durchsichtig. Wie kann es dann sein, dass im Quecksilber – und in diversen anderen Metallen, wie sich bald zeigte – bei der so genannten Sprungtemperatur Tc (nach englisch: critical temperature) der elektrische Widerstand komplett verschwindet?

Jahrzehntelang blieb dieses Rätsel ungelöst. Einen ersten Hinweis auf die Antwort gab 1938 die Entdeckung eines verwandten Phänomens: der Suprafluidität von Helium bei Temperaturen unter 2 Kelvin. In diesem Zustand verliert die Flüssigkeit ihre Viskosität, so dass sie gänzlich ohne innere Reibung strömt. Das hat, wie sich herausstellte, quantenmechanische Gründe. Jedes Elementarteilchen ist durch einen so genannten Spin charakterisiert, der einen ganz- oder halbzahligen Wert aufweist. Im ersteren Fall können die Partikel bei genügend tiefen Temperaturen zu einem zusammenhängenden Objekt verschmelzen, in dem sie sich alle gleichartig verhalten. Dieser Effekt wird Bose-Einstein-Kondensation genannt. ...

November 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2015

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  • Quelle

Drozdov, A. P. et al.: Conventional Superconductivity at 203 kelvin at High Pressures in the Sulfur Hydride System In: Nature 525, S. 73 - 76, 2015

Mazin, I.: Superconductivity: Extraordinarily Conventional. In: Nature 525, S. 40 – 41, 2015