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Festkörperphysik: Supraleitung in Silan nachgewiesen

Silan, eine Verbindung aus Silizium und Wasserstoff, nimmt bei sehr hohen Drücken metallische Eigenschaften an und wird unterhalb von minus 256 Grad Celsius sogar supraleitend, berichten Wissenschaftler um Michail Eremets vom Max-Planck-Institut für Chemie. Die Entdeckung bietet einen Einblick in das Verhalten von Wasserstoff unter extremen Bedingungen.

Wie Wasserstoff, das häufigste Element im Universum, sich unter extremen Bedingungen verhält, hat Auswirkungen auf viele Bereiche der Physik. So sollte das Element bei den extremen Drücken im Innern von Gasplaneten metallische Eigenschaften zeigen. Wasserstoff wird laut theoretischer Vorhersagen ab vier Millionen Bar metallisch – ein Wert, der technisch nicht zu erreichen ist. Im Silan sind die Wasserstoff-Atome von Natur aus dichter gepackt, daher erwartet man dort metallisches Verhalten schon bei niedrigeren Drücken.

Wie Eremets und seine Kollegen herausfanden, wird Silan ab einem Druck von etwa 500 000 Bar metallisch, das entspricht dem Tausendfachen des Wasserdruckes in den tiefsten Tiefseegräben. Die Forscher führen dies auf die besondere Struktur des Materials zurück: Die Silizium-Atome bilden eine hexagonale Kugelpackung. Die wesentlich kleineren Wasserstoff-Atome drängen sich in die Lücken und bilden dadurch ein eigenes leitfähiges Netzwerk. Über 1,2 Millionen Bar verändert sich die Struktur erneut, und Silan wird wieder zum Isolator.

Nach Angaben der Forscher erlaubt die Entdeckung Aussagen über das Verhalten von reinem Wasserstoff bei sehr viel höheren Drücken: Rechnet man in Computermodellen die Silizium-Atome heraus, entspricht die Dichte der Wasserstoff-Atome im Material derjenigen von elementarem Wasserstoff bei fünf Millionen Bar. (lfi)

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