“Verbotene” Verbindung aus Cer und Wasserstoff

Wasserstoffreiche Supraleiter bei geringen Temperaturen entdeckt

Forscher aus China, den USA und Russland haben die Regeln der klassischen Chemie gebrochen und eine “verbotene” Verbindung aus Cer und Wasserstoff synthetisiert, die bei einem relativ niedrigen Druck von 1 Million Atmosphären Supraleitung zeigt – so eine Medienmitteilung aus dem Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT). Sie wollten neue wasserstoffreiche Supraleiter (HTc) bei niedrigstem Druck entdecken und berichten in einem in Nature Communications publizierten Artikel über Vorhersage und experimentelle Synthese über ein Cer-Superhydrid – CeH9 – in einer laserbeheizten Diamant-Ambosszelle. Die Entdeckung dieses Superhydrids biete eine praktische Plattform, um die konventionelle Supraleitung in wasserstoffreichen Superhydriden weiter zu untersuchen und zu verstehen.

Leider können die heute bekannten Supraleiter nur bei sehr niedrigen Temperaturen (unter -138 Grad Celsius) arbeiten, und der neueste Rekord (-13 Grad Celsius) erfordert extrem hohe Drücke von fast 2 Millionen Atmosphären. Dies schränkt den Anwendungsbereich ein und macht die verfügbaren supraleitenden Technologien teuer, da die Aufrechterhaltung ihrer relativ extremen Betriebsbedingungen eine Herausforderung darstellt. Theoretische Vorhersagen deuten auf Wasserstoff als potenziellen Kandidaten für die Raumtemperatur-Supraleitung hin. Allerdings würde die Überführung von Wasserstoff in einen supraleitenden Zustand einen enormen Druck von etwa 5 Millionen Atmosphären erfordern, verglichen mit 3,6 Millionen Atmosphären im Zentrum der Erde. So stark komprimiert, dass es sich in ein Metall verwandeln würde, aber das würde den Zweck des Betriebs unter Standardbedingungen zunichte machen.

Die Metallisierung von Wasserstoff unter hohem Druck war in den vergangenen Jahrzehnten vor allem aufgrund der Erwartungen an die Raumtemperatur-Supraleitung ein Thema von großem wissenschaftlichen Interesse. Es wird erwartet, dass Wasserstoff unter hohem Druck über 400 GPa (Gigapascal) metallisch wird. Aber solche Drücke zu erreichen und die Supraleitung zu überprüfen, ist eine große Herausforderung in Diamantambosszellen-(DAC)-Experimenten, hauptsächlich aufgrund von Diamantfehlern und dem Fehlen einer zuverlässigen Sonde auf den winzigen Probenvolumina bei solchen hohen Drücken. Alternativ kann auch erwartet werden, dass wasserstoffreiche Hydride eine hohe elektrische Supraleitung erreichen, vielleicht bei einem viel niedrigeren Druck als der für metallischen Wasserstoff erforderliche.

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