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Supraleiter: Schwefelhydrid bei Zimmertemperatur und hohem Druck nutzbar

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Wissenschaftler der University of Rochester (New York) erforschen Material, das bei 15 Grad seinen elektrischen Widerstand verliert – aber es gibt einen Haken.

US-Forscher haben einen bedeutsamen Durchbruch bei der Erforschung von Supraleitern im Magazin Nature vorgestellt: Die Wissenschaftler haben ein Materialgemisch aus Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff identifiziert, das bei Zimmertemperatur seinen elektrischen Widerstand verliert. Bislang sind für Supraleiter hohe Minustemperaturen nötig. Doch, noch ist die Erfindung nicht wirtschaftlich praktikabel – der benötigte Druck liegt bei 276 Gigapascal und somit zu hoch.

Sobald ein Material seinen Widerstand verliert, kann es Elektronen verlustfrei übertragen. Üblicherweise sind dafür nur energieintensiv erzeugbare Minustemperaturen notwendig. Dabei haben Supraleiter unglaubliches Potenzial, wenn sie eines Tages wirtschaftlich genutzt werden können: Elektronik und smarte Stromnetze könnten revolutioniert werden.

Wie die Süddeutsche Zeitung berichtet, gehen allein im Netz der Stadtwerke München pro Jahr 228 Millionen Kilowattstunden elektrischer Energie in den Stromnetzen bei der Übertragung verloren. Das entspricht dem Bedarf von 63.000 Haushalten – und zeigt lediglich das Potenzial auf lokaler Ebene ohne die Stromübertragung über große Stromtrassen. Die Stadtwerke arbeiten daher am Einsatz des längsten Supraleiterkabels der Welt.

Heute werden Supraleiter etwa in Magnetschwebebahnen, Teilchenbeschleunigern oder Quantencomputern getestet oder bereits eingesetzt. Das funktioniert bislang aber nur aufgrund der benötigten niedrigen Temperaturen nur dann, wenn die Wirtschaftlichkeit nicht entscheidend ist.

Diamantstempelzelle für Herstellung des Supraleiters

Umso bedeutsamer ist der Durchbruch, den die Forscher der University of Rochester (New York) erreicht haben. Vermutet wird, dass die Wasserstoffatome in dem nun identifizierten kohlenstoffhaltigen Metallhydrid den Übergang zur Supraleitung erleichtern. Da die Verbindung bei 14,55 Grad supraleitend wird, ist es das erste Material, das überhaupt oberhalb des Gefrierpunktes diesen Effekt hat.

So funktioniert der Raumtemperatur-Supraleiter

Um diesen hohen Druck zu erreichen, wird das Gemisch aus Schwefel, Wasserstoff und Kohlenstoff in eine sogenannte Diamantstempelzelle gegeben – dabei handelt es sich um einen Raum, in dem hohe Druckverhältnisse generiert werden können. Der Haken: 276 Gigapascal Druck sind für den wirtschaftlichen Einsatz noch deutlich zu viel.

Um den Druck nun in den nächsten wissenschaftlichen Etappenschritten zu senken, soll chemisches Tuning der drei gemischten Elemente erfolgen. Dadurch sollen die Eigenschaften der Raumtemperatur-Supraleitung auch bei deutlich geringerem Druck erhalten bleiben.

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