Schwefelwasserstoff bei -70 °C in Supraleiter verwandelt

Schwefelwasserstoff stinkt zum Himmel. Das Gas mit der chemischen Formel H2S riecht penetrant nach faulen Eiern, ist deshalb äußerst unbeliebt. Außer bei einigen Forschern in Mainz. Die haben es geschafft, das Gas in einen Supraleiter zu verwandeln und dabei einen Weltrekord aufgestellt.

Erstaunlich handlich ist die Apparatur, mit der das Team um Mikhail Eremets am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz extrem hohe Drücke erzeugt. Mit Inbus-Schrauben pressen die Forscher die metallene Zelle zusammen. Den Hochdruck, der dabei im Zentrum der Zelle entsteht, halten nur Diamanten aus. Zwischen den Edelsteinen wird die Probe zusammengepresst.

Foto: Thomas Hartmann

Schon bei -70 °C verwandelte sich das Gas, das normalerweise ein guter Isolator ist, in ein Material, das Strom ohne jeden Widerstand leitet. Die bisherigen Rekordmaterialien, oxidische Keramiken mit Kupferanteilen, brauchen wenigstens -109 °C, wenn sie unter Druck stehen.

Winzige Druckkammer

Druck ist auch der Trick, mit dem sich H₂S zum Supraleiter mausert. 1,5 Millionen bar sind dazu nötig. Das entspricht etwa dem 700.000-fachen eines Pkw-Reifens oder der Hälfte des Drucks, der im Inneren der Erde herrscht. Die Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) und der Johannes-Gutenberg-Universität erzeugten ihn in einer Kammer mit einem Volumen von weniger als einem Kubikzentimeter.

Zwei gegenüberliegende Diamantspitzen pressen den Schwefelwasserstoff in der Kammer Schritt für Schritt zusammen. Gleichzeitig senkten sie die Temperatur ab und maßen den elektrischen Widerstand der Probe. Bei -70 °C hatten sie ihr Ziel erreicht.

Supraleitung bei Raumtemperatur ist das Ziel

„Es ist vielversprechend, nach anderen Materialien zu suchen, in denen konventionelle Supraleitung bei hohen Temperaturen auftritt“, glaubt Mikhael Eremets vom MPIC, der die Forschergruppe leitet. Verantwortlich für die supraleitenden Eigenschaften ist der in H₂S enthaltene Wasserstoff.

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Die Atome dieses leichtesten aller Elemente schwingen mit der höchsten Frequenz, die sich bei Atomen beobachten lässt. Das macht sie anfällig für Supraleitung bei relativ hohen Temperaturen. „Für die Sprungtemperatur konventioneller Supraleiter gibt es theoretisch keine Grenze, und unsere Experimente lassen hoffen, dass es sogar bei Raumtemperatur Supraleitung gibt“, sagt der Mainzer Physiker.

Gigantischer Druck nötig

Wenig geeignet für den alltäglichen Gebrauch ist ein solcher Supraleiter wegen des gigantischen Drucks, der nötig ist, um H₂S diese Eigenschaft zu verleihen. Besser wird es auch nicht mit einem anderem Kandidaten, den Eremets als idealen Kandidaten für die Hochtemperatur-Supraleitung ansieht: Wasserstoff. Der braucht einen noch höheren Druck, den die Mainzer Experten noch nicht erzeugen können.

Im Übrigen wäre auch ein solcher Supraleiter ungeeignet für die praktische Nutzung. Was die Mainzer aber nicht davon abhält, weiter zu suchen. „Möglicherweise gibt es Polymere oder andere wasserstoffreiche Verbindungen, die sich auf andere Weise metallisch machen lassen und bei Raumtemperatur supraleitend werden“, hofft Eremets.

Ein Beitrag von:

Wolfgang Kempkens

Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.