Durchbruch: Neue Technik enthüllt atomare Geheimnisse von Rekord-Supraleitern

Dies sind wasserstoffreiche Materialien, die unter extremem Druck supraleitendes Verhalten bei Temperaturen zeigen, die weit über denen konventioneller Supraleiter liegen.

Ein internationales Forschungsteam, zu dem Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gehören, hat nun einen entscheidenden Durchbruch bei der Untersuchung dieser Stoffe erzielt: erstmals wurde Lanthan-Superhydrid mit Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) unter extremem Druck analysiert.

Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer materialspezifischen kritischen Temperatur ihren gesamten elektrischen Widerstand verlieren. Strom kann dadurch hindurchfließen, ohne Energie zu dissipieren. Bei den meisten bekannten Supraleitern erfolgt dieser Übergang bei Temperaturen unter etwa 140 Kelvin (minus 133 Grad Celsius).

Was die Studie zeigt

Für eine praktische Anwendung erfordern diese niedrigen Temperaturen anspruchsvolle Kühlsysteme. Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach Materialien, die bei deutlich höheren Temperaturen supraleitend werden. Superhydride sind Verbindungen, in denen ein Metall, beispielsweise Lanthan, in einem dicht gepackten Wasserstoffgitter eingebettet ist.

Unter enormem Druck, vergleichbar mit den Bedingungen im Inneren, können diese Materialien ungewöhnliche elektronische Eigenschaften entwickeln und nahe der Raumtemperatur Supraleitung zeigen.

Sie halten derzeit den Weltrekord für die höchste kritische Übergangstemperatur, bei der Anzeichen diese Bedingungen zu erreichen, komprimieren Forscher die Proben in Diamantstempelzellen. Dabei werden die Proben zwischen zwei Diamanten bei Drücken Atmosphären zusammengepresst.

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Die Herausforderung besteht darin, dass die Proben extrem klein sind, sodass ihre Untersuchung außergewöhnliche experimentelle Präzision erfordert. Die neue Arbeit adressiert diese Herausforderung mit sogenannten Lenz-Linsen.

Dies sind winzige leitfähige Ringstrukturen, die die für die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) benötigten Hochfrequenzfelder direkt in das Probenvolumen fokussieren.

Durch die Konzentration und Verstärkung dieser Felder ermöglichen die Linsen NMR-Messungen unter den extremen Bedingungen innerhalb einer Diamantdruckzelle. „Wir mussten die Hochfrequenzfelder präzise dort fokussieren, wo sich die Probe zwischen den Diamantstempeln befindet – über eine Fläche, was kleiner ist als der Durchmesser eines menschlichen Haares", erklärt Dr.

Was die Studie zeigt

Florian Bärtl vom Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) am HZDR. „Mit Linsen Hochfrequenzsignal so stark verstärken, dass zum ersten Mal aussagekräftige NMR-Daten für Superhydride zugänglich wurden." Die Messungen liefern direkte Informationen über die Materialien auf atomarer Ebene und helfen Forschern, diese besser zu verstehen.

Das Team hatte die gleichen Materialien zuvor bereits mit gepulsten Hochfeldmagneten am HLD untersucht, indem es deren elektrischen Widerstand maß. Diese Magnetfelder wirken als Belastungstest für Supraleiter, da sie die maximalen Feldstärken aufzeigen, bei denen der supraleitende Zustand stabil bleibt.

Ein vollständiges Bild dieser Materialklasse entsteht erst, wenn beide Methoden kombiniert werden: NMR-Untersuchungen unter hohem Druck und Widerstandsmessungen in den stärksten Magnetfeldern.

Technik und Auswirkungen

Die Forschung wurde in enger Zusammenarbeit mit Hochdruckspezialisten aus dem Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research (HPSTAR) in Peking durchgeführt. „Die Zusammenarbeit mit dem HLD war für unser Projekt entscheidend", sagt Dr.

Dmitrii Semenok. „Die dort verfügbaren Hochfeldanlagen sowie das Fachwissen im Bereich der Hochfrequenzinstrumentierung bieten ideale Bedingungen für diese Experimente." Langfristig möchten die Forscher die physikalischen Mechanismen hinter der Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien besser verstehen.

Dieses Wissen könnte die Entwicklung neuer Materialien für energieeffizientere Technologien vorantreiben. Die Ergebnisse wurden in zwei Publikationen veröffentlicht: „Transmission of Radio-Frequency Waves and Nuclear Magnetic Resonance in Lanthanum Superhydrides", Florian Bärtl, Di Zhou, Toni Helm, Sven Luther, Joachim Wosnitza, Ivan A. Troyan, Viktor V.

Technik und Auswirkungen

Struzhkin und Hannes Kuhne, veröffentlicht am 8.

Februar 2026 in Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202520701). „Tertiäre Superhydride unter dem Druck des Andersonschen Theorems: Nahezu rekordverdächtige Supraleitung in (La, Sc)H12", Ivan Alexandrovich Troyan, Di Zhou, Andrei Vladimirovich Sadakov, Kirill Sergeevich Pervakov, Oleg Alexandrovich Sobolevskiy, Anna Gennadievna Ivanova, Michele Galasso, Frederico Gil Alabarse, Wuhao Chen, Chuanying Xi, Toni Helm, Sven Luther, Vladimir Moiseevich Pudalov und Viktor Viktorovich Struzhkin, veröffentlicht am 31.

Juli 2025 in Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202504748).