Physiker sagten theoretisch den Erhalt des supraleitenden Zustands im Doppelhydrid von Lithium und Magnesium Li2MgH16 bis 200 Grad Celsius voraus. Dafür muss die Verbindung jedoch unter hohem Druck in der Größenordnung von 250 Gigapascal, also in der Größenordnung von 2,5 Millionen Atmosphären, gesetzt werden, schreiben die Autoren in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.
Supraleitung ist ein Quantenphänomen, das es bestimmten Substanzen ermöglicht, elektrischen Strom ohne Widerstand zu leiten. Dieses Phänomen wurde 1911 von Heike Kamerling-Onnes entdeckt, für die er zwei Jahre später den Nobelpreis für Physik erhielt.
In der Regel wird Supraleitung bei tiefen Temperaturen beobachtet, und die ersten entdeckten Supraleiter gingen nur nahe dem absoluten Nullpunkt in einen solchen Zustand über. Nach und nach entdeckten Physiker jedoch Stoffe mit einer immer höheren kritischen Temperatur. Dennoch ist es bisher nicht gelungen, eine Supraleitung unter Standardbedingungen für die Erdoberfläche zu erreichen.
Die Suche nach rekordverdächtigen Supraleitern wird durch das Fehlen einer vollständigen Theorie erschwert, die die bereits entdeckten Hochtemperatur-Supraleiter beschreiben könnte. In den letzten Jahren sind Arbeiten zu den guten Parametern von Verbindungen mit Wasserstoff bei hohen Drücken von Millionen Atmosphären erschienen. Insbesondere Schwefelwasserstoff SH3 und Lanthanhydrid LaH10, die bei etwa 200 bzw. 260 Kelvin beginnen, Strom widerstandslos zu leiten. Lanthanhydrid hält derzeit den Rekord für die kritische Temperatur.
Aus theoretischer Sicht vereinen Hydride die günstigen Eigenschaften von Wasserstoff und die Verfügbarkeit freier Elektronen, die leicht durch Alkalimetalle geteilt werden können. Bei extremen Drücken verleiht der hohe Wasserstoffgehalt der Verbindung die Eigenschaften von metallischem Wasserstoff, dh hohe Phononenfrequenzen und ihre starke Paarung mit Elektronen.
In der theoretischen Arbeit chinesischer Physiker der Universität Jilin unter der Leitung von Yanming Ma kommt man zu dem Schluss, dass das Doppelhydrid von Lithium und Magnesium Li2MgH16 nicht nur bei Raumtemperatur, sondern bis zu etwa 473 Kelvin, also etwa, ein Supraleiter sein kann 200 Grad Celsius, das ist ein Rekordwert für alle Vorhersagen. Dies erfordert jedoch wie bei anderen Wasserstoffverbindungen einen hohen Druck – in diesem Fall 250 Gigapascal, also 2,5 Millionen Atmosphären, was in etwa den Bedingungen im Erdkern entspricht.
Die Kernidee der neuen Arbeit bestand darin, nicht binäre Hydride, bestehend aus Wasserstoff und einem weiteren Element, zu betrachten, sondern ternäre, bei denen es zwei zusätzliche Elemente gibt. In diesem Fall nimmt die Anzahl der möglichen Kombinationen und dementsprechend der potenzielle Wertebereich verschiedener Parameter von Stoffen stark zu. Allerdings ist die Untersuchung von Drei-Elemente-Verbindungen auch viel mühsamer.
Das im Artikel beschriebene Lithium- und Magnesiumhydrid Li2MgH16 kann als mit Lithium dotiertes Magnesiumhydrid MgH16 betrachtet werden, das als Elektronendonor dient. MgH16 selbst behält seine Struktur bei hohen Drücken nicht und Wasserstoffmoleküle werden davon getrennt, was ein unerwünschter Effekt ist, der Supraleitung verhindert. Nach den Berechnungen der Ma-Gruppe im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie ermöglicht die Einführung von Lithium eine Stabilisierung der Substanz.
Dennoch sind die theoretischen Methoden zur Suche nach Supraleitern noch nicht ausreichend genau. Beispielsweise sagte die Dichtefunktionaltheorie viel höhere Übergangsdrücke für Lanthanhydrid voraus. In dieser Hinsicht sind Verfeinerungen der Modelle erforderlich, die es ermöglichen, sowohl immer komplexere Verbindungen zu untersuchen als auch zu lernen, wie man nach Supraleitern mit weniger extremen Drücken sucht.
Zuvor haben Physiker gezeigt, dass die Supraleitung eines Graphen-Moiré-Übergitters abstimmbar ist, ein einzigartiges Beispiel für die Koexistenz von Supraleitung und Magnetismus gefunden und sichergestellt, dass ein Supraleiter auf Basis von Eisenarsenid ein Piezomagnet ist.
