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Hoher Druck macht Wasserstoff metallisch und stromleitend

Max-Planck-Forscher haben eine sensationelle Entdeckung gemacht: Bei einem Druck von 2,7 Megabar wird das leichteste Element, Wasserstoff, metallisch, leitet Strom und wird möglicherweise zu einer Quantenflüssigkeit, so dass es ohne Reibung fließt, und gleichzeitig zu einem Supraleiter, der verlustfrei Strom transportiert.

Die Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz haben Wasserstoff bei 25 Grad Celsius unter den drei millionenfachen Atmosphärendrucks gesetzt (drei Megabar). Dafür füllten sie den Wasserstoff in eine Mulde in einer Dichtung, die sich zwischen zwei Miniatur-Ambossen aus Diamant befand. Dabei entdeckten sie zunächst bislang unbekannte Zustände des Elements: Ab einem Druck von 230.000 Bar erstarrte der Wasserstoff zu einem Festkörper. Ab 2,2 Megabar verhielt sich der Wasserstoff wie ein Halbleiter. Ab etwa 2,7 Megabar nahm das Element dann metallische Eigenschaften an – einem deutlich niedrigeren Druck als theoretisch vorhergesagt. Dabei sprang die die Leitfähigkeit des Wasserstoffs auf das Tausendfache. „Der genaue Leitfähigkeitswert liegt aber möglicherweise noch höher.“ Möglicherweise wird Wasserstoff bei diesem Druck sogar zu einem Supraleiter, der Strom vollkommen ohne Widerstand leitet. Allerdings entstehen unter diesem hohen Druck in der Probe auch Protonen, die an den Messelektroden eine Art elektrische Sperrschicht aufbauen, wodurch die Messungen zu niedrige Werte ergeben würden. Dies sollen nun weiteren Untersuchungen herausfinden.

Das Ergebnis wäre äußerst brisant: Bislang sind nur Supraleiter bekannt, die bis nahe auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden müssen. Der Wasserstoff wurde jedoch in dem Versuch bei Raumtemperatur unter Druck gesetzt.

Zudem soll in den weiteren Experimenten geprüft werden, ob Wasserstoff bei mehr als 2,7 Megabar nicht als metallischer Festkörper, sondern als metallische Flüssigkeit wie Quecksilber vorliegt. Eine solche Quantenflüssigkeit heißt auch Suprafluid, die ohne Reibung fließt. Die Forscher mutmaßen, ob der Wasserstoff unter bestimmten Bedingungen gleichzeitig supraleitend und suprafluid wird. Bislang ist noch kein Stoff bekannt, der eine Kombination der beiden erstaunlichen Quanteneffekte aufweist.

Wasserstoff gehört zu der selben Gruppe chemischer Elemente wie die Alkalimetalle Lithium, Natrium und Kalium. Auf der Erde existiert Wasserstoff bislang nur gasförmig oder unter hohem Druck als Flüssigkeit. Im Inneren des Planeten Jupiter vermuten Astrologen jedoch, dass der Wasserstoff als Metall vorliegt und führen darauf das starke Magnetfeld des Planeten zurück.
 

 

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