Wenn Wasserstoff zum Metall wird

Bereits 1935 wurde theoretisch vorhergesagt, dass Wasserstoff unter hohem Druck zu einem Metall wird. Mit aufwendigen Hochdruckexperimenten rückten mehrere Forschergruppen diesem Phasenwechsel immer näher. Nun berichten zwei Physiker in der Fachzeitschrift „Science“, dass sie tatsächlich metallischen Wasserstoff bei knapp dem fünfmillionenfachen Atmosphärendruck erzeugt haben. Das wäre nicht nur ein Erfolg der Grundlagenforschung. Denn metallischer Wasserstoff gilt als ein Kandidat für einen Supraleiter, der bereits bei Raumtemperatur Strom ohne Widerstand leiten könnte.

Wasserstoff unter Druck

„Die Produktion von metallischem Wasserstoff war eine der großen Herausforderungen der Festkörperphysik“, schreiben Isaac Silvera und Ranga Dias von der Havard University in Cambridge, Massachusetts. Erst vor einem Jahr kamen Physiker im schottischen Edingburgh diesem Ziel schon sehr nahe, als sie bei 325 Gigapascal eine Vorstufe des metallischen Wasserstoffs erzeugten. Doch erst mit einer optimierten Diamantpresszelle konnten die beiden Forscher nun einen Druck von 495 Gigapascal aufbauen.

Zwischen zwei hochreinen Industriediamanten montierten die Wissenschaftler eine kleine, mit Wasserstoff gefüllte Kammer. Tief abgekühlt auf minus 268 Grad Celsius erstarrte der molekulare Wasserstoff und konnte zunehmend stärkeren Drücken ausgesetzt werden. Dabei ging der molekulare Wasserstoff in atomaren Wasserstoff über. Ab 335 Gigapascal verdunkelte sich die vorher transparente Probe, die Vorstufe des metallischen Wasserstoffs war erreicht. Und bei 495 Gigapascal veränderte die Probe abermals ihr Aussehen und reflektierte plötzlich einfallendes Licht. Silvera und Dias ermittelten ein hohes Reflexionsvermögen von mehr als neunzig Prozent. Diese Eigenschaft ist typisch für Metalle und kann daher als ein Beleg für die Synthese von metallischem Wasserstoff interpretiert werden.

Sollte sich die Synthese von metallischem Wasserstoff durch andere Arbeitsgruppen reproduzieren und somit bestätigen lassen, wären Physiker in der Lage, weitere theoretisch vorhergesagte Eigenschaften dieses Materials zu überprüfen. So könnte das exotische Metall beispielsweise auch ohne permanenten Druck und Tiefkühlung stabil bleiben. Und vielleicht zeigt metallischer Wasserstoff tatsächlich einen Weg zu einem Supraleiter bei Raumtemperatur auf.