FWF - SuperHydra - SuperHydra

Die Existenz von Superhydriden - Hydride mit einem extrem hohen Wasserstoffgehalt - wurde für planetarische Drücke vorhergesagt und kürzlich für eine Reihe von binären Systemen, wie Li-H, Al-H, Na-H, etc., experimentell nachgewiesen. SH3, das zu dieser Materialklasse gehört, brach 2014 den Rekord für die höchste supraleitende Sprungtemperatur, der zuvor von den Cupraten aufgestellt wurde, mit einer kritischen Sprungtemperatur von 203 K. Hochtemperatursupraleitung in metallischen Superhydriden wurde im Rahmen der konventionellen Migdal-Eliashberg Theorie bereits erwartet, da die hohen Phononenfrequenzen zu einer starken supraleitenden Kopplung führen. Darüber hinaus sind Superhydride auch für Anwendungen in der Wasserstoffspeicherung sehr interessant, da sie deutlich höhere Wasserstoffdichten als derzeit übliche Wasserstoffspeicher erlauben. Die hohen Drücke, die nötig sind um diese Phasen zu stabilisieren, stellen zwar klare Einschränkungen für praktische Anwendungen dar, ein kürzlich veröffentlichter Bericht über Supraleitung in PdH mit einer kritischen Temperatur von 61 K bei Umgebungsdruck deutet jedoch darauf hin, dass manche Phasen der Superhydride bei normalen Umgebungsbedingungen existieren können, was ihre wissenschaftliche Untersuchung auch für mögliche technologische Anwendungen attraktiv macht. In diesem Projekt verwenden wir ab-initio Methoden für das Vorhersagen von Kristallstrukturen, deren Thermodynamik und supraleitenden Eigenschaften, um die Phasendiagrammen bei hohen Drücken bis in den Megabarbereich von drei Klassen von Hydriden zu untersuchen: metallische Hydride, kovalente (molekulare) Hydride, und kovalent-ionische Hydride, die häufig in Wasserstoffspeichersystemen verwendet werden. Unser primäres Ziel ist die Ermittlung von neuen Hochtemperatursupraleitern bei hohen Drücken; sowie von metastabilen, wasserstoffreichen Phasen, die auch bei normalen Umgebungstemperaturen existieren können und Anwendung als Supraleiter oder Wasserstoffspeicher finden könnten. Dieses Projekt wird für die derzeitige Grundlagenforschung von großer Relevanz sein, da die Eigenschaften von wasserstoffreichen Festkörpern bei hohen Drücken in Forschungszentren auf der ganzen Welt zur Zeit intensiv untersucht werden. Darüberhinaus sind drei Arten von Vorhersagen mit bahnbrechenden Auswirkungen vorstellbar, die im vorgeschlagenen zeitlichen Rahmen realisiert werden könnten: (i) Hochtemperatursupraleitung bei Umgebungsdrücken, (ii) neue Superhydride, deren Eigenschaften vergleichbar sind mit den derzeit besten Materialien zur Wasserstoffspeicherung, und (iii) Supraleitung bei Raumtemperatur unter hohen Drücken.