Verbund: Röntgen-Ångström-Cluster; Hochdruckreaktionen zur Gewinnung wasserstoffreicher Hydride als Weg zu neuen Supraleitern (HrichGPa_RAC2019)

Abstract

Unter den wasserstoffreichen Metallhydriden sind die sogenannten Superhydride von großem Interesse im Hinblick auf Hochtemperatursupraleitung. Sie entstehen bei sehr hohen Drücken von einigen Hundert Gigapascal (Druck von einigen Millionen Atmosphären) in Diamantstempelzellen (DACs). In diesen ist die Temperaturkontrolle sehr schwierig und es werden äußerst geringe Probenmengen erhalten. Ziel dieses Projektes war es, Techniken der Präparation und In-situ-Charakterisierung für Hydrierungsreaktionen zur Bildung wasserstofffreicher Hydride unter hohem Druck weiterzuentwickeln, welche die Nachteile von DACs vermeiden. Die Rückgewinnung der Produkte bei Umgebungsbedingungen sollte durch Verfolgen der Reaktionswege mit Synchrotron- und Neutronenstrahlung erreicht werden. Bessere Temperaturkontrolle und die Herstellung größerer Probenmengen wurde in großvolumigen Hochdruckpressen (LVPs) erreicht. Hierfür galt es, die maximalen Drücke näher an die in DACs erreichbaren heranzubringen. Als Startmaterialien mit Potential für Supraleitung wurden die ternären Systeme A-X-H (A = Li, Mg, Sc, Y, La; X = Si, Ge, P, S) gewählt, für die eine Senkung der zur Gewinnung von Superhydriden nötigen Drücke erwarten ließen. Zwischen den bislang zugänglichen ternären Hydriden mit X = Si, Ge, P, S und relativ geringem Wasserstoffgehalt (z. B. BaSiH2, LaGeH, Cs2PH) und den Superhydriden mit extrem hohem Wasserstoffgehalt (z. B. SrH4, LaH10) liegt die noch eine relativ wenig erforschte Klasse der sogenannten hypervalenten Hydride. In diesen ist der Wasserstoff durch die maximale Valenz der übrigen Atome bestimmt (z. B. K2SiH6). Da diese Phasen mit mittlerem Wasserstoffgehalt bei der Hydrierung auf dem Weg zu möglichen Superhydriden ohnehin zu erwarten sind, bot dieses Projekt eine sehr gute Möglichkeit, auch die Kenntnis dieser hypervalenten Hydride erheblich zu erweitern.