UBe13の完全ギャップ・スピン三重項超伝導~剥がされた40年にわたる謎のベール~

2026-07-30 神戸大学

神戸大学、日本原子力研究開発機構、大阪大学の研究グループは、重い電子系超伝導体UBe13において、40年以上未解明だった超伝導状態の本質を実験的に解明した。高品質単結晶を用いた核磁気共鳴(NMR)測定により、電子が同じ向きのスピンで対を形成する「スピン三重項超伝導」であることを世界で初めて実証した。さらに、NMR緩和率の精密測定から、電子の複数バンドすべてでノードを持たない完全超伝導ギャップが形成されることを明らかにした。この「完全ギャップ・スピン三重項超伝導」は理論的にトポロジカル超伝導状態に対応すると考えられ、マヨラナ粒子の実現が期待される。環境ノイズに強い量子状態を利用できる可能性があるため、エラー耐性に優れたトポロジカル量子コンピュータの実現に向けた材料開発や、超伝導・トポロジカル物性研究の発展に重要な成果となる。

UBe13の完全ギャップ・スピン三重項超伝導~剥がされた40年にわたる謎のベール~
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<関連情報>

UBe13におけるフルギャップスピン三重項超伝導状態のNMRによる証拠 NMR Evidence for Full-Gap Spin-Triplet Superconducting State in UBe13

Shoko Minami, Haruki Matsuno, Kyohei Morita, Rintaro Matsuki, Hisashi Kotegawa, Hisatomo Harima, …
Journal of the Physical Society of Japan  Published: June 26, 2026
DOI:https://doi.org/10.7566/JPSJ.95.074711

Abstract

The nature of the superconducting (SC) order parameter in the heavy-fermion superconductor UBe13 has been a subject of intense debate for decades. Here, we report on comprehensive 9Be-NMR measurements performed on a single crystal of UBe13 to investigate the quasiparticle spin susceptibility and the nuclear spin–lattice relaxation rate 1/T1 under magnetic fields up to 2 T. Our results reveal several key features: (i) the Knight shift (KS) remains unchanged below Tc down to a characteristic temperature T* ≈ 0.7 K, indicating a parallel-spin pairing state where the d-vector is reoriented by the external field (dH); (ii) below T*, the KS exhibits an anisotropic partial reduction along all major cubic axes, which provides smoking-gun evidence for a spin-triplet SC state; and (iii) the 1/T1 data are well described by a multi-band, fully gapped model, effectively ruling out the presence of nodal structures. By comparing the experimental anisotropic reduction of the spin susceptibility with group-theoretical candidates, we identify a unitary mixed state of A1u + αEu(1) symmetry (with −0.11 < α < −0.06) as the most plausible order parameter. These findings are consistent with a multi-band, fully gapped, spin-triplet topological superconducting state in UBe13. Furthermore, the observed 1/T1 at low temperatures is significantly suppressed compared to the conventional Caroli–de Gennes–Matricon (CdGM) mechanism, indicating the emergence of the quantum limit in vortex cores.

1701物理及び化学
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