보통 어떤 자성체에도 반드시 존재하는 N극과 S극 중 한쪽밖에 갖고 있지 않는 소립자 ‘자기단극자’(마그네틱모노폴)가 양자 역학세계에서 존재할 수 있음을 十倉好紀 동경대학 교수의 연구팀이 밝혀냈다. 금속강자성체를 이용하여 실제 관찰한 전자의 운동과 모노폴의 존재를 전제로 한 이론계산치와 거의 일치했다고 한다. 결정 상태의 전자를 평면파로서 취급하는 양자역학에 기초한 추론으로 주변의 실제공간에서는 그대로 적용되지 않지만, 확실한 증거가 나오면 자기전기전도, 자기광학 응답의 새로운 이론 발견이라 할 수 있다. 이 연구는 과학기술진흥기구(JST) 창조적과학기술추진사업부(ERATO) 일환으로 十倉 교수와 朝光敦 동경대 저온센터 조교수 등이 착수해 왔다. 금속의 강자성체에 전장을 더하면 자성체의 전자 운동방향이 바뀌는 ‘이상 홀효과’ 현상이 나타난다. 이번에 전자상태로 가르는 방법 ‘제1원리 전자상태계산’에 금속 강자성체의 자화와 전기저항, 홀효과 등 측정치를 계산하여 맞추어 ‘장의 양자론’에 기초 한 자장과 전장이 가져오는 ‘공간의 비뚤어짐’을 만들어낸 결과 N극과 S극이 대립하지 않고 어느 한 쪽만이 존재한다는 것을 나타내는 비뚤어짐을 인정하였다. 입자가 파장의 성질을 같이 갖는다는 양자역학에 의하면 결정중의 전자는 평면파 모양을 하며 그 방향과 크기는 역시 ‘공간의 비뚤어짐’에 의해 결정된다. 이상 홀효과도 모노폴에 기원하는 것으로 추론할 수 있다. 모노폴의 존재는 이전부터 제창되어 왔지만 확인된 예는 없다. 이번 연구는 실제공간에 대해서는 아니지만 언젠가 자기전도소자 개발로 이어질 가능성도 있다. (NK)