이번 Nature지 커버에 보면 'Poles Apart'라는 붉은 제목과 네트워크스럽게 얽혀있는 알수없는 구조체가 눈길을 끈다.


응집물리계에서 magnetic monopole이 존재할수 있음을 제안한 논문이 실렸다. 최근 응집물리학계에서 키워드로 등장하는 fractionalization, topological defects, macroscopic degeneracy of the ground states 등의 개념을 적절히 어울러 real physical vacuum에서 기본입자로서의 monopole이 아니라, condensed matter setting에서 유효하게 기본입자로서의 monopole이 존재가능함을 보였다.

Spin ice 상태 (물의 ice 상태와 물리적으로 직접적인 관계는 없으나 analogy는 비슷한)가 구현되는 pyrochlore lattice (고체가 가지는 여러 결정구조중 하나) 시스템의 바닥상태에서 낮은 에너지 들뜸이 monopole의 생성으로 나타난다고 이야기한다. 이웃하는 dipole (여기서는 localized electron spin) 끼리 만족해야하는 방향성의 규칙이 있는데 (ice rule), 이 규칙이 국소적으로 깨질때 생성되는 유효한 monopole 들이 무한히 먼 거리까지 떨어지는데 유한한 에너지만 소요된다는게, 즉 monopole들이 따로 놀수 있다는게 주요 결론이다. 또, 3차원 시스템에서 처음 제안된 fractionalization (1차원에서 전자의 스핀과 전하가 분리되는 현상이나, 2차원에서 전자가 분수 전하를 가지는 경우처럼 기본입자들이 깨어지는것으로 보이는 현상)이라는 점도 포인트.

논문에 나온 그림들을 보면 아주 어렵지는 않게 (물리학 대학원생 이상 기준) 이해할 수 있으니 관심있는 분들을 읽어보시길.