磁單極子（Magnetic monopole）指僅帶單一磁極的基本粒子，與我們熟悉的磁鐵——同時具N極與S極的磁偶極子（magnetic dipole）不同，前者磁感線分布類似點電荷的電場線分布，或者說是攜帶孤立“磁荷”的基本粒子。

無論貼在冰箱的磁鐵還是地球本身，始終具有一對無法孤立的相反磁極，迄今為止也尚未發(fā)現以基本粒子形式存在的磁單極子證據，但磁單極子是21世紀物理學界和天文學界熱門研究主題之一，因為磁單極子相互作用過程與一般電磁現象截然不同，不僅涉及物質磁性來源、電磁現象對稱性，還與宇宙極早期演化、微觀粒子結構等相關。

數個尚未得到實驗證實、超越標準模型的理論（如大統(tǒng)一理論、超弦理論）都預測有磁單極子，若能找到它們，就像找到拼圖缺失的一塊。

最近劍橋大學、牛津大學、新加坡國立大學團隊使用“鉆石量子傳感”技術，觀察赤鐵礦表面的旋轉紋理和微弱磁性信號，第一次通過實驗觀察到自然發(fā)生的磁單極子。

研究人員在赤鐵礦材料表面發(fā)現磁單極子

科學家尋找磁單極子的策略涉及涌現（emergence）概念，當許多物理小實體組成產生大實體，后者會展現大于或不同小實體具有的特性，而研究人員說這就是赤鐵礦表面發(fā)生的情況。

漩渦拓撲結構存于主要2種類型材料：鐵磁體和反鐵磁體，其中反鐵磁體比鐵磁體更穩(wěn)定也更難研究，因為它們不具有強磁性特征。

為了研究反鐵磁體行為，研究人員使用鉆石量子磁力測量成像技術精確測量反鐵磁性材料“氧化鐵”的表面磁場（不影響其行為），發(fā)現表面一群粒子聯合起來，產生與只有一個磁極的單一粒子相同效果。

赤鐵礦（Hematite）是一種常見氧化鐵化合物，分子式Fe2O3，在赤鐵礦中微小的磁單極子通過許多自旋集體行為出現，它們于赤鐵礦表面旋轉紋理上滑動并發(fā)散磁場，就像微小的磁荷冰球。

該研究不僅凸顯鉆石量子磁力測量潛力，還強調量子材料隱藏的磁性現象，若能加以控制，這些帶磁荷的旋轉紋理將能為超快速、更節(jié)能的計算機內存邏輯提供動力。該成果還有助于物理學、天文學基礎理論的發(fā)展，以及對宇宙起源的深入認知。

新論文發(fā)表在《自然材料》（Nature Materials）期刊。