傳統(tǒng)電動(dòng)力學(xué)的基本結(jié)論之一，是南北磁極總會(huì)成對(duì)出現(xiàn)，不存在單個(gè)的磁極(磁單極)，但中科院物理研究所研究員方忠等人首次證明了磁單極的存在。這一研究結(jié)果，發(fā)表在10月3日美國(guó)出版的《科學(xué)》雜志上。

為了追求電磁場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)統(tǒng)一，世界著名物理科學(xué)家狄拉克1931年首次預(yù)言了磁單極的存在，然而迄今為止，各國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了種種努力，仍然缺乏有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明其存在。

方忠卻從另一個(gè)角度考慮這個(gè)問(wèn)題：現(xiàn)代物理學(xué)特別是材料科學(xué)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了晶格倒空間概念的提出;因?yàn)榫w具有嚴(yán)格的周期對(duì)稱(chēng)性，其中電子的行為必須要用量子力學(xué)中的波函數(shù)的概念來(lái)描述。每一個(gè)可能的電子占據(jù)態(tài)相應(yīng)于晶格倒空間(動(dòng)量空間)中的一個(gè)波函數(shù)。電子的波函數(shù)與其他任何波動(dòng)如聲波、水波等一樣都具有相干性，其相干圖樣與晶體材料的結(jié)構(gòu)及磁性有關(guān)。當(dāng)動(dòng)量空間中的兩個(gè)波函數(shù)具有相同的能量時(shí)(即簡(jiǎn)并態(tài))，此兩個(gè)波函數(shù)之間的位相差將形成一個(gè)勢(shì)能奇點(diǎn)。從而導(dǎo)致此點(diǎn)周?chē)姶艌?chǎng)分布的改變。

方忠等人詳細(xì)分析了此種動(dòng)量空間中的勢(shì)能奇點(diǎn)問(wèn)題(BerryPhase)，首次提出其實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于倒空間的一種磁單極存在形式。這種磁單極并非存在于實(shí)際空間，而是存在于晶體的動(dòng)量空間中。并且，這種磁單極具有很低的能量，能夠在實(shí)驗(yàn)中很容易觀測(cè)到。最直接的方法是測(cè)量磁性晶體中的反常Hall效應(yīng)。由于磁單極的存在，電子的Hall輸運(yùn)行為受到很大影響，導(dǎo)致其反常Hall系數(shù)與晶體的磁化強(qiáng)度成非線性關(guān)系，而并非以前預(yù)測(cè)的線性關(guān)系。方忠基于以上理論，并通過(guò)第一原理計(jì)算的方法，直接計(jì)算出了鈣鈦礦型釕氧化物中的反常Hall系數(shù)，并與日本著名實(shí)驗(yàn)科學(xué)家十倉(cāng)好紀(jì)領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組測(cè)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，得到了一致的結(jié)果。

此結(jié)果將可能對(duì)超導(dǎo)機(jī)理的研究、及具有特殊電磁特性的新材料的設(shè)計(jì)等，起到直接的理論指導(dǎo)作用。