磁性
概述
磁性(magnetism)是指磁铁吸引铁等铁磁性物质，或电流流经导线周围产生的力的现象。这是构成电磁学基础的物理相互作用，与电一起成为现代技术的核心原理。磁性现象由物质内部电子的自旋和轨道运动产生，是自然界中发现的基本力之一。
主要内容
磁场的定义与特性
磁场(magnetic field)是由磁铁或电流在空间中形成的矢量场，表示磁力的大小和方向。单位使用特斯拉(T)或高斯(G)，磁场方向从N极指向S极。根据麦克斯韦方程组之一的高斯磁定律，磁场总是形成闭合曲线，不存在磁单极子。
磁性材料的种类
物质根据对外部磁场的反应大致分为三类。铁磁性物质(ferromagnet)如铁、镍、钴，即使没有外部磁场也能显示磁性，具有磁畴(magnetic domain)结构。顺磁性物质(paramagnet)如铝、铂，仅在外部磁场存在时显示微弱磁性；抗磁性物质(diamagnet)如铜、铋，则在与外部磁场相反的方向显示微弱磁性。
电磁感应
1831年迈克尔·法拉第发现的电磁感应(electromagnetic induction)是变化的磁场产生电场的现象。这是发电机、变压器、感应电动机等现代电力系统的核心原理，由法拉第定律数学描述。感应电动势与磁场的时间变化率成正比，根据楞次定律，感应电流的方向阻碍磁场的变化。
磁共振及其应用
磁共振(magnetic resonance)是特定频率的电磁波改变磁场中原子核自旋状态的现象。这是MRI(磁共振成像)的基本原理，通过成像人体内氢原子核的分布用于医疗诊断。此外，核磁共振波谱法(NMR)用于分子结构分析。
地磁场
地球由于内部外核的对流运动产生地磁场(geomagnetic field)。该磁场起到保护地球免受太阳风侵袭的屏障作用，在指南针的方向指示和候鸟迁徙路径导航中发挥重要作用。地磁场大约每25万年极性反转一次，目前北极正从加拿大北部向西伯利亚方向移动。
最新趋势
截至2024-2025年，磁性领域取得了以下主要进展。第一，利用高温超导体的磁悬浮列车技术进入实用化阶段，日本和中国正在进行时速600公里以上的超导磁悬浮列车试验。第二，在自旋电子学(spintronics)领域，利用电子自旋的下一代存储器件(MRAM)已商业化，推出了比传统半导体存储器功耗降低90%以上的产品。第三，在量子计算中，为提高超导量子比特的稳定性，磁场屏蔽技术取得进展，成功将错误率降低至10^-5水平。第四，NASA和ESA正在开发用于2025年火星探测任务的高灵敏度磁场测量仪，有望揭示火星内部结构及过去磁场消失的原因。此外，利用人工智能的磁场模拟技术取得进展，据报道可将电子设备设计时间缩短70%。
相关主题
- [[电磁学]]
- [[超导体]]
- [[MRI]]
- [[自旋电子学]]
- [[地球物理学]]
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