磁性材料原理及应用
磁性材料在磁存储技术中的应用前景
磁性材料在磁存储技术中的应用前景随着信息技术的迅速发展，我们对于存储设备的需求也不断增加。
磁存储技术作为一种主流的数据存储方式，其应用领域广泛，而磁性材料正是磁存储技术中的关键元素之一。
本文将深入探讨磁性材料在磁存储技术中的应用前景。
一、磁性材料的基本原理及特性磁性材料通过内部的微观结构和原子排列使其具有磁性。
其基本原理是当外加磁场作用下，磁性材料能够保持或形成一定的磁性，从而实现数据的存储和读取。
磁性材料具有一些特性，如磁滞回线、剩余磁化和矫顽力等，这些特性决定了其在磁存储技术中的应用前景。
二、磁性存储的基本原理及应用磁存储技术利用磁性材料的特性进行数据的存储和读取。
其基本原理是通过改变磁性材料中的磁场来表示二进制数据的0和1。
目前，磁性存储技术已广泛应用于硬盘驱动器、磁带和磁卡等设备中。
磁性存储具有容量大、读写速度快和稳定性高的特点，因此在大容量数据存储和高速数据传输方面具有巨大优势。
三、磁性材料在磁存储技术中的应用1. 硬盘驱动器硬盘驱动器是目前最常见的磁存储设备之一。
磁性材料在硬盘驱动器中的应用前景非常广阔。
磁性材料被用来制造磁盘片，通过调整不同区域的磁化方向来存储数据。
随着技术的进步，硬盘驱动器的存储密度和读写速度也在不断提高，这离不开磁性材料在其应用中的突出表现。
2. 磁带和磁卡磁带和磁卡作为备份和存储数据的重要手段，同样离不开磁性材料的应用。
磁带和磁卡利用磁性材料的磁化能力，在其表面记录和读取数据。
磁带和磁卡具有存储容量大、可擦写重写等特点，因此在数据备份和传输方面有着广泛的应用。
3. 磁性随机存取存储器（MRAM）磁性随机存取存储器（MRAM）是一种新型的非易失性存储器，它利用磁性材料的特性来存储数据。
相比于传统的易失性存储器，MRAM具有断电后数据不丢失、读写速度快和耐用性好的优势。
磁性材料的发展和优化对于MRAM的性能和应用前景具有决定性的影响。
四、磁性材料在磁存储技术中的挑战与发展方向尽管磁性材料在磁存储技术中的应用前景广阔，但也面临着一些挑战。
硬磁材料的应用及原理
硬磁材料的应用及原理硬磁材料是一类具有较高残留磁感应强度和较高磁能积的磁性材料。
其应用领域广泛，涉及到电力工业、电子工业、通讯工业、汽车工业等多个行业。
以下将介绍硬磁材料的应用及其原理。
1.电机和发电机：硬磁材料用于制造电机和发电机中的永磁体。
这些永磁体能够提供稳定的磁场，使电机和发电机具有高效率和高功率密度的特点。
2.磁存储设备：硬磁材料主要用于制造磁盘驱动器中的读写头。
这些读写头能够在磁盘上定位和读取信息，以实现数据的存储和检索。
3.磁性传感器：硬磁材料用于制造磁性传感器，如磁阻式传感器和霍尔元件。
这些传感器能够测量磁场的大小和方向，并将其转化为电信号进行处理和分析。
4.磁力传动和磁力控制系统：硬磁材料用于制造磁力传动和磁力控制系统中的永磁体。
这些永磁体能够提供强大的磁场，用于传递和控制力量，实现机械系统的运动和定位。
5.磁性材料制品：硬磁材料经过加工和制造可以制成各种形状和规格的磁性制品，如磁头、磁条、磁钢等，用于各种应用场景，如磁卡、磁吸附等。
硬磁材料通过合适的材料配方和加工工艺，使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力。
磁化过程中，硬磁材料富含的磁畴会经历磁畴旋转，从初始状态的无序排列到排列有序的最终状态。
在外加磁场的作用下，磁畴会逐渐转向与外磁场方向对齐，并最终转为与外磁场完全平行的方向，实现磁化。
总结：硬磁材料具有广泛的应用领域，如电机和发电机、磁存储设备、磁性传感器、磁力传动和磁力控制系统，以及磁性材料制品等。
其特殊的晶体结构和磁畴结构使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力的特点，实现了长时间的磁化状态和较长的记忆能力。
这些特性使得硬磁材料成为很多工业领域中不可或缺的重要材料。
磁性材料原理
磁性材料原理磁性材料是一类在磁场中具有特殊性质的材料。
它们在工业生产和科学研究中起着重要的作用。
本文将介绍磁性材料的原理及其应用。
一、磁性材料的概述磁性材料是指在外加磁场作用下，能够产生磁化现象的材料。
它们包括铁、钢、镍、钴等物质。
磁性材料有两种基本类型：铁磁性材料和非铁磁性材料。
铁磁性材料具有强烈的磁性，如铁、镍和钴等。
它们在强磁场中可以被永久磁化，形成磁体。
非铁磁性材料则具有较弱的磁性，它们一般不会被永久磁化。
二、磁性材料的原理1. 原子磁偶极矩磁性材料具有原子磁偶极矩。
原子内电子所带的自旋和轨道角动量导致了原子磁矩的形成。
在一个磁场中，这些原子磁矩会互相作用，从而形成磁性。
2. 域结构磁性材料中存在着不同的磁畴，每个磁畴具有自己的磁化方向。
在无外加磁场的情况下，这些磁畴的磁化方向是杂乱无序的。
当外加磁场作用于材料时，磁畴会逐渐重新排列，使整个材料形成统一的磁化方向。
3. 局域场和磁畴壁在磁性材料中，每个磁畴内的磁化强度是均匀的，但不同磁畴之间的磁化强度存在差异。
这种差异由局域场引起。
磁畴之间的过渡区域称为磁畴壁，磁畴壁上的磁化方向逐渐变化，使得整个材料的磁化过渡更加平滑。
三、磁性材料的应用1. 电磁设备磁性材料广泛应用于电磁设备中。
例如，铁磁性材料可以用于制造电动机、电磁铁和变压器等设备。
非铁磁性材料则用于制造电感器和传感器。
2. 数据存储磁性材料在数据存储领域有着重要的应用。
磁性材料通过改变磁化方向来储存和读取信息。
硬盘驱动器和磁带等设备都是基于磁性材料的数据存储原理。
3. 医疗应用磁性材料在医疗领域有广泛的应用。
例如，磁共振成像（MRI）利用磁性材料的特性来观察人体内部结构。
磁性材料也可以用于制造人工关节和植入式医疗器械。
4. 环境保护磁性材料在环境保护中的应用也越来越多。
例如，利用磁性材料可以制造高效的垃圾处理设备，帮助减少废物产生和环境污染。
四、磁性材料的发展前景随着科学技术的不断发展，磁性材料的应用领域将会不断扩大。
磁功能材料的原理和应用
磁功能材料的原理和应用1. 磁功能材料的基本原理磁功能材料是一类具有磁性能的材料，其磁性能来源于其原子、离子或电子的磁性相互作用。
磁功能材料可以根据其磁性质的不同分为软磁性材料和硬磁性材料两大类。
1.1 软磁性材料软磁性材料具有较高的磁导率和较低的矫顽力，主要用于制造电感器、变压器、电机等电磁器件。
其主要原理如下： - 磁导率高：软磁性材料的原子或离子具有较高的磁化率，可以快速响应外界磁场的变化。
- 矫顽力低：软磁性材料的矫顽力较低，容易在外界磁场作用下发生磁化，从而产生磁场。
1.2 硬磁性材料硬磁性材料具有较高的矫顽力和磁能积，主要用于制造永磁体、传感器等磁性器件。
其主要原理如下： - 磁能积高：硬磁性材料的矫顽力和磁化强度较高，可以在外界磁场的作用下产生较强的磁场。
- 矫顽力高：硬磁性材料难以发生磁化，需要较大的外界磁场才能实现磁化，从而产生较强的磁场。
2. 磁功能材料的应用领域磁功能材料广泛应用于多个领域，下面列举了几个主要的应用领域。
2.1 电子器件磁功能材料在电子器件中的应用主要体现在以下几个方面： - 电感器：软磁性材料用于制造电感器，用于储存和释放磁能。
- 变压器：软磁性材料作为变压器的磁芯，用于调节电压和传输能量。
- 传感器：硬磁性材料用于制造磁传感器，例如磁力传感器、磁角度传感器等。
2.2 磁存储器件磁功能材料在磁存储器件中扮演重要角色，主要应用于磁盘和磁带等设备中。
具体应用包括： - 磁盘存储器：利用硬磁性材料作为磁盘的磁性介质，记录和读取数据。
- 磁带存储器：利用硬磁性材料作为磁带的磁性介质，存储大量数据。
2.3 磁制冷技术磁制冷是一种新型的制冷技术，利用磁性材料在磁场变化时发生磁热效应，实现制冷目的。
该技术主要应用于以下领域： - 制冷设备：利用磁制冷材料制造制冷设备，如制冷机、制冷箱等。
- 食品冷藏：利用磁制冷技术进行食品的冷藏和保鲜，提高食品的质量和保存时间。
铁磁性的原理与应用
铁磁性的原理与应用一、背景介绍铁磁性是物质在外磁场作用下表现出来的一种特性，其中铁磁性最为显著。
铁磁性是指物质在外磁场作用下可以产生自发磁化的现象，即通过调整自身内部的磁矩方向来与外磁场相互作用，从而形成一个新的磁性样貌。
铁磁性的原理和应用十分广泛，本文将从原理和应用两个方面进行介绍。
二、铁磁性的原理铁磁性的原理主要涉及到以下几个方面：1.原子磁矩：铁磁性物质由许多微小的磁性原子组成，每个原子都有一个自旋和轨道磁矩。
这些磁矩相互作用形成自发磁化。
2.磁畴：铁磁性物质内部的磁性原子聚集在一起形成磁畴，每个磁畴都有一个统一的磁矩方向。
在无外磁场作用下，磁畴的磁矩方向是随机的，呈无序状态。
而在外磁场作用下，磁畴的磁矩方向趋于统一，形成有序的磁性样貌。
3.居里温度：铁磁性物质中的自旋和轨道磁矩在一定温度下可以被热引起的热运动破坏，从而磁矩的方向变得随机。
这个临界温度称为居里温度，超过居里温度后，铁磁性物质不再呈现铁磁性。
三、铁磁性的应用铁磁性在许多领域有广泛的应用，下面列举了几个主要的应用领域：1.磁存储器：铁磁性材料的磁畴结构可以被外磁场重新调整，这使得它们在信息存储领域起到了重要的作用。
铁磁性材料被广泛应用于硬盘驱动器、磁带、闪存等存储设备。
2.电动机和发电机：铁磁性材料可以产生强大的磁场，因此在电动机和发电机的制造过程中广泛使用。
铁磁性材料的磁场可以与电流相互作用，从而产生转矩和电能转换。
3.传感器：铁磁性材料的磁性特性使其在传感器领域有重要的应用。
例如，磁传感器可以基于铁磁性材料的磁场变化来检测位置、速度和方向等参数。
4.磁制冷：铁磁性材料在外磁场作用下可以通过磁热效应实现制冷。
这种磁制冷技术被广泛应用于低温制冷、航空航天等领域。
5.磁力催化剂：铁磁性材料在有机合成反应中可以作为磁力分离催化剂使用。
通过磁力分离可以简化分离和回收的过程，提高反应效率。
四、总结铁磁性作为一种特殊的磁性现象，其原理和应用都具有重要的意义。
磁性材料的用途及原理
磁性材料的用途及原理
磁性材料是一类具有磁性的材料，其主要由铁、钴、镍等金属或者铁氧体、钕铁硼等复合材料组成。
磁性材料在现代社会中广泛应用于许多领域，包括以下几个方面的用途。
1. 电子技术和电气工程：磁性材料广泛应用于电感、电机、变压器等电子和电气设备中。
原理是利用磁性材料的磁场吸引和排斥的特性，实现电能的传递和转换。
2. 计算机和通信设备：磁性材料用于制造磁盘驱动器、硬盘等存储设备，通过磁性材料上的磁性信息的读写，存储和检索大量的数据。
3. 医疗设备和生物技术：磁性材料在医学成像领域，如磁共振成像（MRI）和磁性共振成像（MRS）中起着重要作用。
此外，磁性材料还用于制造磁性纳米颗粒，用于药物传递、磁性治疗等生物技术应用。
4. 汽车工业：磁性材料用于汽车制动系统、电动汽车驱动系统等。
磁性材料的原理是通过磁力产生摩擦力或者转动力，实现汽车的制动和驱动。
5. 磁存储介质：磁性材料被广泛用于制造磁带、软磁盘等磁存储介质，通过磁性材料上磁留信息的记录和读写实现数据的存储和检索。
磁性材料工作原理主要有两个方面。
一方面，磁性材料通常由微小的磁性颗粒组成，这些颗粒具有自旋磁矩，能够产生磁场。
磁性材料在外部磁场作用下，这些磁矩会被排列成一定的方向，从而形成强磁性。
另一方面，磁性材料还具有磁导性，其内部的电子可以自由运动，并且可以对外界的磁场作出响应。
这种响应主要表现为磁性材料对磁场的吸引和排斥的行为。
磁铁的应用有哪些以及原理
磁铁的应用有哪些以及原理磁铁的原理磁铁是一种能够产生磁场的物体。
它的原理基于电流通过导线产生磁场的现象。
根据安培环路定理，通过一个闭合电路的电流能够产生磁场。
磁铁中有大量的微观小磁矩（原子或分子上的微小磁性），当这些微观小磁矩被排列在一个共同的方向上时，就会形成一个磁铁。
磁铁的磁场是由这些微观小磁矩的磁场相互作用形成的。
磁铁的应用磁铁被广泛应用于许多领域中，包括电力工业、电子技术、医学、通信、交通等。
以下是磁铁的一些主要应用：1.磁性材料：磁铁常用于制造磁性材料，如磁钢、磁性合金等。
这些磁性材料在电机、发电机、电动设备等中起到关键作用。
2.电动机和发电机：电动机和发电机都是利用磁铁产生的磁场与电流相互作用的原理来运转的。
磁铁的磁场可以产生转矩，从而实现电动机的机械转动。
而在发电机中，通过旋转导线圈来改变磁通量，从而产生电流。
3.磁共振成像：磁共振成像（MRI）利用磁铁产生的磁场和人体中的磁性物质相互作用的原理，通过对磁场的探测和分析，生成人体内部的影像。
4.实验和教学：磁铁被广泛应用于实验和教学中。
通过实验可以展示磁铁的各种性质和应用，帮助学生更好地理解磁铁的原理和应用。
5.磁性储存：磁铁在计算机和磁带等储存设备中被用于数据的存储和读取。
磁铁可以改变磁性材料的磁信息，从而实现数据存储和检索。
6.电磁铁：电磁铁是一种可以通过通电和断电来控制磁场强度和方向的装置。
它在自动门、电磁吸盘等应用中起到关键作用。
7.声音放大：磁铁可以用于高保真音响系统中，通过通过电流经过磁铁产生的磁场和音频信号相互作用来放大声音。
总结磁铁作为一种能够产生磁场的物体，在许多领域中有广泛的应用。
它的原理基于电流通过导线产生磁场的现象。
磁铁的应用领域包括制造磁性材料、电动机和发电机、磁共振成像、实验和教学、磁性储存、电磁铁以及声音放大等。
通过了解磁铁的原理和应用，我们可以更好地理解和应用这一重要的物理现象。
磁性材料的性质及其应用
磁性材料的性质及其应用磁性材料是指具有磁化能力的材料，包括铁、镍、钴等金属，以及铁氧体、永磁体等无机化合物和铁磁性合金等有机化合物。
在电子技术、电力、通信、机械制造等领域都有广泛的应用。
一、磁性材料的性质磁性材料的主要性质是磁场强度、矫顽力、铁磁性和磁损耗。
磁场强度是指磁体在磁场中所受到的力量大小，矫顽力是指在外界磁场作用下使材料磁化时需要的最小磁场强度。
铁磁性是指物质在磁场下呈现出的磁性行为，分为顺磁性和抗磁性。
磁损耗是指材料在磁场作用下发生的热损耗和能耗。
二、磁性材料的应用1. 电子技术领域磁性材料在电子技术领域中应用广泛，如电动机、发电机、变压器、磁带等等。
电动机中常用的磁性材料为永磁体材料，常用于制作马达定子和转子。
而变压器中的铁芯材料则是铁氧体材料，其特点是饱和磁通密度高、矫顽力小、磁导率高、磁损耗小等特性；还有磁带的制作中，铁磁合金是其关键材料。
2. 电力领域磁性材料在电力领域中也有广泛应用，如变压器、电感器等。
在变压器中，铁芯材料是铁氧体和硅钢片，电感器中则使用铁氧体和永磁体等磁性材料制成。
3. 通信领域在通信领域中，磁性材料主要用于制造与磁性元件有关的电子器件，如声控磁头、磁卡等等。
其中，磁控磁头的感应原理是基于在外磁场的作用下，磁头中的磁性材料发生磁化，从而检测或记录磁信号。
4. 机械制造领域在机械制造领域中，磁性材料主要用于制造磁性元件和磁性工具，如磁性夹具、磁性钻床等等。
如磁性夹具是在磁性材料的作用下通过磁力吸附和保持工件，实现高效的定位和加工，是现代数控加工、精密加工中常用的工具设备。
总之，磁性材料拥有独特的物理性质，具有广泛的应用前景，可广泛应用在电子技术、电力、通信、机械制造等领域。
在未来的发展中，我们有理由相信，随着先进材料技术的不断革新和创新，磁性材料的应用前景也将更加广阔。
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磁性的起源和常见磁性材料应用陈阳，王皓，徐航，信跃龙磁性，在很久以前就引起了人们的兴趣。
早在3000多年前，中国人就发现了自然界中存在一种磁石，它们可以相互吸引或吸引铁石。
人们以丰富地想象力将此现象比喻为母亲慈爱地对待幼儿，《吕氏春秋·季秋记》中就有“慈石召铁，或引之也”的记述。
现今汉语中的“磁”字就来源于当时的“慈”。
中国古代的四大发明之一的指南针就是中国古代人民很早就开始利用磁性的实例。
我们知道，所谓磁石其实也就是铁矿石（一般为磁铁矿Fe3O4）。
我们也知道，铁会被磁铁吸引而且会被磁铁磁化。
那么，它们为什么会有磁性或会被磁化？磁性到底是怎样产生的呢？为了解释物质的宏观磁性的性质，我们从原子着手来考察一下磁性的来源。
一、磁性的起源“结构决定性质”。
磁性当然也是由物质原子内部结构决定的。
原子结构与磁性的关系可以归纳为：（1） 原子的磁性来源于电子的自旋和轨道运动；（2） 原子内具有未被填满的电子是材料具有磁性的必要条件；（3） 电子的“交换作用”是原子具有磁性的根本原因。
1.电子磁矩的产生原子磁性是磁性材料的基础，而原子磁性来源于电子磁矩。
电子的运动是产生电子磁矩的根源，电子有绕原子核旋转的运动和自身旋转的运动，因此电子磁矩也是由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩两部分组成的。
按照波尔的原子轨道理论，原子内的电子是围绕着原子核在一定轨道上运动的。
电子沿轨道的运动，相当于一个圆电流，相应得就会产生轨道磁矩。
原子中的电子轨道磁矩平面可以取不同方向，但是在定向的磁场中，电子轨道只能去一定的几个方向，也就是说轨道的方向是量子化的。
由电子电荷的自旋所产生的磁矩就称为电子自旋磁矩。
在外磁场作用下，自旋磁矩只可能与轨道磁矩平行或反平行。
很多磁性材料中，电子自旋磁矩要比电子轨道磁矩大。
这是因为在晶体中，电子的轨道磁矩要受晶格场的作用，它的方向是改变的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁矩。
这也即一般所谓的轨道动量矩和轨道磁矩的“猝灭”或“冻结”。
所以很多固态物质的磁性主要不是由电子轨道磁矩引起的，而来源于电子自旋磁矩。
当然这里还会有原子核的自旋磁矩，但一般都比电子自旋磁矩小得多（相差三个数量级），因此可以忽略不计了。
2.原子的磁矩在原子中，由泡利不相容原理，原子中不可能有两个电子处于同一状态。
又一个轨道中最多容纳两个电子，所以当一个轨道被电子填满，其中的电子对必然自旋相反，那么它们的电子自旋磁矩会互相抵消。
要想让原子对外形成磁矩，则必须有未被填满的电子轨道。
当然从实例中我们很容易可以看出，这只是一个必要条件。
像Cu、Cr、V和大量镧系金属都有未被电子填满的轨道，但它们都不会显示出磁性（具体指铁磁性）。
3.磁性分类在讨论电子的交换作用前，我们还是先来看一下物质的宏观磁性的表现。
按照原子磁矩的作用互相叠加后在宏观上所表现出磁性的不同，磁性材料可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。
1）抗磁性抗磁性是指没有磁场作用时，电子壳层被充满的原子的磁矩等于零，或者有些分子的总磁矩为零，不表现宏观磁性。
但在磁场作用下，电子的轨道运动将产生一个附加运动，出现一个与外磁场方向相反但数值很小的感应磁矩。
这种现象就被称为抗磁性。
像Na+、K+、Ca2+、F-、Cl-等都是常见的抗磁性物质。
2）顺磁性顺磁性是指原子都有未被抵消的磁矩，原子具有总磁矩，但是由于原子磁矩方向是混乱的，对外作用互相抵消，也不表现为宏观磁性。
但在外加磁场的作用下，每个原子磁矩处于顺着外加磁场的时间较多，而处于与外磁场方相反的时间较少，宏观上能显示出极弱的磁性，事实上，这样物质也就磁化了。
实验表明，温度越高，顺磁性物质的磁化率就越低。
这是因为热运动破坏了原子磁矩的规则取向，温度越高，原子的热运动能量越大，要使原子磁性转向外加磁场越难，于是磁化率就越低。
3）铁磁性铁磁性是指临近原子由于互相作用，在加上外磁场时，能使磁矩趋向于外磁场方向而整齐排列的现象。
一般铁磁性物质即使在较弱的磁场内也可得到很高的磁化强度；在外磁场移去后，仍可保留较强磁性。
为什么铁磁性物质能够在很弱的磁场下磁化达到饱和呢？这是因为这些物质内部的原子磁矩，在没有外加磁场的作用下，已经以某种方式整齐排列达到一定程度的磁化，也就是一般所谓的自发磁化。
这种自发磁化是分为小区域的，在每一个小区域中，原子磁矩按同一方向平行排列。
这些小区域就被称为磁畴。
在物质内部各个磁畴的自发磁化取向是各不相同的，对外效果互相抵消，所以整个物质对外仍不呈现出磁性。
也即相当于铁磁性物质是由一个个小的“磁铁”按不规则的方式组成的，在统计规律下对外没有磁性，但当有一个外力（外磁场）将每个“小磁铁”的极性摆到相同的方向，即对外表现出强磁性。
铁磁性物质内部所存在的磁畴得自发磁化是铁磁性的重要原因。
这就可以解释为何“原子内具有未被填满的电子”只是物质具有磁性的必要条件了。
我们平时所说的磁性其实在严格意义上将应该是铁磁性。
因此像Mn、Cr等元素，内部虽然也有原子磁矩却不具有磁性(铁磁性)。
4）反铁磁性反铁磁性是指在磁场的作用下，邻近相同原子或离子的相互作用，使电子自旋各作反向平行排列，磁矩相互抵消，在宏观上类似于顺磁性而并不显示磁性。
5）亚铁磁性亚铁磁性实质上是两种次晶格上的反向磁矩为完全抵消的反铁磁性。
它与铁磁性相同之处在于具有强磁性，和铁磁性的不同之处在于其磁性来自于两种方向相反、大小不等的磁矩之差。
目前研究较多的铁氧体（由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物）都属于亚铁磁性物质。
亚铁磁性与反铁磁性有着密切得关系，从一种已知的反铁磁性结构出发，经过元素的置换，可以配置成一种保持原来磁性结构的平行排列，但两组次晶格的磁矩又不相等的亚铁磁性材料。
铁磁性材料和亚铁磁性材料统称为强磁性材料，是磁性材料的主要发展方向。
4.交换作用接下来我们就来看一看电子的交换作用是怎样影响电子自旋磁矩以致影响物质宏观磁性的。
原子间的交换作用，一般是指由邻近原子的电子相互交换位置所引起的静电作用。
具体来说，当两个原子临近时，除考虑电子1在核1周围运动，以及电子2在核2 周围运动外，由于电子是不可区分的，还必须考虑两个电子交换位置的可能性，以至于电子1出现在核2周围运动，电子2出现在核1周围运动。
例如，氢原子中这种电子互相交换位置时以约1018次·s-1的频率进行的。
由这种交换作用所产生的能量变化就叫做交换能,记作E ex。
一般的，原子结合后的能量可表示为E=E0+E’=E0+(C+A)式中E O为各原子基态时的总能量；C为由原子核和电子之间的静电库仑作用而新增加的能量；A为交换电子后新增加的能量，一般称为交换能常数。
A决定于近邻原子未充满的电子壳层互相接近的程度，它是一项衡量交换作用大小的能量。
实验证明，氢分子两个电子交换作用所引起的能量变化（即交换能E ex）可近似地按下式表示：E ex=ΔE=-2AS a S b cosφ式中S a、S b为两个电子的自旋量子数表示。
φ为两个电子的自旋磁矩方向之间的夹角；φ可能的变化范围是0o到180o。
以上式子虽然是由只有一个电子的氢原子之间的交换作用所得出的，但是对多电子的原子的交换作用的定性分析有普遍意义。
从中进一步分析可知：1）当A>0时，若φ=180o，cosφ=-1,表明两个电子的自旋磁矩方向相反，也就是说电子的自旋磁矩按反平行排列，E ex(180)=+2AS a S b；若φ=0o, 表明两个电子的自旋磁矩的方向相同、电子的自旋磁矩按平行排列；E ex(0)=-2AS a S b。
又若0o<φ<180o，则两个电子的自旋方向既不相同也不相反，而是有一个夹角φ，它的交换能E ex也介乎两者之间，即E ex(0)< E ex < E ex(180)。
根据能量最小才是最稳定状态的基本定律来分析，不难看出，只有当φ=0o时系统得能量最小，此时系统才处于最稳定状态。
相邻两个电子的自旋磁矩的方向相同，电子自旋磁矩就一定按平行排列，这就产生里自发磁化，也就是物质铁磁性的由来。
2）当A<0时，只有φ=180o整个系统得能量才最小，也就是说电子自旋的方向是按反平行排列的，是反铁磁性。
3）当|A|很小时，这两个相邻原子的交换作用很弱，交换能E ex 很小，φ在90o附近时能量都很低，因此磁矩的方向是混乱的，所以物质是顺磁性。
综上所述，物质磁性的具体性质取决于A，也即取决于近邻原子未充满的电子壳层互相接近的程度。
所以物质的磁性是由原子内电子排布和物质晶体结构共同决定的。
磁性的特点使得目前磁性材料对于高新技术的发展变得非常重要，是高科技发展的一个重要支柱。
同时它也是现代科技中开发研究较活跃的领域。
由于磁性材料早当前信息社会的突出作用，一个国家的磁性材料能反映其技术发展水平，对这种材料的需求量能反映一个国家的经济状况和平均生活水平。
接下来我们就对日常生活中常见的磁性材料进行一些简述。
二、常见磁性材料应用磁性材料这个名词主要指的是铁磁性和亚铁磁性材料。
根据它们的磁性分布可以分为硬磁（永磁）材料、半硬磁材料和软磁材料。
1）软磁性材料软磁性材料是指交容易磁化和去磁的材料，通常具有亚铁磁性。
它具有一些特殊的性质：（1）通过外磁场的磁化，能够具有的最大磁感应强度较高；（2）处于一定磁场强度的外磁场磁化下，软磁性材料自身能具有较高的磁感应强度；（3）软磁性材料磁畴移动的阻力较小。
正因为如此软磁性材料普遍运用于通讯、广播、电视、仪表以及近代电子技术中，常见的为用作发电机和配电变压器铁芯。
因为在这些领域中需要磁性材料对外磁场的变化有高灵敏性反应，如果材料很难被磁化或者磁化后磁性很难出去，则根本不能胜任这些领域给他们的任务。
而软铁磁性材料则正好符合这样的要求。
因此，软铁磁性材料是发展较早、品种最多、产量最多、应用最广泛的磁性材料。
2）硬磁性材料硬磁性材料又被称为永磁体，这是因为它经磁化后人能保持较强的磁性，且可以向给定的空间长期提供一个不再消耗电能的恒定磁场，正常是铁磁性物质。
硬磁性材料被大量应用于电动机、发电机、扬声器、轴承、紧固件和传动装置。
硬磁性材料的永磁铁性正是这些领域所需要的，像电动机和发电机都需要一个有恒定磁场的磁体来工作，那么永磁铁就正好符合要求，而且获得磁性不需消耗电能。
但是由于硬磁性材料的可变性较低，使它具有较高的稳定性的同时，也限制了它的使用范围。
3）半硬磁材料半硬磁材料的性能介于软磁材料和硬磁材料之间。
它的特点是在小于一定的外部干扰磁场下具有稳定的剩余磁感应强度（类似硬磁性材料），但在大于一定的反向磁场的条件下有易于改变磁化方向（类似软磁性材料）。
所以半硬磁材料是一种用作动态使用的材料，而自当今趋于智能化的社会中，动态使用的情况日益增多，因此有很好的发展前景。