所有磁性科學(xué)的基礎(chǔ)都始于鐵。它存在于設(shè)計(jì)和制造的大多數(shù)永磁和軟磁材料中。它在自然界中含量豐富，數(shù)量排名第四，質(zhì)量排名第一;使其相對(duì)便宜。人類有數(shù)千年使用鐵的經(jīng)驗(yàn)。由于它的強(qiáng)度、豐富度和低熔點(diǎn)，它易于提取、鍛造和維護(hù)。如果沒有保護(hù)層(例如電鍍)，鐵會(huì)與氧和氫(空氣、水和其他分子)結(jié)合并產(chǎn)生銹蝕 [FeO(OH), Fe(OH)3]。

鐵是鐵磁性的;最強(qiáng)的磁性類型，因鐵的磁性而以鐵(拉丁語(yǔ)中的ferrum)命名。這是 2000 多年前通過對(duì)自然界中發(fā)現(xiàn)的一種叫做磁石(它是 Fe3O4.一種在某些巖石中發(fā)現(xiàn)的稱為磁鐵礦的氧化鐵的穩(wěn)定版本)的研究發(fā)現(xiàn)的，這導(dǎo)致了我們今天在物理學(xué)中對(duì)磁性的研究。在磁石中引起鐵磁性的鐵是磁性的，因?yàn)樵颖旧砭哂小按啪亍?與施加的磁場(chǎng)相互作用以產(chǎn)生機(jī)械力矩的原子或分子的特性(當(dāng)存在磁場(chǎng)時(shí)它會(huì)移動(dòng))。

這種永磁矩在大多數(shù)元素中不存在，它來(lái)自于它們的電子的自旋和位置(每個(gè)原子至少包含一個(gè)中子、質(zhì)子和電子)。原子中的電子圍繞中子和質(zhì)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)它們旋轉(zhuǎn)。這個(gè)移動(dòng)的電子(包含已知的負(fù)電荷)在圍繞原子核移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)(所有移動(dòng)的電荷都會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，這不僅適用于具有磁矩的原子)。如果該場(chǎng)沒有與其他電子和移動(dòng)電荷正確平衡，則可以測(cè)量?jī)舸艌?chǎng)。鐵具有永久磁矩，這意味著由于移動(dòng)的電子配置(軌道和自旋)，原子本身是一個(gè)微小的電磁體。

當(dāng)堆疊在一個(gè)分子中(例如多個(gè)鐵原子、鋼或磁鐵)時(shí)，不同原子的原子間力必須保持許多原子的磁矩相互平行。如果其他帶有鐵的原子具有朝向另一個(gè)方向的永久磁矩或干擾鐵的磁矩，則末端分子可能不是鐵磁性的(例如，300系列不銹鋼大多是非磁性的或順磁性的)。請(qǐng)參閱下面的圖 1.以了解保持磁矩未對(duì)齊(左)的粒子相互抵消彼此的磁矩并對(duì)齊(右)將它們的磁矩相加的原子間力的示例。帶來(lái)，即使是一大塊鐵，升高到一定的溫度會(huì)導(dǎo)致原子間鍵的作用不同(鐵原子的磁矩會(huì)突然朝向不同的方向并相互抵消)。該溫度稱為居里溫度。

這是一個(gè)顯示磁矩位置的圖表，而未對(duì)齊和原子間平行。鐵是磁性研究中必不可少的元素，存在于大多數(shù)磁性材料中，包括永久磁性材料和軟磁性材料。它價(jià)格便宜，易于操作，并且使用正確的相應(yīng)原子可以幫助制造我們今天擁有的強(qiáng)永磁材料。