说“磁”
2007-03-30 19:13:38
来源：《国际电子变压器》2007年3月刊
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一、历史渊源
两千多年前，我国劳动人民首先发现磁的现象，并且加以应用，因此，中国是磁的祖国。
自然界存在的具有一定永磁性能的强磁体（磁石）主要是磁铁矿（Fe3O4，即FeFe2O4，也就是原始的铁氧体），此外还有磁黄铁矿（FeS1+x），磁赤铁矿（γ-Fe2O3）和钛磁铁矿（FeO-TiO2-Fe2O3）等天然矿石。我国关于磁石的记载最早见于《管子·地数篇》：“伯高对曰：上有丹硃者，下有黄金。上有慈（磁）石者，下有铜金。”，管子是齐国宰相管仲等的著作，管仲辅佐齐桓公称霸，重视农业生产和发展军事力量，设立盐官和铁官，慈（磁石）石和几种矿石（金属）并列，可见当时冶金术已相当发达，管仲卒于公元前645年，历代流传的“火牛阵”的故事就是管仲、乐毅的军事杰作。稍后，公元前四世纪《鬼谷子》记有：“若磁石之取鍼（针）。”，公元前239年，《吕氏春秋·精通篇》也记有：“慈石招铁，或引之也。”。王充的《论衡·乱龙篇》“顿牟缀芥，磁石引针。”则于公元82或83年问世。西方有磁石吸引铁的最早记载都迟于管仲时代。
公元前四世纪，战国末期古中国人不但知道磁石有吸铁、指南的特性，而且还利用天然磁石造出了原始的指南工具——司南（图一）。司南的外形像勺子，它的下面是一个平滑的铜盘，盘上刻有24个方位，勺子可以在盘上自由转动，勺柄的一头常指南，另一头则指北。
在公元1044年，我国北宋的军事著作《武经总要》中，还较详细的记载了指南鱼的制法：
“若遇天阴噎霾，夜色冥黑，又不能辨方向。则当纵老马前行，令识道路，或出指南车及指南鱼，以辨所向。指南车世法不传。鱼法以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁铃铃鱼首出火，以尾正对子位（北），蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于无风处，平面鱼在水平令浮，其首常南向午也。”
现在看来，指南鱼的制法是颇为符合科学原理的：用铁片（叶）加热到通赤（红）再进行淬火处理，可以形成矫顽力较高，永磁性较好的马氏体；剪成长条而首尾尖锐的鱼形，不但指向性好，而且减小了磁体的退磁因数，有利于使用和保留磁性；以尾对子（北）位，是使得铁（鱼）片首尾在南北（地磁场）方向淬冷磁化，可以获得较高的热剩余磁性；“铃鱼首出火……没尾数分则止”，使铁片朝北下倾，使其更接近地磁场方向，不但加强了磁化磁场的强度，（例如南京的磁倾角为50°，则地磁场总强度比其水平分量增加约55％），而且表明已在实践中懂得利用磁倾角的现象；“以密器收之”的意义不甚清楚，从后来制罗盘的作坊情况推测，密器可能是天然磁石，使铁片再磁化以增强磁性，并形成封闭磁路保存，以免退磁。
1086年，北宋科学家沈括的《梦溪笔谈》是世界上最早描述指南针的著作，书中讲述了人工制造磁针的方法，这在科学上是个很大的进步。书中同时还介绍了指南针（磁针）的四种使用方法：1.搁在指甲上；2.磁针横穿灯芯草浮在水面上； 3.用茧丝粘在针中部；4.放在碗边上，挂在没有风的地方（图二）。从这里可以看出，当时的磁针和现代磁针的形状已经非常接近。
在西方，公元1200年Guyo才用天然磁石摩擦磁化铁针来作指南针，公元1600年英国Gilbert的著作才记载了当时三种磁化方法：天然磁石摩擦法，红热铁棒在地磁场方向冷却磁化和在地磁场方向锤锻铁棒磁化法。较我国迟了1到5个世纪。
我国航海事业的兴起是比较早的。公元3世纪我国就有七桅船，而欧洲15世纪才用三桅船。我国不但在世界上最早发明了指南针，而且也最早把指南针应用于航海。在公元1119年，朱彧在《萍洲可谈》中记述公元1099年～1102年间的事说：“舟师识地理，夜则观星，昼则关日，阴晦观指南针。”指南针在航海上的应用，又促进了本身的发展，进而创造了把指南针和罗盘结合在一起的罗盘针。
我国过去航海圆周的划分，始终沿用司南地盘中24等分的方法，即包括四卦（乾、坤、艮、巽），八干（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸），十二支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）见图三。现代航海罗经把方位盘划分为360°和32点实质上讲它们的功效都是一样的。宋代我国远洋海运事业逐渐发展，大型船舶活跃于南海和印度洋上，有时往返于南海和波斯湾之间，阿拉伯人从我国学到指南针技术以后，通过他们传到国外。正如恩格斯所说：“磁针从阿拉伯人传到欧洲人手中，1180年左右”。
西方关于指南针用于航海的记载有：公元12世纪英国人F·Neckam（公元1157～1217年）在航海时使用罗盘；公元1269年法国人P·Perigrinus曾改良航海罗盘，加上360°刻度。一般科学史多记述中国古代三大发明（指南针、火药、印刷术）是经过阿拉伯人传到欧洲的。
磁石吸铁的现象被皇家宫廷用作检查入宫兵器，这就是磁传感器的最早应用。
中国医药学是一个伟大的宝库，它是数千年来我国人民丰富的经验总结。古代磁石在医药学上的应用包括外科敷剂、内服和养生等方面都有详实记载：
“慈石味辛寒，主周痹风湿，肢节中痛，不可持物，洗洗酸痟。除大热烦满及耳聋。一名玄石。” 《神农本草本经》（约公元2世纪）
“齐王侍医遂病，自炼五石服之。”《史记·扁鹊仓公传》（约公元前90年）（五石即慈石、丹沙、雄黄、钒石和曾青）
“（慈石治病为）养肾藏，强骨气，益精除烦，通关节，消痈肿，鼠瘘，颈核，喉痛，小儿惊痫。炼水饮之，亦令人有子”（南北朝，陶弘景《名医别录》公元510年）
“益眼者，无如慈石。以为盆枕，可老而不昏”（《格致镜源·坤舆类》引《丰宁传》）
在西方，著《De Magnete》（1600年）的Gilbert就是英国女王的御医。欧洲在17和18世纪也有在医药上采用磁石的记载。现代利用磁场、磁技术和强磁体等治病、作手术、诊断和控制公害等的应用就更是不胜枚举了。
总之，磁和指南针的发明与应用，体现了我国古人的聪明才智，更证明了中国是磁的祖国。
二、名称由来
我国古代对磁石和磁现象的描述不是用‘磁’字，而是用‘慈’。我国很早的‘字典’《说文解字》（公元1-2世纪，东汉许慎著）中就无磁字，秦汉典籍中都用慈字。到了南北朝的《玉篇》（公元6世纪）中作礠字，唐朝的《广韻》（公元7世纪）中才作磁字，沿用至今。磁石的得名，历代解释是这样的：
“石铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也。”（东汉高诱《慈石注》）
“慈石吸铁，母子相恋也。”（晋郭璞《慈石讃》）
“慈石，毛铁之母也。取铁，如母之招子焉。”（唐陈藏器《本草拾遗》）
“磁，慈也，有铁处则生。吸铁针铁物，若慈母恋婴儿也”（清陈元龙《格致镜源》）
西方称磁石为magnet（现代英语），magnete（中古英语），
aimant（法语），magnete-magnes（中古法语，拉丁语）
iman（西班牙语），Magnet（德语）
Magnes，Magnetis（希腊语，用拉丁字母拼音）
ΜAГΗИΤ（俄语），magneto（世界语）
这些名称的来源，传说是天然磁石最早发现于小亚细亚的古城Magnesia，另一种说法是小亚细亚的牧羊人Magnes在山上放羊时，鞋钉和牧羊铲被山石吸引而发现了天然磁石，这种矿石就是磁铁矿，主要成份是Fe3O4，也就是一种最简单的天然铁铁氧体。而我国河北省的磁县（古时曾称为慈州和磁州）就是因为盛产天然磁石而得名，宋朝时就有了规模较大的炼铁业，在磁县附近的武安县境内，还有盛产天然磁石的磁山（古时称为慈石或礠山）。此外，在我国的本溪、铜陵、当涂、繁昌、黄石铁山、攀枝花等地蕴藏着很丰富的磁铁矿，历史上都留下了丰厚的典籍和记载。
所有的物质都具有磁性，若加上一定的外磁场，都会被磁化。依据物质磁化的强弱及性质，可分为五类：顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。其中顺磁性、抗磁性和反铁磁性属于弱磁性，而其它两种则属于强磁性。强磁性材料也称磁性功能材料，也就是磁性材料，若按电性来分，可分为金属磁性材料和非金属磁性材料，而非金属磁性材料通常就是指磁性氧化物——铁氧体材料。
铁氧体又称铁凎氧磁物、铁凎氧，50年代初还按音译为“肥粒铁”，按电特性也称为“磁性半导体”，按它由铁和其它一种或多种金属组成的复合氧化物看又称为“磁性氧化物”，按磁性来源于亚铁磁性也称为“亚铁磁体”，按分子化学组成MeFe2O4来看又称为亚铁酸盐。这种材料本质上是一种陶瓷物质，而且又具有磁性，顾名思义，又被称为“磁性瓷”，原文也如此：Magnetic Ceramics（英文），ΜAГΗИΤΗЫЕ КEPAMИКИ（俄文）。但现在已普遍译为“铁氧体”（Ferrite或ΦEРРИΤЫ），已无异议了。
三、材料分类
人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，而信息和能源都与材料科学的进步密切相关，所以，材料是人类社会发展的物质基础和先导，新材料则是人类社会进步的里程碑。磁性材料是一种用途十分广泛的基础功能材料，其应用己经渗透到了国计民生和国防军事领域的各个方面。要了解磁性材料，就必须掌握有关的基础知识。
任何物质都是由原子组成，而原子又是由原子核和绕核旋转的电子组成。电子在一定的轨道上旋转时会产生一个轨道磁矩，绕核公转的同时，电子也在自转，即产生一个自旋磁矩。所以，原子的电子结构，是物质磁性的基础。如果电子壳层中各个轨道上的位置都被电子占满，则轨道磁矩和电子自旋磁矩合成为零，这个壳层就没有净磁矩；如果电子壳层中有空位，它就会呈现出净磁矩。空位数目不同，净磁矩的大小也不同，因而物质就显现不同的磁性。按物质在外加磁场中被磁化的程度不同，可以明晰的划分为五个主要类别即：抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体。
抗磁体：某物质受到外磁场H作用后，电子轨道运动感生出与其相反的磁化强度M，即M＝χH，χ＜0，这种磁性称为抗磁性，这种磁化率χ为负值的物质称为抗磁性物质。它的磁化率绝对值也很小，一般为10-5数量级。
电子壳层完全填满的惰性气体是典型的抗磁体，还有许多有机化合物，若干金属（Bi、Zn、Ag、Mg等） 、非金属（Si、P、S等），这些物质的磁化曲线为一直线。
顺磁体：这种物质在受到外磁场H作用后，感生出与磁化场H同方向的磁化强度M，其磁化率χ＞0，但数值很小，仅显示微弱磁性，这种磁性称为顺磁性。具有顺磁性的物质称为顺磁体。它的磁化率χ室温下为10-3～10-6数量级。顺磁性物质很多，典型的有稀土金属和铁族元素的盐类等，多数顺磁物质的磁化率与温度T有密切关系，服从居里定律：χ＝C/T，这里C为居里常数，T为绝对温度，然而更多的顺磁物质服从更为复杂的居里——外斯定律，Tp为临界温度，称为顺磁居里温度。
铁磁体：铁磁体在一定温度以下，表现出磁化率很大，随着磁场的增强，而出现非线性关系，在磁场强度周期变化的磁化过程中，由于出现磁滞现象，而产生闭合的磁滞回线。铁磁体在很小的磁场作用下就能磁化到饱和，磁化率数值大到10～106数量级，其磁化强度M与外磁场H之间的关系是非线性的复杂函数关系，物质内部的原子磁矩是按区域自发平行取向的。以下几个纯元素晶体具有铁磁性，它们是3d的金属铁、钴、镍和4f的金属钆、铽、镝、钬、铒、铥，当铁磁性物质的温度高于临界温度Tp（居里温度）时，即转变成顺磁性，并服从居里外斯定律。
反铁磁体：当温度达到某个临界值TN以上时，这种物质与正常顺磁物质一样，服从居里一外斯定律，只是顺磁居里温度Tp常常小于零，而当温度小于临界温度TN时，这种物质的磁化率不是继续增大，反而降低，并逐渐趋于定值。所以这种物质在温度TN时磁化率具有极大值，这个临界温度称为奈尔温度，这种磁性称为反铁磁性。过渡族元素的盐类和化合物具有反铁磁性，为：MnO、Cr2O3、CoO等，它们不显宏观磁性，只有很强的外磁场下才显示出微弱磁性。
亚铁磁体：这种物质宏观磁性与铁磁性相同，仅仅是磁化率稍低一点，数量级约为100～103，但它们的内部结构却与反铁磁体相同。反铁磁体内部磁结构按次晶格自旋呈反向平行排列，每一次晶格磁矩大小相等，方向相反，正好抵消，不显宏观磁性。而亚铁磁体中相反排列的磁矩不等量，所以未完全抵消。因而在没有外加磁场时，一个晶胞中仍具有一定的合成磁矩。具有这种特性的物质称为亚铁磁体。
综上所述，物质的磁性由组成它的原子或离子种类及其合成磁矩以及相邻离子的相互排列所决定。抗磁性材料中的原子、离子或分子没有合成磁矩，这是因为所有的自旋磁矩和轨道磁矩正好抵消，只有通过外磁场才能感应出一个较弱的、与外磁场方向相反的磁矩；顺磁材料中的原子或离子在无磁场状态下已有磁矩，但它是无序的（图四a），在外磁场中，随着磁场强度的增加，磁矩总是沿着外磁场方向而增加；在铁磁材料中，所有离子的合成磁矩在较大的空间范围内有自发平行取向（图四b）；亚铁磁性材料中离子占有不同的次晶格，次晶格离子的磁矩有时在较大的空间范围内有平行取向，不同的次晶格上的离子磁矩可能反平行取向（图四c）；当材料内部反平行排列的磁矩正好互相抵消时，称此材料为反铁磁性材料（图四d），反铁磁性材料具有顺磁材料（μ≈1）的主要特性。热能对磁排列状态起破坏作用，当一定温度下热能达到一定强度时，则磁有序被破坏。对铁磁和亚铁磁材料而言，在“居里温度”时磁有序被破坏；对反铁磁材料而言，在“奈尔温度”时磁有序被破坏，在这种温度以上，材料变为顺磁性。
抗磁、顺磁、反铁磁三种是弱磁性，铁磁性和亚铁磁性是强磁性材料，它在现代技术和工业中发挥着极其重要的作用。强磁性材料按用途又可分为以下五类：
软磁材料：在较弱磁场下，易磁化也易退磁的材料，包括工业纯铁、硅钢片、铁镍等合金以及软磁铁氧体材料等。大量用于制造变压器磁心、发电机和电动机的定子和转子，继电器、电感器、扼流圈磁心、抗EMI及吸波器件、电磁铁、磁轭等等。
永磁材料：磁化后不易退磁而能长期保留磁性的材料。常用的有AIFe、AINico、FeCrCo、稀土钴、钕铁硼等金属永磁材料和铁氧体永磁材料。用于制造永磁电机、磁控管和行波管等电真空器件、磁电式仪表及电磁波吸收材料等。
矩磁材料：具有矩形磁滞回线的材料，主要用作记录和磁存储器，大量用作磁记录介质、磁头、电子计算机存储器中的记忆元件及自动控制装置中的控制元件。矩磁铁氧体也用于制造脉冲变压器磁心。
旋磁材料：具有旋磁特性的铁氧体材料，旋磁特性是指该材料在直流磁场和交变磁场的联合作用下，某方向上的交变磁感应，不但与同方向的交变磁场有关，而且与垂直方向的交变磁场有关，这种关系由一张量磁导率来实现，这种磁导率具有张量形式的性质，称为旋磁性，其根源在于磁矩M的进动。利用旋磁效应可以制造各种微波，毫米波器件，用于卫星和雷达技术中。
压磁材料：这种材料被磁化时，形状和尺寸会发生弹性变化。这种现象叫做磁致伸缩效应，所以又称磁致伸缩材料，常用作电声换能器，如超声波发生器、声纳探测等军事领域。
其中软磁材料包括金属软磁材料、铁氧体软磁材料和磁介质等。
金属软磁材料有电工纯铁、铁铝合金、铁镍合金、非晶态钴基、铁基、铁镍基软磁合金及非晶纳米晶等。
磁介质有羰基铁粉心以及铁粉心、铁铝、铁硅铝、铁镍钼磁粉心等。
铁氧体软磁材料有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体、锂锌铁氧体等。
铁氧体是氧化铁与另外的金属氧化物的化合物，是一种新型的非金属磁性材料。实际上所有在金属磁性材料中出现的磁现象在铁氧体中都能观察到。但是有两个基本不同点，一个是铁氧体的饱和磁化远远低于金属磁性材料；另一个则是铁氧体的电阻比金属高好几个数量级，所以，用于工频和低频高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率的磁心采用铁氧体。
铁氧体中也有顺磁性的，例如锌铁氧体（ZnFe2O4）；反铁磁性的，例如镧正铁氧体（La FeO3）。只有亚铁磁性的铁氧体才有实用意义，例如天然磁铁矿Fe3O4。同样铁氧体按用途分也有软、硬、矩、旋、压五种，而按晶体结构分，则为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型三种。软磁铁氧体是氧离子和金属离子组成的尖晶石结构氧化物，属面心立方晶系，其通式为MFe2O4。钡和锶等则组成磁铅石结构永磁铁氧体，属六角晶系，其通式为MFe12O19（或M0.6Fe2O3）。钇铁石榴石（YIG）等材料则为旋磁铁氧体，也属立方晶系，通式为3M2O3.5Fe2O3。
典型的尖晶石结构（如图五所示）。这是一种镁铝宝石（MgAl2O4）的晶体结构。其晶胞由8个分子组成，通式MFe2O4的金属M不限于一种金属，当M为一种时，叫单元铁氧体，M为两种以上时，叫复合铁氧体，M相当于二价金属离子Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn、Cd等。
8个分子组成的晶胞中共有56个离子，其中32个氧离子（O-2）占据所有面心位置，组成密堆积，8个金属离子（M+2）和16个铁离子（Fe+3）分布到四面体位置（A位）和8面体位置（B位）。所谓四面体位置就是4个氧离子（O-2）围成的四面体中间的空隙，八面体位置则是6个氧离子（O-2）围成的八面体中间的空隙（见图六）。8个二价金属离子M+2处在A位置而16个三价离子Fe+3处在八面体位置时叫正尖晶石，反之，若四面体位置被三价铁离子占有（Fe+3），其余三价和二价金属分布在八面体空位中，这种结构称为反尖晶石。实际上既不存在正型结构也不存在反型结构，而是一种由反型所标志的混合情况。例如锰铁氧体约80％是正型的，即所谓二价锰离子优先占有四面体空位，相反镍铁氧体约80％是反型的，二价镍离子优先占有八面体空位。工艺上，通过特别的温度处理能够变化反型度，同时改变其有关磁特性。铁氧体是根据铁磁性机理产生磁性的，由于Neel证实了这一理论，为此，他于1970年获得了诺贝尔奖金，按此理论，进入A位和B位的金属离子的磁化方向虽是各自反向的，但由于金属离子的种类和数目有差异，这种差异就是产生磁性的原理。
下面简述一下新材料“铁氧体”的历史。
虽然早在公元前700年中国就有了磁铁矿（Fe3O4）即铁铁氧体的磁性记载，但由于其饱和磁化强度仅为金属铁的四分之一，所以一直没能引起世人关注。直到两千多年后的1909年才第一次出现了人工合成的铁氧体。1932年和1933年日本的加藤和武井两人研制出Cuo·Fe2O3－ZnO·Fe2O3系铜锌复合铁氧体软磁材料和CoO·Fe2O3－FeO·Fe2O3系钴铁氧体永磁材料。第二次世界大战中直到战后，荷兰菲利普公司（Snoek）进行了各种尖晶石铁氧体的系统研究，直到1946年出现软磁铁氧体的商品生产，1950年初立方晶系软磁铁氧体（Ferroxcube）才进入商品化。1952年出现了磁铅石型钡铁氧体，1953～1954出现矩磁铁氧体，1956年出现了柘榴石型铁氧体并发现了平面型超高频铁氧体，此后又出现了钙钛石型铁氧体。1952年日本冈村敏彦发明了锰锌（Mn－Zn）铁氧体，从而为以后的铁氧体工业打下了基础。1953年到1960年先后在广播、电视和彩色电视偏转、行输出系统得到了广泛应用，于是铁氧体的产量迅猛增长。新中国第一篇锰锌铁氧体材料试验研究报告是付柏生、白琏如等先生在回国博士胡汉泉指导下于1956年完成的，历经三年的研究试制解决了载波频带所用Mn－Zn铁氧体磁心的制造工艺与技术，全文75页，全面论述了原料制造、生产工艺、磁性测量、理化分析、理论介绍和实际应用，直至今天，这篇报告仍有其历史和现实意义。当时付先生就职于铁道科学研究院，后调入国营798厂。1959年，我国第一届以铁氧体为主科的磁性材料及器件专业本科大学生在成都电讯工程学院毕业，他们在老一辈磁学专家指导下，我国铁氧体产业无论是教学、科研、工业化生产都呈现了欣欣向荣的局面，此后，紧追世界磁性科技的发展前沿，几代从业者努力谱写了我国铁氧体材料成长壮大的辉煌篇章。
说到这里，话题还没打住。但磁学和磁性材料的博大精深，已可见一斑。众所周知，没有电就没有人类历史上的第二次、第三次技术革命，就没有今天物质社会的各种文明。但是并不是所有的人都知道，磁和电是大自然现象中的一对孪生兄弟，磁生电，电生磁，没有磁就没有电，反之亦然。没有磁性材料就没有电力工业和电子工业，也就没有现代信息产业，正是用半导体和磁性材料这两种基石才构筑成了当今社会这座电子信息大厦。
四、应用领域
高新磁性材料已广泛应用于计算机、通信、自动化和智能化仪表以及现代战争武器装备系统。其产量和使用量已成为衡量一个国家经济和信息技术发展程度的标志之一。
利用磁性材料与磁场、光、电等之间的相互作用产生的各种物理效应，以及能量与信息间的相互转换，可以完成信息记录储存、采集、传递、再生、显示、交换等功能，它已成为信息产品中不可缺少的组成部分，其主要应用有以下几个方面。
a.信息记录、储存、再生与交换
磁记录技术代表着当今世界发展速度最快的高技术领域，已成为光记录、电记录多年欲取代而未能代之的信息记录主流技术。其核心由磁记录/储存介质和磁头组成。传统磁记录介质有γ-Fe2O3、CrO2、Co-γ-Fe2O3、NiP、NiPCo等制成的磁带、磁盘、磁鼓、磁卡，用于计算机外存储器、数据交换系统、录音录像设备、电话、金融、车船票数码识别等多种用途。高磁导率软磁合金和高Bs软磁铁氧体以及连续薄膜介质和非晶合金制作的磁头，使磁记录密度和系统性能得到了显著提高，磁光盘是目前唯一实用化的可擦写型光盘。目前大量用于文献数据库、宇航飞行器和超级计算机中作海量存储器。
b.信息采集和转换－磁传感器
传感器是信息产业的前端产品，正像人靠眼、耳、鼻感知光、声、味一样，磁传感器形成的庞大产品族，用于信息采集和转换。它以磁场或磁介质所具有的各种物理现象为中间量，来检测磁场强度、方向、位移、角度、温度、电流等物理量，其特点是灵敏度高、反应速度快、非接触计测，磁电阻效应（MR）磁头和巨磁电阻效应（GMR）磁头除读写功能外，还用作电流传感器、旋转编码器、数字直尺、录像机精密齿节传感器、汽车防抱死系统（ABS）等。
c.通信系统的应用
在移动通信、微波/毫米波通信、卫星通信、程控交换机、数字网络和固话系统，大量使用软磁、永磁、微波/毫米波铁氧体元器件、组件、部件，如各种电感器、变压器、射频宽带铁氧体器件、继电器、隔离器、环形器、YIG调谐振荡器、陷波器、开关电源、调制解调器等等。
在通信中，软磁元件的主要作用是：作加感线圈以降低信息衰减，增加传输距离；作通信信道滤波器，选择和分离各信道中的信号，防止失真；用作线性宽带变压器和脉冲变压器，在数字通信中分离电位，调节电压并转换频率；用作扼流圈，滤除不需要的高频电流；以因特网为中心的宽带通信中，用作接口耦合，级间隔离的宽带传输变压器等等。
通信机的发展趋势是小型轻量化、高频化、多功能集成化，这就是需要大量的片式电感元件、微波器件和集成组件，微磁组件和磁性模块以及磁光器件等也日益需求，这就进一步刺激了高新磁性材料与器件的开发。
d.抗电磁波干扰（EMI）和隐身技术的应用
随着开关电源、数字技术的高速发展，计算机、移动电话、宽带网的大量使用，使得抗EMI元器件的需求猛增，适用频率从KHz到毫米波段。其技术发展趋势是采用高新磁性材料和微制造技术，实现EMI滤波器、隔离变压器、扼流圈等产品的片式化、平面化；开发宽频带、超薄型、多功能型产品。
隐身技术是通过控制、降低武器系统的特征信号，使其难以被发现、识别和攻击的技术。这是一项跨学科的系统工程，它涉及武器平台的设计技术、材料科学、声、光、电、红外、激光等学科。目前发展较快的是雷达隐身材料，它是使雷达波发生导电损耗、高频介质损耗、磁滞损耗或转变成热能从而大大衰减。另一种方式是把雷达波电磁能转变为分散于所有可能方向上的电磁能；或者是让这种波与进入材料内部的反射波叠加发生干扰，互相抵消。这三种方式都是让雷达接受机收不到回波，从而达到隐身效果，这些材料可做成隐身涂料、隐身结构材料和透波材料，用于飞机、坦克、舰艇、和装备。纳米薄膜和纳米多层膜材料，多晶铁纤维吸波材料已被广泛应用。铁磁型吸波材料是以铁氧体或羰基铁等磁性材料为基础研制的，它比介电型吸波材料涂层薄，而且频率覆盖较宽、吸收效果好。
e.作战系统中的应用
现代战争是“智能”战，高新技术大战，某种意义上讲是以电子器件技术性能为核心的电子战、信息战。从海湾战争开始，美国首先使用了全方位电子侦察、信息反馈及适时的通信指挥系统，大量的电子干扰及电子对抗技术设备。
高效率微波武器是诸多新式武器中的佼佼者，它是利用高功率微波来摧毁敌方的电子设备和杀伤作战人员的一种定向武器，美国将这种高功率微波弹头装在战斧巡航导弹上，对摧毁伊拉克的电子设备起到了一定的作用。这种武器的心脏是高功率微波源，它需要高性能永磁体强磁场聚焦系统，以实现轻量化、小型化。
军用电子设备总的技术发展趋势是宽频率、大功率、集成化、多功能模块化、轻薄短小化，所以军用通信系统、宽带干扰机、雷达告警系统、星载通信设备、弹载、机载电子系统都需要大量高性能小型化磁性材料与器件。
五、前景展望
磁现象和磁性物质的应用，虽然起始于两三千年前，但这门古老的应用科学由于研究领域的拓宽和学科间相互渗透，却如同老树新枝，又焕发出了青春的光彩。当代科学发展的特征之一就是学科间大合作，大交叉：天、地、生、人的结合研究，蕴藏着无穷的创造力；地球—宇宙、有机—无机、自然—社会、基础—应用、传统—现代、中华文化—世界文化，这些跨越古今中外，多学科间的合作与交叉又促进了科学文化观念的创新和思维方法的变革，从而推动了科学技术的整体进步。磁学也毫不例外的开辟和扩大了如生物磁学、磁化学、天体磁学、原子核磁学等边缘磁学新领域。而且在功率磁、计算磁、微波磁、传感磁 、分子生物磁 、微磁与微磁组件、电磁环境以及半导体、光电、空间、医疗电子和核技术领域占据了举足轻重的位置。当前十分火爆的纳米技术应用方面，纳米磁材也占据了重要的一席之地。这项跨世纪高新技术的迅猛发展，显示了极其诱人的前景：美国和日本已分别研制出只要控制单个分子即可实现特定功能的单电子晶体管，一块指甲盖大小的芯片可容纳1万亿个存储元件或逻辑电路，使每秒转换10亿次，基本不耗能的新一代量子计算机即将变为现实；美国制造出了直径仅7微米的最小电动机、重量只有3.5克的世界最小火箭发动机、直径只有5微米的微型激光器、仅100克左右重量的超小型纳米卫星等等。听似天方夜谈，但确有其事，我们应该了解这些最新成果，纳米材料学可以实现人们按照自己的意愿直接操纵分子、原子和电子。纳米磁性材料是其中一个重要门类。这是一些尺寸度在纳米级（0.1～100毫微米）的准零维超细微粉，一维超细纤维丝或二维超薄膜以及由它们组成的固态或液态磁性材料。这些材料同样分为金属和铁氧体两类，而且也以低Hc软磁、高Hc永磁和综合应用二者为其特征。如IBM公司采用Co-Cr巨磁电阻(GMR)纳米薄膜制作的Pc机6.35cm磁盘可存储10年报纸(共116800板)上的所有文字信息。看似遥远，且很现实。对于雄心勃勃的年轻一代从业者，耀眼的科技光环，等待着你们去摘取，辉煌的磁技术高峰，等待着你们去努力攀登。神奇的“磁”在物质世界的各个层面无处不在，大到地球、太阳、太阳系、星系、星系团、超星系团及整个宇宙空间，小至分子、原子、原子核、电子、夸克，也就是空间尺度从200亿光年到10-17cm范围内都有磁性和磁场存在，因此，大家所从事的是最宏大而又无微不至的欣欣向荣的事业。让我们倾注实力，争相拼搏，破解热门难题，攀登新的高峰，以更好的经济效益报效国家，造福地方，为人类做出更大贡献。
本文编撰参阅了古今中外典籍文献多种，恕不一一列举，谨向诸先贤学长深至谢意！
两千多年前，我国劳动人民首先发现磁的现象，并且加以应用，因此，中国是磁的祖国。
自然界存在的具有一定永磁性能的强磁体（磁石）主要是磁铁矿（Fe3O4，即FeFe2O4，也就是原始的铁氧体），此外还有磁黄铁矿（FeS1+x），磁赤铁矿（γ-Fe2O3）和钛磁铁矿（FeO-TiO2-Fe2O3）等天然矿石。我国关于磁石的记载最早见于《管子·地数篇》：“伯高对曰：上有丹硃者，下有黄金。上有慈（磁）石者，下有铜金。”，管子是齐国宰相管仲等的著作，管仲辅佐齐桓公称霸，重视农业生产和发展军事力量，设立盐官和铁官，慈（磁石）石和几种矿石（金属）并列，可见当时冶金术已相当发达，管仲卒于公元前645年，历代流传的“火牛阵”的故事就是管仲、乐毅的军事杰作。稍后，公元前四世纪《鬼谷子》记有：“若磁石之取鍼（针）。”，公元前239年，《吕氏春秋·精通篇》也记有：“慈石招铁，或引之也。”。王充的《论衡·乱龙篇》“顿牟缀芥，磁石引针。”则于公元82或83年问世。西方有磁石吸引铁的最早记载都迟于管仲时代。
公元前四世纪，战国末期古中国人不但知道磁石有吸铁、指南的特性，而且还利用天然磁石造出了原始的指南工具——司南（图一）。司南的外形像勺子，它的下面是一个平滑的铜盘，盘上刻有24个方位，勺子可以在盘上自由转动，勺柄的一头常指南，另一头则指北。
在公元1044年，我国北宋的军事著作《武经总要》中，还较详细的记载了指南鱼的制法：
“若遇天阴噎霾，夜色冥黑，又不能辨方向。则当纵老马前行，令识道路，或出指南车及指南鱼，以辨所向。指南车世法不传。鱼法以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁铃铃鱼首出火，以尾正对子位（北），蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于无风处，平面鱼在水平令浮，其首常南向午也。”
现在看来，指南鱼的制法是颇为符合科学原理的：用铁片（叶）加热到通赤（红）再进行淬火处理，可以形成矫顽力较高，永磁性较好的马氏体；剪成长条而首尾尖锐的鱼形，不但指向性好，而且减小了磁体的退磁因数，有利于使用和保留磁性；以尾对子（北）位，是使得铁（鱼）片首尾在南北（地磁场）方向淬冷磁化，可以获得较高的热剩余磁性；“铃鱼首出火……没尾数分则止”，使铁片朝北下倾，使其更接近地磁场方向，不但加强了磁化磁场的强度，（例如南京的磁倾角为50°，则地磁场总强度比其水平分量增加约55％），而且表明已在实践中懂得利用磁倾角的现象；“以密器收之”的意义不甚清楚，从后来制罗盘的作坊情况推测，密器可能是天然磁石，使铁片再磁化以增强磁性，并形成封闭磁路保存，以免退磁。
1086年，北宋科学家沈括的《梦溪笔谈》是世界上最早描述指南针的著作，书中讲述了人工制造磁针的方法，这在科学上是个很大的进步。书中同时还介绍了指南针（磁针）的四种使用方法：1.搁在指甲上；2.磁针横穿灯芯草浮在水面上； 3.用茧丝粘在针中部；4.放在碗边上，挂在没有风的地方（图二）。从这里可以看出，当时的磁针和现代磁针的形状已经非常接近。
在西方，公元1200年Guyo才用天然磁石摩擦磁化铁针来作指南针，公元1600年英国Gilbert的著作才记载了当时三种磁化方法：天然磁石摩擦法，红热铁棒在地磁场方向冷却磁化和在地磁场方向锤锻铁棒磁化法。较我国迟了1到5个世纪。
我国航海事业的兴起是比较早的。公元3世纪我国就有七桅船，而欧洲15世纪才用三桅船。我国不但在世界上最早发明了指南针，而且也最早把指南针应用于航海。在公元1119年，朱彧在《萍洲可谈》中记述公元1099年～1102年间的事说：“舟师识地理，夜则观星，昼则关日，阴晦观指南针。”指南针在航海上的应用，又促进了本身的发展，进而创造了把指南针和罗盘结合在一起的罗盘针。
我国过去航海圆周的划分，始终沿用司南地盘中24等分的方法，即包括四卦（乾、坤、艮、巽），八干（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸），十二支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）见图三。现代航海罗经把方位盘划分为360°和32点实质上讲它们的功效都是一样的。宋代我国远洋海运事业逐渐发展，大型船舶活跃于南海和印度洋上，有时往返于南海和波斯湾之间，阿拉伯人从我国学到指南针技术以后，通过他们传到国外。正如恩格斯所说：“磁针从阿拉伯人传到欧洲人手中，1180年左右”。
西方关于指南针用于航海的记载有：公元12世纪英国人F·Neckam（公元1157～1217年）在航海时使用罗盘；公元1269年法国人P·Perigrinus曾改良航海罗盘，加上360°刻度。一般科学史多记述中国古代三大发明（指南针、火药、印刷术）是经过阿拉伯人传到欧洲的。
磁石吸铁的现象被皇家宫廷用作检查入宫兵器，这就是磁传感器的最早应用。
中国医药学是一个伟大的宝库，它是数千年来我国人民丰富的经验总结。古代磁石在医药学上的应用包括外科敷剂、内服和养生等方面都有详实记载：
“慈石味辛寒，主周痹风湿，肢节中痛，不可持物，洗洗酸痟。除大热烦满及耳聋。一名玄石。” 《神农本草本经》（约公元2世纪）
“齐王侍医遂病，自炼五石服之。”《史记·扁鹊仓公传》（约公元前90年）（五石即慈石、丹沙、雄黄、钒石和曾青）
“（慈石治病为）养肾藏，强骨气，益精除烦，通关节，消痈肿，鼠瘘，颈核，喉痛，小儿惊痫。炼水饮之，亦令人有子”（南北朝，陶弘景《名医别录》公元510年）
“益眼者，无如慈石。以为盆枕，可老而不昏”（《格致镜源·坤舆类》引《丰宁传》）
在西方，著《De Magnete》（1600年）的Gilbert就是英国女王的御医。欧洲在17和18世纪也有在医药上采用磁石的记载。现代利用磁场、磁技术和强磁体等治病、作手术、诊断和控制公害等的应用就更是不胜枚举了。
总之，磁和指南针的发明与应用，体现了我国古人的聪明才智，更证明了中国是磁的祖国。
二、名称由来
我国古代对磁石和磁现象的描述不是用‘磁’字，而是用‘慈’。我国很早的‘字典’《说文解字》（公元1-2世纪，东汉许慎著）中就无磁字，秦汉典籍中都用慈字。到了南北朝的《玉篇》（公元6世纪）中作礠字，唐朝的《广韻》（公元7世纪）中才作磁字，沿用至今。磁石的得名，历代解释是这样的：
“石铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也。”（东汉高诱《慈石注》）
“慈石吸铁，母子相恋也。”（晋郭璞《慈石讃》）
“慈石，毛铁之母也。取铁，如母之招子焉。”（唐陈藏器《本草拾遗》）
“磁，慈也，有铁处则生。吸铁针铁物，若慈母恋婴儿也”（清陈元龙《格致镜源》）
西方称磁石为magnet（现代英语），magnete（中古英语），
aimant（法语），magnete-magnes（中古法语，拉丁语）
iman（西班牙语），Magnet（德语）
Magnes，Magnetis（希腊语，用拉丁字母拼音）
ΜAГΗИΤ（俄语），magneto（世界语）
这些名称的来源，传说是天然磁石最早发现于小亚细亚的古城Magnesia，另一种说法是小亚细亚的牧羊人Magnes在山上放羊时，鞋钉和牧羊铲被山石吸引而发现了天然磁石，这种矿石就是磁铁矿，主要成份是Fe3O4，也就是一种最简单的天然铁铁氧体。而我国河北省的磁县（古时曾称为慈州和磁州）就是因为盛产天然磁石而得名，宋朝时就有了规模较大的炼铁业，在磁县附近的武安县境内，还有盛产天然磁石的磁山（古时称为慈石或礠山）。此外，在我国的本溪、铜陵、当涂、繁昌、黄石铁山、攀枝花等地蕴藏着很丰富的磁铁矿，历史上都留下了丰厚的典籍和记载。
所有的物质都具有磁性，若加上一定的外磁场，都会被磁化。依据物质磁化的强弱及性质，可分为五类：顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。其中顺磁性、抗磁性和反铁磁性属于弱磁性，而其它两种则属于强磁性。强磁性材料也称磁性功能材料，也就是磁性材料，若按电性来分，可分为金属磁性材料和非金属磁性材料，而非金属磁性材料通常就是指磁性氧化物——铁氧体材料。
铁氧体又称铁凎氧磁物、铁凎氧，50年代初还按音译为“肥粒铁”，按电特性也称为“磁性半导体”，按它由铁和其它一种或多种金属组成的复合氧化物看又称为“磁性氧化物”，按磁性来源于亚铁磁性也称为“亚铁磁体”，按分子化学组成MeFe2O4来看又称为亚铁酸盐。这种材料本质上是一种陶瓷物质，而且又具有磁性，顾名思义，又被称为“磁性瓷”，原文也如此：Magnetic Ceramics（英文），ΜAГΗИΤΗЫЕ КEPAMИКИ（俄文）。但现在已普遍译为“铁氧体”（Ferrite或ΦEРРИΤЫ），已无异议了。
三、材料分类
人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，而信息和能源都与材料科学的进步密切相关，所以，材料是人类社会发展的物质基础和先导，新材料则是人类社会进步的里程碑。磁性材料是一种用途十分广泛的基础功能材料，其应用己经渗透到了国计民生和国防军事领域的各个方面。要了解磁性材料，就必须掌握有关的基础知识。
任何物质都是由原子组成，而原子又是由原子核和绕核旋转的电子组成。电子在一定的轨道上旋转时会产生一个轨道磁矩，绕核公转的同时，电子也在自转，即产生一个自旋磁矩。所以，原子的电子结构，是物质磁性的基础。如果电子壳层中各个轨道上的位置都被电子占满，则轨道磁矩和电子自旋磁矩合成为零，这个壳层就没有净磁矩；如果电子壳层中有空位，它就会呈现出净磁矩。空位数目不同，净磁矩的大小也不同，因而物质就显现不同的磁性。按物质在外加磁场中被磁化的程度不同，可以明晰的划分为五个主要类别即：抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体。
抗磁体：某物质受到外磁场H作用后，电子轨道运动感生出与其相反的磁化强度M，即M＝χH，χ＜0，这种磁性称为抗磁性，这种磁化率χ为负值的物质称为抗磁性物质。它的磁化率绝对值也很小，一般为10-5数量级。
电子壳层完全填满的惰性气体是典型的抗磁体，还有许多有机化合物，若干金属（Bi、Zn、Ag、Mg等） 、非金属（Si、P、S等），这些物质的磁化曲线为一直线。
顺磁体：这种物质在受到外磁场H作用后，感生出与磁化场H同方向的磁化强度M，其磁化率χ＞0，但数值很小，仅显示微弱磁性，这种磁性称为顺磁性。具有顺磁性的物质称为顺磁体。它的磁化率χ室温下为10-3～10-6数量级。顺磁性物质很多，典型的有稀土金属和铁族元素的盐类等，多数顺磁物质的磁化率与温度T有密切关系，服从居里定律：χ＝C/T，这里C为居里常数，T为绝对温度，然而更多的顺磁物质服从更为复杂的居里——外斯定律，Tp为临界温度，称为顺磁居里温度。
铁磁体：铁磁体在一定温度以下，表现出磁化率很大，随着磁场的增强，而出现非线性关系，在磁场强度周期变化的磁化过程中，由于出现磁滞现象，而产生闭合的磁滞回线。铁磁体在很小的磁场作用下就能磁化到饱和，磁化率数值大到10～106数量级，其磁化强度M与外磁场H之间的关系是非线性的复杂函数关系，物质内部的原子磁矩是按区域自发平行取向的。以下几个纯元素晶体具有铁磁性，它们是3d的金属铁、钴、镍和4f的金属钆、铽、镝、钬、铒、铥，当铁磁性物质的温度高于临界温度Tp（居里温度）时，即转变成顺磁性，并服从居里外斯定律。
反铁磁体：当温度达到某个临界值TN以上时，这种物质与正常顺磁物质一样，服从居里一外斯定律，只是顺磁居里温度Tp常常小于零，而当温度小于临界温度TN时，这种物质的磁化率不是继续增大，反而降低，并逐渐趋于定值。所以这种物质在温度TN时磁化率具有极大值，这个临界温度称为奈尔温度，这种磁性称为反铁磁性。过渡族元素的盐类和化合物具有反铁磁性，为：MnO、Cr2O3、CoO等，它们不显宏观磁性，只有很强的外磁场下才显示出微弱磁性。
亚铁磁体：这种物质宏观磁性与铁磁性相同，仅仅是磁化率稍低一点，数量级约为100～103，但它们的内部结构却与反铁磁体相同。反铁磁体内部磁结构按次晶格自旋呈反向平行排列，每一次晶格磁矩大小相等，方向相反，正好抵消，不显宏观磁性。而亚铁磁体中相反排列的磁矩不等量，所以未完全抵消。因而在没有外加磁场时，一个晶胞中仍具有一定的合成磁矩。具有这种特性的物质称为亚铁磁体。
综上所述，物质的磁性由组成它的原子或离子种类及其合成磁矩以及相邻离子的相互排列所决定。抗磁性材料中的原子、离子或分子没有合成磁矩，这是因为所有的自旋磁矩和轨道磁矩正好抵消，只有通过外磁场才能感应出一个较弱的、与外磁场方向相反的磁矩；顺磁材料中的原子或离子在无磁场状态下已有磁矩，但它是无序的（图四a），在外磁场中，随着磁场强度的增加，磁矩总是沿着外磁场方向而增加；在铁磁材料中，所有离子的合成磁矩在较大的空间范围内有自发平行取向（图四b）；亚铁磁性材料中离子占有不同的次晶格，次晶格离子的磁矩有时在较大的空间范围内有平行取向，不同的次晶格上的离子磁矩可能反平行取向（图四c）；当材料内部反平行排列的磁矩正好互相抵消时，称此材料为反铁磁性材料（图四d），反铁磁性材料具有顺磁材料（μ≈1）的主要特性。热能对磁排列状态起破坏作用，当一定温度下热能达到一定强度时，则磁有序被破坏。对铁磁和亚铁磁材料而言，在“居里温度”时磁有序被破坏；对反铁磁材料而言，在“奈尔温度”时磁有序被破坏，在这种温度以上，材料变为顺磁性。
抗磁、顺磁、反铁磁三种是弱磁性，铁磁性和亚铁磁性是强磁性材料，它在现代技术和工业中发挥着极其重要的作用。强磁性材料按用途又可分为以下五类：
软磁材料：在较弱磁场下，易磁化也易退磁的材料，包括工业纯铁、硅钢片、铁镍等合金以及软磁铁氧体材料等。大量用于制造变压器磁心、发电机和电动机的定子和转子，继电器、电感器、扼流圈磁心、抗EMI及吸波器件、电磁铁、磁轭等等。
永磁材料：磁化后不易退磁而能长期保留磁性的材料。常用的有AIFe、AINico、FeCrCo、稀土钴、钕铁硼等金属永磁材料和铁氧体永磁材料。用于制造永磁电机、磁控管和行波管等电真空器件、磁电式仪表及电磁波吸收材料等。
矩磁材料：具有矩形磁滞回线的材料，主要用作记录和磁存储器，大量用作磁记录介质、磁头、电子计算机存储器中的记忆元件及自动控制装置中的控制元件。矩磁铁氧体也用于制造脉冲变压器磁心。
旋磁材料：具有旋磁特性的铁氧体材料，旋磁特性是指该材料在直流磁场和交变磁场的联合作用下，某方向上的交变磁感应，不但与同方向的交变磁场有关，而且与垂直方向的交变磁场有关，这种关系由一张量磁导率来实现，这种磁导率具有张量形式的性质，称为旋磁性，其根源在于磁矩M的进动。利用旋磁效应可以制造各种微波，毫米波器件，用于卫星和雷达技术中。
压磁材料：这种材料被磁化时，形状和尺寸会发生弹性变化。这种现象叫做磁致伸缩效应，所以又称磁致伸缩材料，常用作电声换能器，如超声波发生器、声纳探测等军事领域。
其中软磁材料包括金属软磁材料、铁氧体软磁材料和磁介质等。
金属软磁材料有电工纯铁、铁铝合金、铁镍合金、非晶态钴基、铁基、铁镍基软磁合金及非晶纳米晶等。
磁介质有羰基铁粉心以及铁粉心、铁铝、铁硅铝、铁镍钼磁粉心等。
铁氧体软磁材料有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体、锂锌铁氧体等。
铁氧体是氧化铁与另外的金属氧化物的化合物，是一种新型的非金属磁性材料。实际上所有在金属磁性材料中出现的磁现象在铁氧体中都能观察到。但是有两个基本不同点，一个是铁氧体的饱和磁化远远低于金属磁性材料；另一个则是铁氧体的电阻比金属高好几个数量级，所以，用于工频和低频高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率的磁心采用铁氧体。
铁氧体中也有顺磁性的，例如锌铁氧体（ZnFe2O4）；反铁磁性的，例如镧正铁氧体（La FeO3）。只有亚铁磁性的铁氧体才有实用意义，例如天然磁铁矿Fe3O4。同样铁氧体按用途分也有软、硬、矩、旋、压五种，而按晶体结构分，则为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型三种。软磁铁氧体是氧离子和金属离子组成的尖晶石结构氧化物，属面心立方晶系，其通式为MFe2O4。钡和锶等则组成磁铅石结构永磁铁氧体，属六角晶系，其通式为MFe12O19（或M0.6Fe2O3）。钇铁石榴石（YIG）等材料则为旋磁铁氧体，也属立方晶系，通式为3M2O3.5Fe2O3。
典型的尖晶石结构（如图五所示）。这是一种镁铝宝石（MgAl2O4）的晶体结构。其晶胞由8个分子组成，通式MFe2O4的金属M不限于一种金属，当M为一种时，叫单元铁氧体，M为两种以上时，叫复合铁氧体，M相当于二价金属离子Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn、Cd等。
8个分子组成的晶胞中共有56个离子，其中32个氧离子（O-2）占据所有面心位置，组成密堆积，8个金属离子（M+2）和16个铁离子（Fe+3）分布到四面体位置（A位）和8面体位置（B位）。所谓四面体位置就是4个氧离子（O-2）围成的四面体中间的空隙，八面体位置则是6个氧离子（O-2）围成的八面体中间的空隙（见图六）。8个二价金属离子M+2处在A位置而16个三价离子Fe+3处在八面体位置时叫正尖晶石，反之，若四面体位置被三价铁离子占有（Fe+3），其余三价和二价金属分布在八面体空位中，这种结构称为反尖晶石。实际上既不存在正型结构也不存在反型结构，而是一种由反型所标志的混合情况。例如锰铁氧体约80％是正型的，即所谓二价锰离子优先占有四面体空位，相反镍铁氧体约80％是反型的，二价镍离子优先占有八面体空位。工艺上，通过特别的温度处理能够变化反型度，同时改变其有关磁特性。铁氧体是根据铁磁性机理产生磁性的，由于Neel证实了这一理论，为此，他于1970年获得了诺贝尔奖金，按此理论，进入A位和B位的金属离子的磁化方向虽是各自反向的，但由于金属离子的种类和数目有差异，这种差异就是产生磁性的原理。
下面简述一下新材料“铁氧体”的历史。
虽然早在公元前700年中国就有了磁铁矿（Fe3O4）即铁铁氧体的磁性记载，但由于其饱和磁化强度仅为金属铁的四分之一，所以一直没能引起世人关注。直到两千多年后的1909年才第一次出现了人工合成的铁氧体。1932年和1933年日本的加藤和武井两人研制出Cuo·Fe2O3－ZnO·Fe2O3系铜锌复合铁氧体软磁材料和CoO·Fe2O3－FeO·Fe2O3系钴铁氧体永磁材料。第二次世界大战中直到战后，荷兰菲利普公司（Snoek）进行了各种尖晶石铁氧体的系统研究，直到1946年出现软磁铁氧体的商品生产，1950年初立方晶系软磁铁氧体（Ferroxcube）才进入商品化。1952年出现了磁铅石型钡铁氧体，1953～1954出现矩磁铁氧体，1956年出现了柘榴石型铁氧体并发现了平面型超高频铁氧体，此后又出现了钙钛石型铁氧体。1952年日本冈村敏彦发明了锰锌（Mn－Zn）铁氧体，从而为以后的铁氧体工业打下了基础。1953年到1960年先后在广播、电视和彩色电视偏转、行输出系统得到了广泛应用，于是铁氧体的产量迅猛增长。新中国第一篇锰锌铁氧体材料试验研究报告是付柏生、白琏如等先生在回国博士胡汉泉指导下于1956年完成的，历经三年的研究试制解决了载波频带所用Mn－Zn铁氧体磁心的制造工艺与技术，全文75页，全面论述了原料制造、生产工艺、磁性测量、理化分析、理论介绍和实际应用，直至今天，这篇报告仍有其历史和现实意义。当时付先生就职于铁道科学研究院，后调入国营798厂。1959年，我国第一届以铁氧体为主科的磁性材料及器件专业本科大学生在成都电讯工程学院毕业，他们在老一辈磁学专家指导下，我国铁氧体产业无论是教学、科研、工业化生产都呈现了欣欣向荣的局面，此后，紧追世界磁性科技的发展前沿，几代从业者努力谱写了我国铁氧体材料成长壮大的辉煌篇章。
说到这里，话题还没打住。但磁学和磁性材料的博大精深，已可见一斑。众所周知，没有电就没有人类历史上的第二次、第三次技术革命，就没有今天物质社会的各种文明。但是并不是所有的人都知道，磁和电是大自然现象中的一对孪生兄弟，磁生电，电生磁，没有磁就没有电，反之亦然。没有磁性材料就没有电力工业和电子工业，也就没有现代信息产业，正是用半导体和磁性材料这两种基石才构筑成了当今社会这座电子信息大厦。
四、应用领域
高新磁性材料已广泛应用于计算机、通信、自动化和智能化仪表以及现代战争武器装备系统。其产量和使用量已成为衡量一个国家经济和信息技术发展程度的标志之一。
利用磁性材料与磁场、光、电等之间的相互作用产生的各种物理效应，以及能量与信息间的相互转换，可以完成信息记录储存、采集、传递、再生、显示、交换等功能，它已成为信息产品中不可缺少的组成部分，其主要应用有以下几个方面。
a.信息记录、储存、再生与交换
磁记录技术代表着当今世界发展速度最快的高技术领域，已成为光记录、电记录多年欲取代而未能代之的信息记录主流技术。其核心由磁记录/储存介质和磁头组成。传统磁记录介质有γ-Fe2O3、CrO2、Co-γ-Fe2O3、NiP、NiPCo等制成的磁带、磁盘、磁鼓、磁卡，用于计算机外存储器、数据交换系统、录音录像设备、电话、金融、车船票数码识别等多种用途。高磁导率软磁合金和高Bs软磁铁氧体以及连续薄膜介质和非晶合金制作的磁头，使磁记录密度和系统性能得到了显著提高，磁光盘是目前唯一实用化的可擦写型光盘。目前大量用于文献数据库、宇航飞行器和超级计算机中作海量存储器。
b.信息采集和转换－磁传感器
传感器是信息产业的前端产品，正像人靠眼、耳、鼻感知光、声、味一样，磁传感器形成的庞大产品族，用于信息采集和转换。它以磁场或磁介质所具有的各种物理现象为中间量，来检测磁场强度、方向、位移、角度、温度、电流等物理量，其特点是灵敏度高、反应速度快、非接触计测，磁电阻效应（MR）磁头和巨磁电阻效应（GMR）磁头除读写功能外，还用作电流传感器、旋转编码器、数字直尺、录像机精密齿节传感器、汽车防抱死系统（ABS）等。
c.通信系统的应用
在移动通信、微波/毫米波通信、卫星通信、程控交换机、数字网络和固话系统，大量使用软磁、永磁、微波/毫米波铁氧体元器件、组件、部件，如各种电感器、变压器、射频宽带铁氧体器件、继电器、隔离器、环形器、YIG调谐振荡器、陷波器、开关电源、调制解调器等等。
在通信中，软磁元件的主要作用是：作加感线圈以降低信息衰减，增加传输距离；作通信信道滤波器，选择和分离各信道中的信号，防止失真；用作线性宽带变压器和脉冲变压器，在数字通信中分离电位，调节电压并转换频率；用作扼流圈，滤除不需要的高频电流；以因特网为中心的宽带通信中，用作接口耦合，级间隔离的宽带传输变压器等等。
通信机的发展趋势是小型轻量化、高频化、多功能集成化，这就是需要大量的片式电感元件、微波器件和集成组件，微磁组件和磁性模块以及磁光器件等也日益需求，这就进一步刺激了高新磁性材料与器件的开发。
d.抗电磁波干扰（EMI）和隐身技术的应用
随着开关电源、数字技术的高速发展，计算机、移动电话、宽带网的大量使用，使得抗EMI元器件的需求猛增，适用频率从KHz到毫米波段。其技术发展趋势是采用高新磁性材料和微制造技术，实现EMI滤波器、隔离变压器、扼流圈等产品的片式化、平面化；开发宽频带、超薄型、多功能型产品。
隐身技术是通过控制、降低武器系统的特征信号，使其难以被发现、识别和攻击的技术。这是一项跨学科的系统工程，它涉及武器平台的设计技术、材料科学、声、光、电、红外、激光等学科。目前发展较快的是雷达隐身材料，它是使雷达波发生导电损耗、高频介质损耗、磁滞损耗或转变成热能从而大大衰减。另一种方式是把雷达波电磁能转变为分散于所有可能方向上的电磁能；或者是让这种波与进入材料内部的反射波叠加发生干扰，互相抵消。这三种方式都是让雷达接受机收不到回波，从而达到隐身效果，这些材料可做成隐身涂料、隐身结构材料和透波材料，用于飞机、坦克、舰艇、和装备。纳米薄膜和纳米多层膜材料，多晶铁纤维吸波材料已被广泛应用。铁磁型吸波材料是以铁氧体或羰基铁等磁性材料为基础研制的，它比介电型吸波材料涂层薄，而且频率覆盖较宽、吸收效果好。
e.作战系统中的应用
现代战争是“智能”战，高新技术大战，某种意义上讲是以电子器件技术性能为核心的电子战、信息战。从海湾战争开始，美国首先使用了全方位电子侦察、信息反馈及适时的通信指挥系统，大量的电子干扰及电子对抗技术设备。
高效率微波武器是诸多新式武器中的佼佼者，它是利用高功率微波来摧毁敌方的电子设备和杀伤作战人员的一种定向武器，美国将这种高功率微波弹头装在战斧巡航导弹上，对摧毁伊拉克的电子设备起到了一定的作用。这种武器的心脏是高功率微波源，它需要高性能永磁体强磁场聚焦系统，以实现轻量化、小型化。
军用电子设备总的技术发展趋势是宽频率、大功率、集成化、多功能模块化、轻薄短小化，所以军用通信系统、宽带干扰机、雷达告警系统、星载通信设备、弹载、机载电子系统都需要大量高性能小型化磁性材料与器件。
五、前景展望
磁现象和磁性物质的应用，虽然起始于两三千年前，但这门古老的应用科学由于研究领域的拓宽和学科间相互渗透，却如同老树新枝，又焕发出了青春的光彩。当代科学发展的特征之一就是学科间大合作，大交叉：天、地、生、人的结合研究，蕴藏着无穷的创造力；地球—宇宙、有机—无机、自然—社会、基础—应用、传统—现代、中华文化—世界文化，这些跨越古今中外，多学科间的合作与交叉又促进了科学文化观念的创新和思维方法的变革，从而推动了科学技术的整体进步。磁学也毫不例外的开辟和扩大了如生物磁学、磁化学、天体磁学、原子核磁学等边缘磁学新领域。而且在功率磁、计算磁、微波磁、传感磁 、分子生物磁 、微磁与微磁组件、电磁环境以及半导体、光电、空间、医疗电子和核技术领域占据了举足轻重的位置。当前十分火爆的纳米技术应用方面，纳米磁材也占据了重要的一席之地。这项跨世纪高新技术的迅猛发展，显示了极其诱人的前景：美国和日本已分别研制出只要控制单个分子即可实现特定功能的单电子晶体管，一块指甲盖大小的芯片可容纳1万亿个存储元件或逻辑电路，使每秒转换10亿次，基本不耗能的新一代量子计算机即将变为现实；美国制造出了直径仅7微米的最小电动机、重量只有3.5克的世界最小火箭发动机、直径只有5微米的微型激光器、仅100克左右重量的超小型纳米卫星等等。听似天方夜谈，但确有其事，我们应该了解这些最新成果，纳米材料学可以实现人们按照自己的意愿直接操纵分子、原子和电子。纳米磁性材料是其中一个重要门类。这是一些尺寸度在纳米级（0.1～100毫微米）的准零维超细微粉，一维超细纤维丝或二维超薄膜以及由它们组成的固态或液态磁性材料。这些材料同样分为金属和铁氧体两类，而且也以低Hc软磁、高Hc永磁和综合应用二者为其特征。如IBM公司采用Co-Cr巨磁电阻(GMR)纳米薄膜制作的Pc机6.35cm磁盘可存储10年报纸(共116800板)上的所有文字信息。看似遥远，且很现实。对于雄心勃勃的年轻一代从业者，耀眼的科技光环，等待着你们去摘取，辉煌的磁技术高峰，等待着你们去努力攀登。神奇的“磁”在物质世界的各个层面无处不在，大到地球、太阳、太阳系、星系、星系团、超星系团及整个宇宙空间，小至分子、原子、原子核、电子、夸克，也就是空间尺度从200亿光年到10-17cm范围内都有磁性和磁场存在，因此，大家所从事的是最宏大而又无微不至的欣欣向荣的事业。让我们倾注实力，争相拼搏，破解热门难题，攀登新的高峰，以更好的经济效益报效国家，造福地方，为人类做出更大贡献。
本文编撰参阅了古今中外典籍文献多种，恕不一一列举，谨向诸先贤学长深至谢意！
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