磁学是一门研究物质在磁场中行为和性质的科学领域，在自然界中，可以观察到许多物质在磁场中的响应，这引发了人们对磁性的深入研究，了解物质的磁学性质不仅对于基础科学的发展具有重要意义，而且在应用领域中也扮演着关键的角色。
物质的磁学性质是指物质在外加磁场下所表现出的特性，这些特性源于物质内部的微观结构和电磁相互作用，原子和分子中带电粒子的自旋和轨道运动产生了磁矩，从而使物质对外加磁场做出响应，不同物质的磁学性质会因其内部结构和组成的差异而有所不同。
磁性材料是指那些在外加磁场下表现出明显磁性的物质，根据物质在磁场中的响应程度和性质，磁性材料被分类，这些分类可以帮助理解和描述不同材料的磁学行为以及它们在实际应用中的潜力，本文将探讨物质的磁学性质以及磁性材料的分类。
法拉第在1845年第一次提出“磁场”这一概念，磁场的起源是永磁体和移动的电荷（电流），当电流通过导体时，导体周围会形成一定范围的磁场，磁场是一种传递磁力作用的场，一般以作用在单个移动电荷或电流上的力的形式表现出来。
参照静电学，在静磁学的定义中，空间某点的磁场强度H在数值上等于单位点磁荷在该位置所受磁力的大小，方向与正磁荷在该点所受磁力方向一致。
实际应用中，常用电流产生磁场，在国际单位制中，将通电电流为1安培的直导线在距导线1/2π米处产生的磁场强度定义为单位磁场强度，即1A/m，磁感应强度Ｂ是电流产生的磁场和物质内部感生磁场的和。
从实验的角度来看，磁场强度Ｈ的大小和变化仅与电流的大小和变化有关，而磁感应强度Ｂ还会受到磁体内部感生磁场的影响，在不同的磁体内部或附近，磁感应强度会有所不同。所以人们更常用磁场强度这个物理量来描述实验过程的磁场参数，这样更准确。
根据磁场强度的大小和变化，人们把磁场分为不同种类，根据磁场强度的大小，磁场可被分为弱磁场，中等强度磁场，强磁场和超强磁场，根据磁场强度的大小和方向是否随时间发生变化又可将磁场分为静磁场和时变磁场两种。
时变磁场被定义为磁场强度的大小或方向随时间变化的磁场，通常由交变电流或运动的磁体产生，静磁场的磁场强度不随时间变化，可由直流电流或磁体产生，另外，根据磁场强度在一定空间范围内是否处处相等，静磁场又可以分为均匀磁场和梯度磁场。
目前广泛使用的钕铁硼磁体，磁体表面的磁感应强度可达到1~1.2T，MRI机器的工作磁场范围为1~10T，由电磁通量压缩技术和新开发的兆高斯发生器系统可产生峰值高达1200T的磁场。
磁矩是表征物质磁学性能的主要定量指标，在外部磁场中，带有电流的小型电路可被称为磁偶极子，其行为类似于罗盘针，可用磁偶极矩来方便地描述，磁偶极矩是指向电流回路平面外的向量，其大小等于电流强度与回路面积的乘积。
闭合电流，基本粒子，原子核，原子和分子的电子壳均具有磁矩，基本粒子的磁矩是由于它们自身的机械矩-旋转而产生的，原子物理学认为物质的最小组成单元是原子，原子由原子核和电子组成。
电子在绕核做轨道运动的同时也在进行自旋运动，运动中的电子相当于一个尺寸无限小的电流闭合环路，可视为磁偶极子将产生磁矩，电子轨道运动产生轨道磁矩，自旋运动产生自旋磁矩。
原子核也有磁矩，但是核磁矩很小，几乎对原子磁矩不起作用，所以原子的总磁矩主要由电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和贡献而来，因为电子不仅可在不同轨道间跃迁，还会受到周围原子或离子的影响，电子的运动轨迹不一定是标准的环形。
所以经典物理图像——环形电流模型并不能完全描述电子的磁学性质，而电子磁矩与角动量成正比，且电子的角动童在量子力学中已有充分的计算解，所以如果知道电子的角动量，即可得到电子的磁矩。
当原子的电子壳层被完全填满时，电子的轨道运动和自旋运动将占据所有可能的取向，总体呈球形对称分布，所以壳层中电子运动所产生的动磁矩两两之间相互抵消，总角动量为零，总磁矩也为零，原子的固有磁矩为零。
置于外磁场中的物质将被磁化，磁矩是表征磁偶极子磁性强弱和方向的物理量，而磁化强度是描述磁性体宏观磁性强弱的物理量，是单位体积物质的平均磁矩，磁化强度的方向与物质的磁矩方向一致。
磁导率是另一个对物质磁学性质进行描述的物理量，对于各向同性材料，磁导率μ是个标量，是物质磁感应强度B与磁场强度H的比例系数：B=μH，在SI单位制中无量纲的物理量磁化率X，是材料的磁化强度m与磁场强度H的比值。
磁导率μ和磁化率X都是反映物质被磁化难易程度的物理量，置于磁场中的物质的磁化强度m随外磁场强度H的变化而变化的曲线称为M-H曲线，将以外磁场强度H等于0Gs作为测量起点的m-Ｈ曲线称为起始m-Ｈ曲线。
根据物质性质不同，物质内部的磁矩或是同向排列或是相对方向排列或是彼此呈一定角度排列，以达到总体能量最低的稳定状态，磁化强度m随温度T的变化而变化的曲线称为m-T曲线，m-H曲线和m-T曲线均能反映物质的性质，可用于鉴别具有不同磁学行为的材料。
测量物质的磁学性质有多种方式，核磁共振可以用于测量物质的相对磁化率，提拉法、振动样品磁强计、超导量子干涉仪等可以用于测量物质的绝对磁化率。
SQUID是目前商用磁测量方法中灵敏度最高的仪器，不仅在地质科学和材料科学中得到广泛应用，而且因为扫场和升降温速度均较快，能够适应生物材料磁学信号弱，活性变化快的特点，也被一些研究者用来测量生物样品的磁学性质。
SQUID的核心部件为由两个约瑟夫森结组成的超导环，样品在探测线圈中做规律性往复运动，探测线圈中的磁通发生变化，磁通的变化转换为电压信号，电压经放大解析后与样品的总磁矩相对应，由此检测样品的磁学性质。
在磁学研究中存在多种单位制，如国际单位制和厘米－克－秒单位制（CGS），CGS单位制下又有多种磁学单位制，常用的为高斯单位制，各单位制下的公式和物理量的单位各不相同，下面就常用物理量在国际单位制和高斯单位制之间的换算关系做以下说明。
磁场强度H在SI单位制中的单位是安培每米，在高斯单位制中的单位是奥斯特：
在SI单位制中，如果实验测得的磁矩为a（A·m２），样品的体积为V（m3），则样品的磁化强度为：
很多磁性测量仪器给出的样品总磁矩，单位是高斯单位制的emu，如果仪器测得的磁矩是a（emu），样品体积是V（cm3），则样品的磁化强度为：
根据材料与外部磁场相互作用的特点，材料可以分为几大类，其中主要的是：抗磁性，顺磁性和铁磁性材料，抗磁性材料在受到外磁场的作用后，将感生出与外磁场方向相反的磁化强度。
由于抗磁效应是外部磁场对电子的作用引起的，所以抗磁性是所有物质的特征，但是只在物质的组成原子固有磁矩为零，也即原子核外所有电子壳层均被填满时，抗磁性不被其他磁学性质掩盖，才会表现出来。
在没有磁场的情况下，抗磁性物质磁化强度为零，当有磁场存在时，原子在磁场中不表现顺磁性、铁磁性或反铁磁性等性质，其微弱的抗磁性才显现出来，抗磁性物质包括惰性气体、氢分子、氮分子、锌、铜、金、铋、石蜡和其他许多有机和无机化合物。
大多数生物物质都是抗磁性的，抗磁性材料的磁化率X为负值，数值较小，在非均匀磁场中时，抗磁性物质倾向于从磁场的较强区域移动到较弱区域，如下图所示，未被磁化饱和的抗磁性物质的磁化强度m，随外磁场磁场强度H的增大而降低，不随温度ｒ的变化而变化。
顺磁性材料是在外磁场中以与外加磁场同向的方向被磁化的物质，即使在无外加磁场的情况下，顺磁性物质的电子磁矩也不能相互抵消，原子始终具有磁矩，然而由于分子热运动的随机性，他们的磁矩是随机定向的，所以在无外磁场时，顺磁性物质并无磁化强度。
当引入外加磁场时，原子磁矩在磁场中的主导方向就确定了，即发生磁化，当外加磁场降为零时，由于热运动，磁矩的方向受到扰动，顺磁性被消磁，顺磁性物质的磁化率为正值，当被置于非均匀（梯度）磁场中时，顺磁性物质倾向于从弱磁场区域向强磁场区域移动。
未被磁化饱和的顺磁性物质的磁化强度随外磁场磁场强度的增大而增大，随温度的降低而增高，在无外加磁场的情况下，物质仍具有的磁化被称为自发磁化，具有自发磁化属性的物质属于铁磁性物质，外加磁场，形变以及温度的变化都会影响铁磁性物质的磁化强度。
与弱磁性的抗磁性物质和顺磁性物质相比，铁磁性物质是强磁性介质，铁磁性物质的内部磁场可能是外部磁场的成百上千倍，铁磁性材料或多或少具有磁各向异性，即在不同方向上发生不同磁化的特性，铁磁性材料的铁磁性一直保持到居里温度。
当温度高于居里温度时，由于热扰动，铁磁性物质在外磁场中表现为顺磁性物质，不仅失去自发磁化，其热容量，电导率和其他一些物理特性也会突然改变，不同材料的居里温度是不同的，铁磁性物质的磁化率非常高。
当被置于非均匀（梯度）磁场中时，铁磁性材料倾向于从弱磁场区域向强磁场区域移动，被磁化饱和的铁磁性物质，其磁化强度并不随外磁场强度的减小而立即线性降低，当外磁场减小到零时，铁磁性物质仍具有的磁化强度称为剩磁。
随着外磁场磁场强度反方向增大，铁磁性物质的磁化强度继续下降，将铁磁性物质所具有的磁化强度降为零时的外部磁场强度记为矫顽力，反方向磁场强度逐渐增大，铁磁性物质逐渐达到反方向的磁化饱和。
此时若磁场先反向减小后正向增大，铁磁性物质的曲线将与上述磁化强度变化曲线呈中心对称，铁磁性物质的曲线在高于居里温度时斜率减小，随着温度降低，在居里温度附近快速上升直至达到平衡。
倘若样品不同方向上的磁化率不同，即可认为该样品具有磁各向异性，在外磁场逐渐磁化磁体的过程中，记录磁体的磁化强度m随外磁场强度H变化的曲线在m轴所积分的面积等于磁场磁化过程所做的功，也即磁体发生磁化所需要的磁化能。
实验中发现，磁场沿磁体的某些方向对磁体进行磁化比沿另一些方向对磁体进行磁化，磁体的磁化强度增加更快，这反映了磁体磁化与磁体几何形状具有相关性，这种特性称为形状磁各向异性。
外加磁场以两种方式作用于磁偶极子，首先，外加磁场对磁偶极子有磁力矩的作用，总是试图使磁偶极子平行于磁场方向，令磁偶极子与外加磁场方向的夹角为e，外加磁场对磁偶极子的力矩ｌ的大小正比与sinθ。
当θ＝90°时，磁偶极子所受的磁力矩最大，磁偶极子将向θ减小方向转动，当θ＝0°时，即磁偶极子与外加磁场方向平行时，力矩最小，磁偶极子达到稳定状态。
不均匀磁场对磁偶极子有力的作用，力的大小与磁偶极子磁矩的大小和磁场的磁感应强度的梯度成比例，该力的方向既不与磁感应强度矢量也不与磁矩矢量方向一致，它的方向仅与矢量B增量的方向有关。
笔者认为，了解磁性材料的分类对于理解和应用磁学性质非常重要，不同类型的磁性材料在实际应用中具有不同的特点和用途，对磁性材料进行分类和理解其性质对于材料科学和工程具有重要意义。
磁学性质对于材料的应用具有重要的指导意义，不同类型的磁性材料在各自的领域具有独特的优势，了解磁学性质和分类，有助于更好地选择和应用不同类型的磁性材料，推动科技进步和产业发展。
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