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第九章 加速技术创新的材料 磁铁（第1页）

第九章加速技术创新的材料——磁铁

磁铁的本质

小时候使用磁铁吸引铁制品对于不少读者来说还应该记忆犹新。磁铁是小学科学课会用到的教具，冰箱门上也常常留下它的身影。可以说，磁铁是生活中随处可见的物件。

由于磁铁过于常见，以至于人们会忽视它的特殊性。细想一下就会发现，像磁铁这样的特殊材料确实不一般。除了磁铁，世界上没有哪种材料能在不外加能量的情况下，突破距离与障碍物的限制吸引其他物体。假如磁铁的蕴藏量和稀土一样少的话，相信世界各国以及跨国公司都会为它一掷千金。磁铁这种特殊材料确实具有令人无法忽视的用途。

被磁铁吸引的铁屑

幸运的是，磁铁在地球上非常常见，也可以以比较低的成本大量生产，与磁铁相关的创新也是一浪高过一浪。到了今天，人类社会已经无法离开磁铁，相信一般人很难想象出磁铁正在哪些领域发挥其神奇的作用。

自古以来，人类一直想弄清楚磁铁吸引铁制品的奥妙所在。不过，揭示其中的原理是个不小的难题。直到进入20世纪，磁铁的秘密才逐渐露出真容，可惜人类依旧难以直观地理解其中的机理。

简而言之，磁场的吸引力源自电子“自旋”现象。读到这里肯定有人会感到疑惑：这就是说电子像个陀螺一样转个不停吗？这要怪身为物理“学渣”的笔者为方便大家理解，只能尽量以接近日常生活的方式进行说明，因此特意使用了“自旋”这种说法。

电子“自旋”的方式分为向上和向下两种方式（事实上，电子的运动方式更为复杂，并非单纯只有两种，为了便于理解才用此说法），在一般物质中两种“自旋”方式的电子数量相同，所产生的影响力会互相抵消，因而大部分物质没有磁性。然而，铁原子拥有独特的电子组合，使电子“自旋”所产生的磁性保留了下来。除了铁以外，钴和镍也属于能够在室温条件下保留磁性的金属。在2018年，科学家发现处于特殊结晶状态下的钌在室温下也拥有极强的磁性。

但是普通的铁块并没有磁性，这是因为普通铁块中的原子排列杂乱无章，磁性相互抵消了。当磁铁靠近（施加磁场）时，铁原子排列的方向会趋于统一，也开始具有磁性。简而言之，铁、钴、镍等特殊金属的原子排列有序时就会具有磁性。

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