مغناطيس: پديده‌اي است كه توسط آن مواد يك نيروي دافعه برروي مواد ديگر وارد مي‌كنند. آهن- بعضي فولادها و بعضي املاح معدني جزو اين دسته مواد هستند. در واقعيت تمام مواد تحت تأثير حضور يك ميدان مغناطيسي تغيير جهت مي‌دهند و ميزان تأثيرپذيري آنها بقدري كم است كه بدون وسايل مخصوصي آشكار نمي‌شوند.

نيروهاي مغناطيسي، نيروهاي بنيادي هستند كه بدليل ذرات باردار الكتريكي بوجود مي‌آيند.منشاء و رفتار آنها توسط معادلات ماكسول شرح داده مي‌شود.
براي حركت جريان الكتريكي در داخل يك سيم، نيرو مطابق با قانون دست راست هدايت مي‌شود. اگر قانون دست راست در امتداد سيم از سمت مثبت به طرف كنار اشاره كند، نيروهاي مغناطيس در اطراف سيم در جهت نشان داده شده توسط انگشتان دست راست، حركت مي‌نمايد. اگر يك حلقه (Loep) براي ذرات باردار در حال حركت در يك مسير دايره در نظر گرفته شود، آنگاه تمام ذرات باردار مركز حلقه در جهت يكسان هدايت مي‌شوند. به اين ترتيب يك دو قطبي بوجود مي‌آيد.

دو قطبي در داخل يك ميدان مغناطيسي، خودش را با آن همراستا مي‌نمايد، انگشت‌هاي دست راست در جهت جريان قرار مي‌گيرند و انگشت شست به قطب شمال اشاره مي‌نمايد، در ميدان مغناطيسي زمين، قطب شمال مغناطيس، به نقطة شمال اشاره خواهد كرد.
و دوقطبي‌هاي مغناطيس مي‌توانند در اثر حركت‌هاي الكترون بدست آيند. هر الكترون، گشتاورهايي دارد كه از دو منبع نتيجه مي‌شوند. اولين مورد، مربوط به الكترون در اطراف هسته است. در يك معنا، اين حركت بصورت يك حلقة جريان در نظر گرفته مي‌شود، كه منجر به يك گشتاور محور دوران گشتاور مغناطيس مي‌شود.
در يك اتم، گشتاورهاي مغناطيسي اربيتال از بعضي الكترون‌ها يكديگر را دفع مي‌نمايند همان مطلب براي(گشتاور) مغناطيس اتم كلي درست است، كه برابر با مجموع مغناطيسي‌ مي‌باشد. براي لاية اصلي يا فرعي با اربيتال كاملاَ پرشده با الكترون، مومان‌هاي مغناطيسي بطور كامل يكديگر را حذف مي‌نمايند. بنابراين فقط اتم‌هاي داراي لايه‌هاي الكترون p داراي يك گشتاور مغناطيسي هستند. مواد مغناطيسي از لحاظ طبيعت و گشتاورهاي مغناطيسي اتمي با بقية مواد تفاوت دارند. شكل‌هاي مختلف رفتار مغناطيسي، مشاهده شده است.
* ديا مغناطيس * پارامغناطيس * فرومغناطيس * آنتي‌فرومغناطيس
* فري مغناطيس * سوپر پارامغناطيس
ديامغناطيس: يك فرم ضعيف از مغناطيس است كه در حضور يك ميدان مغناطيسي خارجي بوجود مي‌آيد و در اثر حركت اربيتال الكترونها ناشي از ميدان خارجي بوجود مي‌آيد. مومان مغناطيسي القا شده خيلي كوچك است و در جهت مومان ميدان بكار رفته مي‌باشد. وقتي مواد و يا مغناطيس بين آهنربا قرار مي‌گيرند به طرف محلي جذب مي‌شوند كه ميدان مغناطيس ضعيف است. ديامغناطيس بقدري ضعيف هستند كه فقط در موادي پيش مي‌آيد كه نمي‌توانند شكلهاي ديگري از مغناطيس را نشان دهند. يك استثناء براي طبيعت » ضعيف « ديامغناطيس در مواد ابر رسانا در دماهاي پايين

رخ مي‌دهد. ابررساناها ديا مغناطيس كامل هستند و وقتي كه در ميدان مغناطيسي قرار ميگيرند خطوط نيرو را از داخل خودشان دفع مي‌كنند. ابررساناها داراي مقاومت الكتريكي هستند و ساختمان آنها حالت خاصي دارد. مغناطيس‌هاي ابررسانا ساز اجزاي اصلي سيستم‌هاي ديامغناطيس هستند و در اين زمينه كاربرد دارند. يك برش نازك از گرافيت پيروليتيك مي‌تواند برروي يك ميدان مغناطيسي شناور و پايدار بماند اين امر در مورد مواد ديامغناطيس به چشم مي‌خورد

.
پارامغناطيس: تمايل ماده به حالت مغناطيس براي آرايش دو قطبي‌هاي اتمي خويش به منظور تقويت ميدان مي‌باشد. در ديامغناطيس، ميدان مغناطيس برروي هر دو قطبي اتمي اثر مي‌كند و هيچ تعاملي بين اتمهاي ديامغناطيس مجزا وجود ندارد. رفتار پارامغناطيس مي‌تواند در بالاتر از دماي cure يا Neel در بعضي مواد مشاهده شود. فرومغناطيس قوي‌ترين شكل مغناطيسي است كه در اكثر موارد زندگي روزمره ما مصرف دارد. اكثر مغناطيس‌ها دائمي فرومغناطيس هستند بعضي مواد فرومغناطيس شامل آهن، كبالت، نيكل، و گادولينيم است. نيروهاي مغناطيس قوي در مواد فرومغناطيس تركيبي از خواص اتم‌هاي مجزا و ساختمان كريستالي ماده جامد را تحت تأثير قرار مي‌دهد. نيروهاي مغناطيس بدليل حركت الكترون‌ها بوجود مي‌آيند. حركت اربيتالي الكترون در اطراف هسته بصورت يك حلقة جريان مي‌تواند در نظر گرفته شود. كه باعث ايجاد مومان مغناطيس در امتداد محور دوران الكترون مي‌گردد. منبع مومان مغنتاطيس الكترون، ناشي از خاصيت مكانيكي موسوم به » اسپين( چرخش)« است. اين خاصيت تا حدي شبيه به تصوير يك الكترون است كه حول محورش مي‌چرخد ولي» اسپين« مكانيك كوانتومي پديده‌اي است كه در واقع از يك معناي ماكروسكوپي ناشي مي‌شود بنابرين ممكن است همواره صادق نباشد مومان‌هاي مغناطيس اسپين ممكن است جهت‌هاي خودشان راتغيير دهند و به طرف بالا يا پائين تغيير نمايند. در يك اتم مومان‌هاي مغناطيس اربيتال زوج الكترون در جهت‌هاي مخالف هم يكديگر را حذف مي‌كنند. مومان مغناطيس كلي برابر با مجموع مومان‌هاي مغناطيسي الكترون‌هاي مجزا است. براي يك لاية الكتروني كاملاَ پر شده مومان‌هاي مغناطيسي يكديگر را كاملاَ حذف مي‌كنند بنابراين لايه‌هاي الكتروني‌اي كه كامل پر نشده‌اند داراي يك مومان مغناطيس متفاوت با لايه‌هاي پر شده است ،

مي‌باشند. نيروهاي مغناطيس بدليل تفاوت‌ ساختار بلوري در مواد فرومغناطيس فرق مي‌نمايد. در يك فرومغناطيس، تعامل مومان‌ها باعث مي‌شود كه اتم‌ها در كنار يكديگر قرار گيرند كه باعث ايجاد يك ميدان مغناطيس داخلي قوي دائمي مي‌گردد و در اين ميدان قوي است كه مواد فرومغناطيس جذب يكديگر مي‌شوند. نيروهاي جفت‌كردن تمايل به ايجاد مومان‌هاي مجاور يكديگر را دارند. در ميدان مغناطيس ماده شامل تعدادي از حوزه‌هاي مختلف است كه ممكن است يكديگر را خنثي

كرده يا نكنند. اگر ميدان مغناطيس حذف شود حوزه‌ها از بين مي‌روند و ديگر عمل نمي‌كنند اگر ماده مدت كافي در معرض يك ميدان مغناطيسي قوي قرار گرفته باشد حوزه بطور دائمي همراستا مي‌شوند و ماده يك مغناطيس دائمي مي‌گردد.
سوپر پارامغناطيس
رفتار ماده مشابه با حالت پارا مغناطيس در دماي cuire يا Neel را مي‌گويند.
معمولاَ نيوهاي جفت كننده در مواد مغناطيس باعث همراستا شدن مومان اتمهاي همسايه ميشود و ميدان مغناطيس بوجود مي‌آيد در دماهاي بالاتر از دماي cuire وneel ممكن است مواد آنتي فرومغناطيس بوجود آيد. و مومان‌ها بصورت تصادفي نوسان كنند. در ميدان مغناطيس داخلي ماده رفتار پارامغناطيس نشان نمي‌دهد سوپر پاارامغناطيس حالتي است كه در موادي تشكيل مي‌شود كه از كريستالهاي كوچك ( ) تشكيل شده‌اند. در اين حالت دما مي‌تواند براي غلبه بر نيروهاي جفت‌كننده بين اتمهاي مجاور مؤثر باشد و انرژي حرارتي براي تغييردادن جهت كريستاليت بطوركامل كافي مي‌باشد. نوسانات حاصل در مغناطيس كردن باعث مي‌شود كه ميدان مغناطيس بطور متوسط به صفر برسد و ماده به شيوه‌اي مشابه با پارامغناطيس عمل كند. مومان مغناطيسي تمايل دارد كه با ميدان مغناطيس همراه شود. انرژي براي تغيير جهت مومان‌ها در كريستال‌ها لازم مي‌باشد ك اين انرژي به انرژي ايزوتروپي كريستالين معروف است و بستگي به خواص ماده و اندازة كريستاليت دارد. وقتي انرژي كم مي‌شود حالت سوپرپارامغناطيس تغيير مي‌نمايد.
به‌كلي- ميكروسكوپ PEEM2 ، با امكانات اشعه X ، ( براي طيف‌سنجي) تحت منبع نور(ALS ) در آزمايشگاه ملي بركلي( بخش انرژي) تصاويري از ساختار لاية نازك آنتي فرومغناطيس توليد كرده است كه ماده‌اي حياتي براي ساختن هدهاي كامپيوتر در قسمت درايوهاي هارديسك مي‌باشدو تصاوير دقيق نشان داده‌اند كه همراستايي حوزه‌هاي مغناطيس در اكسيد آهن لانتانيوم وجود دارد كه هر كدام فقط چندصد نانومتر اندازه دارد و مربوط به يك وضعيت خاص كريستالهاي ماده است. اين يافته‌ها ايجاد دستگاههاي مغناطيسي بهبود يافته را نويد مي‌دهد. PEEM2 طبق توافق تحقيق و توسعة شركت بين شركت IBM و آزمايشگاه بركلي ساخته شد(با همكاري دانشگاه ايالت آريزونا) نتيجة تحقيقات منتشر شده در ۱۱ فوريه در مجله علوم چنين است:

»يك هد مدرن از لايه‌هاي بسيار نازك با خواص مغناطيسي مختلف استفاده مي‌كند، وقتي هد از هارد ديسك عبور مي‌نمايد، اين لايه‌ها محل دامنه‌ها را برروي ديسك احساس ميكنند و باعث مي‌شوند كه پاسخ مقاومت الكتريكي هد تغيير نمايد. وقتي لايه‌هاي فرومغناطيسي هد وضعيت مغناطيسي پيدا مي كنند، مقاومت الكتريكي كمتر از زماني نشان مي‌دهند كه از لحاظ مغناطيسي مخالفت مي‌شدند. براي ارتباط يك لايه(سوئيچ) به لايه ديگر بطور مستقل بايد لايه مغناطيسي توسط يك لايه آنتي‌فرومغناطيس زيرين دوخته شود كه به ميدانهاي مغناطيسي بكار رفته حساسيت ندارد. هيچكس دقيقاَ نمي‌داند كه مكانيسمي كه فرومغناطيس را به آنتي‌فرومغناطيس جفت مي‌نمايد چيست. براي بررسي مواد مغناطيسي، محققان به ابزاري با قدرت بالا احتياج داشتند و بايد يك نوع اتم را از اتم ديگر متمايز مي‌كردند« تنها روشي كه بتوا

ند اين كار را انجام دهد ميكروسكوپ PEEM است. يك اشعه از جنس( ورودي) X برروي يك نمونه در PEEM2 متمركز مي‌شود تا الكترونها منتشر گردند. (خروجي) انرژي اشعه خروجي مي‌تواند براي عناصر معيني تعيين گردد مثلاَ آهن الكترونها را با شدت بيشتري منتشر مي‌كند هنگامي كه فوتونها در اشعه داراي انرژي حدود ۷۱۰ الكترون ولت باشد.
اشعه X مي‌تواند به طور خطي پلاريزه شود، پلاريزاسيون دايره‌اي براي نشان دادن مواد

فرومغناطيس استفاده مي‌شود. كه دامنه‌هاي آنها داراي اسپين‌هاي مغناطيسي همراستا شده در همان جهت مي‌باشد. براي نشان دادن دامنه‌هاي آنتي‌فرومغناطيس پلاريزاسيون خطي لازم است وقتي محور الكتريكي( بردار E ) از نور پلاريزه شدة خطي موازي با محور اسپين در يك دامنه باشد، اشعه انتشار الكترون را تهييج مي‌كند كه برروي تصوير PEEM2 نشان داده مي‌شود در جايي كه اسپين‌ها در زاوية قائم نسبت به بردار Eنور پلاريزه شده آرايش مي‌يابند ساختار مغناطيس

سطح مي‌تواند از اين تصاوير بدست آيد.