ХХ століття і наш час
Джеймс Клерк Максвелл синтезував і розширив це розуміння рівнянь Максвелла, об’єднавши електрика, магнетизм і оптику в області електромагнетизму. У 1905 році Ейнштейн використав ці закони, мотивуючи свою теорію спеціальної теорії відносності, вимагаючи, щоб закони зберігалися у всіх інерціальних системах відліку.
Електромагнетизм продовжував розвиватися в XXI столітті, будучи включеним у більш фундаментальні теорії калібрувальної теорії, квантової електродинаміки, электрослабой теорії і, нарешті, в стандартну модель. В наш час вчені вже щосили вивчають магнітні властивості наноструктурних матеріалів. Але самі великі і дивовижні відкриття в цій області, ймовірно, все ще чекають нас попереду.
Суть
Магнітні властивості матеріалів в основному обумовлені магнітними моментами орбітальних електронів їх атомів. Магнітні моменти ядер атомів зазвичай у тисячі разів менше, ніж у електронів, а тому вони незначні в контексті намагнічування матеріалів. Ядерні магнітні моменти тим не менше є дуже важливими в інших контекстах, особливо в ядерно-магнітному резонансі (ЯМР) і магнітно-резонансної томографії (МРТ).
Зазвичай величезна кількість електронів в матеріалі влаштовано так, що їх магнітні моменти (як орбітальні, так і внутрішні) зводяться на немає. В деякій мірі це пов’язано з тим, що електрони об’єднуються в пари з протилежними власними магнітними моментами в результаті принципу Паулі (див. Конфігурацію електронів) і об’єднуються в заповнені подоболочки з нульовим сумарним орбітальним рухом.
В обох випадках електрони переважно використовують схеми, в яких магнітний момент кожного електрона нейтралізується протилежною моментом іншого електрона. Більш того, навіть коли конфігурація електронів така, що існують неспарені електрони і / або незаповнені подоболочки, часто буває так, що різні електрони в твердому тілі будуть вносити магнітні моменти, які вказують у різних випадкових напрямках, так що матеріал не буде магнітним.
Іноді, або самостійно, або через прикладеного зовнішнього магнітного поля – кожен з магнітних моментів електронів буде в середньому збудований в лінію. Відповідний матеріал може створити сильне чисте магнітне поле.
Магнітне поведінку матеріалу залежить від його структури, зокрема від електронної конфігурації, з причин, вказаних вище, а також від температури. При високих температурах випадкове тепловий рух ускладнює вирівнювання електронів.
