鐵磁性與反鐵磁性（ferromagnetism and antiferromagnetism）

溶液中一個孤立的鐵原子是順磁性的，被磁鐵微微一拽，此外平平無奇。然而一根鐵棒卻能變成一塊永久磁鐵，以你能感覺到的力貼在冰箱上。是什麼把孤立原子那微弱的磁性變成如此強大的東西？答案是協同：在某些固體裡，原子磁矩不再各自為政，而開始一起排齊，這個現象叫作協同磁性。

普通順磁性假定每個未成對電子的磁矩想指哪指哪、被熱擾動著，所以它們只能微弱地與外加場對齊。協同磁性則是當相鄰磁矩透過晶格耦合、相互影響彼此方向時發生的事。如果耦合使相鄰磁矩指向同一方向，它們便相互加強，即便不加外場也匯成很大的淨磁性——這就是鐵磁性，即鐵、鈷、鎳金屬的行為，也是永久磁鐵的基礎。如果耦合反而使相鄰者指向相反方向，它們便成對抵消，固體幾乎沒有淨磁矩——這就是反鐵磁性，見於許多過渡金屬氧化物如 MnO。一個近親，亞鐵磁性，有大小不等的相反磁矩、並不完全抵消，留下一個淨磁矩（這正是古老的天然磁石——磁鐵礦——的磁性）。

凡是固態無機材料與技術相遇之處，這些行為都很重要——永久磁鐵、磁儲存、記錄介質裡的氧化鐵。它們還以一種意味深長的方式對溫度敏感：熱終究會壓倒耦合，所以鐵磁體在一個臨界溫度（居里點）以上失去有序、反鐵磁體在它自己的臨界溫度（奈爾點）以上也失去有序，退回到普通的順磁性。要把握的誠實區別是：順磁性是孤立磁矩的屬性，是純自旋公式的領地，而鐵磁性與反鐵磁性是整個晶格的集體屬性——它們無法存在於一個孤立分子或稀溶液裡，只存在於許多磁中心彼此靠得足夠近、能相互交談的地方。