磁偶極矩（magnetic dipole moment）

每一塊磁鐵，不論多小，都有兩端：一個 N 極和一個 S 極。這種南北成對就是磁偶極，而磁偶極矩是一支小箭頭，量出這塊小磁鐵有多強、指向哪裡。指南針的針就是看得見的偶極；令人意外的是，磁性最深處是從單一原子裡的電子開始的，每個電子都帶著自己的迷你偶極。

電子以兩種方式產生磁矩：繞原子核運動（像一個微小的電流迴圈），以及更重要的自身自旋（spin）。這些原子磁矩的自然單位是波耳磁子（Bohr magneton），約 9.27 x 10^-24 安培乘平方公尺。關鍵規則是成對：當兩個電子以相反自旋共用一個軌域時，它們的磁矩互相抵消，因此只有未成對的電子才留下淨磁矩。鐵原子有四個未成對的 3d 電子，因而有很大的永久磁矩；氦原子則全部成對，幾乎沒有磁矩。

整塊材料的磁性行為，只不過是所有原子磁矩合起來做什麼的故事。若原子沒有淨磁矩，你得到微弱的抗磁性；若原子有磁矩但方向雜亂，就是順磁性；若某種特殊交互作用把大量磁矩鎖成平行，就是鐵磁性。所以偶極矩是這個領域裡一切磁性質的原子級積木。一個常見的誤解是磁性來自原子核或整個原子的移動；其實幾乎所有有用的磁性都來自未成對電子的自旋。