铁磁性与反铁磁性（ferromagnetism and antiferromagnetism）

溶液中一个孤立的铁原子是顺磁性的，被磁铁微微一拽，此外平平无奇。然而一根铁棒却能变成一块永久磁铁，以你能感觉到的力贴在冰箱上。是什么把孤立原子那微弱的磁性变成如此强大的东西？答案是协同：在某些固体里，原子磁矩不再各自为政，而开始一起排齐，这个现象叫作协同磁性。

普通顺磁性假定每个未成对电子的磁矩想指哪指哪、被热扰动着，所以它们只能微弱地与外加场对齐。协同磁性则是当相邻磁矩通过晶格耦合、相互影响彼此方向时发生的事。如果耦合使相邻磁矩指向同一方向，它们便相互加强，即便不加外场也汇成很大的净磁性——这就是铁磁性，即铁、钴、镍金属的行为，也是永久磁铁的基础。如果耦合反而使相邻者指向相反方向，它们便成对抵消，固体几乎没有净磁矩——这就是反铁磁性，见于许多过渡金属氧化物如 MnO。一个近亲，亚铁磁性，有大小不等的相反磁矩、并不完全抵消，留下一个净磁矩（这正是古老的天然磁石——磁铁矿——的磁性）。

凡是固态无机材料与技术相遇之处，这些行为都很重要——永久磁铁、磁存储、记录介质里的氧化铁。它们还以一种意味深长的方式对温度敏感：热终究会压倒耦合，所以铁磁体在一个临界温度（居里点）以上失去有序、反铁磁体在它自己的临界温度（奈尔点）以上也失去有序，退回到普通的顺磁性。要把握的诚实区别是：顺磁性是孤立磁矩的属性，是纯自旋公式的领地，而铁磁性与反铁磁性是整个晶格的集体属性——它们无法存在于一个孤立分子或稀溶液里，只存在于许多磁中心彼此靠得足够近、能相互交谈的地方。