مصفوفة هالباخ هي ترتيب محدد لسلسلة من المغناطيسات الدائمة. تحتوي المصفوفة على نمط مغناطيسي دوار مكانيًا يلغي المجال من جانب ، لكنه يعززه من الجانب الآخر. تتمثل المزايا الرئيسية لمصفوفات Halbach في قدرتها على إنتاج مجالات مغناطيسية قوية على جانب واحد بينما تخلق حقلاً شاردًا صغيرًا جدًا على الجانب الآخر. يمكن فهم هذا التأثير بشكل أفضل من خلال مراقبة توزيع التدفق المغناطيسي.
يتم دمج شرائط من المواد المغناطيسية (المواد التي يمكن أن تكون ممغنطة بشكل دائم) مع مغناطيسات متناوبة بحيث تكون المجالات المغناطيسية محاذاة فوق مستوى الهيكل المركب ، بينما أسفل الهيكل تكون الحقول في اتجاهين متعاكسين وتلغي. بتعبير أدق ، المكونات المتناوبة للمغنطة هي p / 2 أو 90oخارج المرحلة.
في الحالة المثالية الموضحة أعلاه ، سينتج هذا التراكب حقلاً فوق المستوى يكون أكبر بمرتين مما لو كان الهيكل ممغنطًا بشكل موحد ، ولا يوجد مجال أسفل المستوى. ومع ذلك ، في الواقع ، لا يتم ملاحظة الحالة المثالية أبدًا ويتم إنتاج حقل صغير جدًا على الجانب السفلي. يمكن متابعة هذا الترتيب إلى أجل غير مسمى لإنتاج مصفوفات كبيرة.
تم اكتشاف هياكل "التدفق أحادي الجانب" لأول مرة بواسطة جون سي مالينسون في عام 1973 ، الذي وصفها بـ "الفضول" مع إمكانية تحسين تقنية تسجيل الشريط المغناطيسي. ومع ذلك ، فإن إمكاناتهم الحقيقية لم تتحقق حتى ثمانينيات القرن الماضي ، عندما أعاد عالم الفيزياء في بيركلي كلاوس هالباش اكتشاف هذه الظاهرة المغناطيسية بشكل مستقل وأنشأ مصفوفات هالباخ لاستخدامها في مسرعات الجسيمات. توجيه حزم مسرع الجسيمات.
تمتلك مصفوفات Halbach الآن العديد من التطبيقات وتُستخدم في مجموعة من الأنظمة متفاوتة التعقيد. أحد أبسط تطبيقات صفائف هالباخ هو مغناطيس الثلاجة. في هذه الحالة ، يتم استغلال خصائص التدفق أحادي الجانب من أجل تعزيز قوة المغناطيس. يمكن أيضًا دمج المصفوفات المتغيرة من القضبان المغناطيسية لإنشاء أنظمة قفل بسيطة. إذا تم ترتيب مغناطيسات القضبان بحيث يتم تكبير الحقل إلى أقصى حد أعلى المستوى وتقليله إلى أدنى حد أسفله ، يمكن قلب حصر التدفق عن طريق تدوير كل قضيب 90o.
مثال أكثر تقدمًا على مجموعة Halbach أثناء العمل هو مسار قطار Maglev أو Inductrack ، حيث يتم استخدام الرفع المغناطيسي لدعم النقل. ترفع المصفوفات المغناطيسية القطار مسافة صغيرة فوق المسار ويمكن أن تدعم وزنًا يصل إلى 50 ضعف وزن المغناطيس. تعتمد العملية على مبدأ الاستقراء ؛ عندما يتم تمرير المصفوفة فوق ملفات المسار المعدني ، فإن الاختلافات في المجال المغناطيسي تؤدي إلى وجود جهد في المسار. يقوم المسار بعد ذلك بإنشاء مجال مغناطيسي خاص به ، وبالمثل عندما تحاول دفع القطبين المتشابهين لمغناطيس القضبان معًا ، عندما يتماشى هذا الحقل مع المجال الذي تنتجه مصفوفة Halbach ، يتسبب التنافر في رفع القطار. لا تعاني قطارات Maglev من العديد من قوى الاحتكاك التي تبطئ القطارات التقليدية ذات العجلات وتكون قادرة على توفير نقل عالي السرعة. في الواقع ، فإن نظام القطارات SCMaglev الياباني ، الذي وصل إلى 361 ميلاً في الساعة في عام 2003 ، يحمل حاليًا رقم غينيس العالمي القياسي لأسرع وسيلة نقل بالسكك الحديدية.
تُستخدم مصفوفات Halbach أيضًا في التجارب العلمية المتقدمة مثل السنكروترونات والليزر الإلكتروني الحر (FELs) ، حيث تُعرف باسم Halbach 'wigglers'. تتمتع FELs بنطاق تردد واسع للغاية وقابل للضبط للغاية ، وتستخدم في العديد من التطبيقات التي تتراوح من الطبية إلى العسكرية. متذبذب هالباخ هو أحد المكونات الأساسية لـ FEL ، حيث يتم استخدام المجال المغناطيسي للصفيف "لتذبذب" بشكل دوري شعاع من الجسيمات المشحونة (عادةً الإلكترونات). يتسبب تأثير الاهتزاز في حدوث تغيير في الاتجاه وبالتالي تغيير في تسارع الجسيمات. وهذا بدوره يؤدي إلى انبعاث إشعاع سنكروتروني عالي الكثافة (فوتونات) عندما يقترن بمصدر ليزر خارجي.
من الممكن أيضًا إنشاء أسطوانات وحلقات Halbach ، حيث يكون المجال المغناطيسي قويًا داخل الحلقة أو الأسطوانة ولكنه مهمل في الخارج ، أو العكس بالعكس اعتمادًا على ترتيب المغناطيسات. تُستخدم هذه الهياكل عادةً لمحركات التيار المتردد بدون فرش ، حيث يمكن للحقول الشاردة تقليديًا أن تقلل من عزم الدوران والكفاءة. ومع ذلك ، نظرًا لأن أسطوانات Halbach محمية بشكل جوهري بهيكلها ، مع احتواء كل التدفق تقريبًا داخل المركز ، فإنها قادرة على تجنب هذه المشكلة وإنتاج عزم دوران أعلى.