Un array Halbach è una disposizione specifica di una serie di magneti permanenti. L'array ha un modello di magnetismo che ruota spazialmente che annulla il campo da un lato, ma lo aumenta dall'altro. I principali vantaggi degli array Halbach sono che possono produrre forti campi magnetici su un lato mentre creano un campo randagio molto piccolo sul lato opposto. Questo effetto è meglio compreso osservando la distribuzione del flusso magnetico.
Strisce di materiali ferromagnetici (materiali magnetizzabili in modo permanente) con magnetizzazioni alternate sono combinate in modo tale che i campi magnetici si allineino al di sopra del piano della struttura composita, mentre al di sotto della struttura i campi sono in direzioni opposte e si annullano. Più precisamente, le componenti alternate della magnetizzazione sono p/2 o 90ofuori fase.
Nel caso ideale, mostrato sopra, questa sovrapposizione produrrebbe un campo sopra il piano che è due volte più grande come se la struttura fosse magnetizzata uniformemente e nessun campo sotto il piano. Tuttavia, in realtà il caso ideale non viene mai osservato e si produce un campo molto piccolo sul lato inferiore. Questa disposizione può essere continuata indefinitamente per produrre grandi array.
Queste strutture di "flusso unilaterale" furono scoperte per la prima volta da John C. Mallinson nel 1973, che le descrisse come "curiosità" con il potenziale per migliorare la tecnologia di registrazione su nastro magnetico. Tuttavia, il loro vero potenziale non è stato realizzato fino agli anni '80, quando il fisico di Berkley Klaus Halbach ha riscoperto in modo indipendente questo fenomeno magnetico e ha creato array Halbach da utilizzare negli acceleratori di particelle. Halbach ha prodotto gli array utilizzando il materiale ferromagnetico cobalto per generare forti campi magnetici per la messa a fuoco e dirigere i raggi dell'acceleratore di particelle.
Gli array Halbach ora hanno molte applicazioni e sono utilizzati in una gamma di sistemi di varia complessità. Una delle applicazioni più semplici degli array Halbach è nei magneti da frigorifero. In questo caso si sfruttano le proprietà di flusso unilaterale per aumentare la forza di tenuta del magnete. È inoltre possibile combinare matrici variabili di barre magnetiche per creare semplici sistemi di chiusura. Se le magnetizzazioni delle aste sono disposte in modo tale che il campo sia massimizzato sopra il piano e minimizzato sotto di esso, il confinamento del flusso può essere capovolto ruotando ciascuna asta 90o.
Un esempio più avanzato di un array Halbach in azione è in un binario del treno Maglev o Inductrack, dove la levitazione magnetica viene utilizzata per supportare la carrozza. Gli array magnetici sollevano il treno per una piccola distanza sopra il binario e possono sostenere un peso fino a 50 volte quello del magnete. L'operazione si basa sul principio dell'induzione; quando l'array viene fatto passare sulle bobine metalliche della pista, le variazioni del campo magnetico inducono una tensione nella pista. Il binario crea quindi il proprio campo magnetico e, in modo simile a quando si tenta di spingere insieme i due poli simili delle barre magnetiche, quando questo campo si allinea con il campo prodotto dall'array Halbach, la repulsione fa levitare il treno. I treni Maglev non subiscono molte delle forze di attrito che rallentano i tradizionali treni a ruote e sono in grado di fornire trasporti ad alta velocità. In effetti, il sistema ferroviario giapponese SCMaglev, che ha raggiunto i 361 mph nel 2003, detiene attualmente il Guinness World Record per il trasporto ferroviario più veloce.
Gli array Halbach sono utilizzati anche in esperimenti scientifici avanzati come sincrotroni e laser a elettroni liberi (FEL), dove sono conosciuti come "wiggler" di Halbach. I FEL hanno una gamma di frequenza molto ampia e altamente sintonizzabile e sono utilizzati in molte applicazioni che vanno dal medico al militare. Un oscillatore Halbach è uno dei componenti principali di un FEL, in cui il campo magnetico dell'array viene utilizzato per "muovere" periodicamente un raggio di particelle cariche (di solito elettroni). L'effetto di oscillazione provoca un cambiamento di direzione e quindi un cambiamento nell'accelerazione delle particelle. Questo a sua volta porta all'emissione di radiazioni di sincrotrone ad alta intensità (fotoni) quando combinato con una sorgente laser esterna.
È anche possibile realizzare cilindri e anelli Halbach, dove il campo magnetico è forte all'interno dell'anello o del cilindro ma trascurabile all'esterno, o viceversa a seconda della disposizione dei magneti. Queste strutture sono in genere utilizzate per i motori AC brushless, dove i campi tradizionalmente vaganti possono ridurre la coppia e l'efficienza. Tuttavia, poiché i cilindri Halbach sono intrinsecamente schermati dalla loro struttura, con quasi tutto il flusso contenuto all'interno del centro, sono in grado di evitare questo problema e produrre coppie più elevate.