Tablica Halbacha to specyficzny układ szeregu magnesów trwałych. Matryca ma przestrzennie wirujący wzór magnetyzmu, który anuluje pole z jednej strony, ale wzmacnia je z drugiej. Główną zaletą matryc Halbach jest to, że mogą wytwarzać silne pola magnetyczne po jednej stronie, a po przeciwnej stronie wytwarzają bardzo małe pole rozproszenia. Efekt ten najlepiej zrozumieć, obserwując rozkład strumienia magnetycznego.
Paski materiałów ferromagnetycznych (materiałów, które mogą być namagnesowane trwale) o naprzemiennym namagnesowaniu są łączone w taki sposób, że pola magnetyczne są wyrównane nad płaszczyzną struktury kompozytowej, podczas gdy poniżej struktury pola są w przeciwnych kierunkach i znoszą się. Dokładniej, zmienne składowe namagnesowania to p/2 lub 90opoza fazą.
W idealnym przypadku, pokazanym powyżej, ta superpozycja wytworzyłaby pole nad płaszczyzną, które byłoby dwa razy większe, niż gdyby struktura była jednorodnie namagnesowana, i żadnego pola poniżej płaszczyzny. Jednak w rzeczywistości nigdy nie obserwuje się idealnego przypadku, a na spodzie powstaje bardzo małe pole. Ten układ może być kontynuowany w nieskończoność, aby wytworzyć duże tablice.
Te struktury „jednostronnego strumienia” zostały po raz pierwszy odkryte przez Johna C. Mallinsona w 1973 roku, który opisał je jako „ciekawostki” mogące ulepszyć technologię nagrywania na taśmie magnetycznej. Jednak ich prawdziwy potencjał nie został uświadomiony aż do lat 80. XX wieku, kiedy fizyk z Berkley Klaus Halbach niezależnie odkrył na nowo to zjawisko magnetyczne i stworzył macierze Halbacha do użytku w akceleratorach cząstek. sterowanie wiązkami akceleratora cząstek.
Macierze Halbacha mają obecnie wiele zastosowań i są używane w wielu systemach o różnej złożoności. Jednym z najprostszych zastosowań tablic Halbacha są magnesy na lodówkę. W tym przypadku wykorzystuje się jednostronne właściwości strumienia w celu zwiększenia siły trzymania magnesu. Zmienne układy prętów magnetycznych można również łączyć w celu stworzenia prostych systemów blokujących. Jeśli namagnesowania prętów są ustawione tak, że pole jest zmaksymalizowane powyżej płaszczyzny i zminimalizowane poniżej, ograniczenie strumienia można odwrócić, obracając każdy pręt o 90o.
Bardziej zaawansowany przykład działania tablicy Halbach to tor kolejowy Maglev lub Inductrack, gdzie do podtrzymywania wagonu używa się lewitacji magnetycznej. Tablice magnetyczne unoszą pociąg na niewielką odległość nad torami i mogą utrzymać ciężar do 50 razy większy niż magnes. Operacja oparta jest na zasadzie indukcji; gdy szyk jest przepuszczany przez metalowe cewki toru, zmiany pola magnetycznego indukują napięcie w torze. Tor następnie wytwarza własne pole magnetyczne i, podobnie jak w przypadku próby zepchnięcia dwóch podobnych do siebie biegunów magnesów sztabkowych, kiedy to pole wyrównuje się z polem wytwarzanym przez szyk Halbacha, odpychanie powoduje lewitację pociągu. Pociągi Maglev nie cierpią z powodu wielu sił tarcia, które spowalniają tradycyjne pociągi kołowe i są w stanie zapewnić szybki transport. W rzeczywistości japoński system pociągów SCMaglev, który osiągnął 361 mil na godzinę w 2003 roku, jest obecnie rekordzistą Guinnessa w zakresie najszybszego transportu kolejowego.
Macierze Halbacha są również wykorzystywane w zaawansowanych eksperymentach naukowych, takich jak synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach (FEL), gdzie znane są jako „wigglery” Halbacha. FELs mają bardzo szeroki i wysoce przestrajalny zakres częstotliwości i są używane w wielu zastosowaniach, od medycznych po wojskowych. Wiggler Halbacha jest jednym z podstawowych elementów FEL, w którym pole magnetyczne matrycy jest wykorzystywane do okresowego „ruchu” wiązki naładowanych cząstek (zwykle elektronów). Efekt drgania powoduje zmianę kierunku, a tym samym zmianę przyspieszenia cząstek. To z kolei prowadzi do emisji promieniowania synchrotronowego o dużym natężeniu (fotonów) w połączeniu z zewnętrznym źródłem laserowym.
Możliwe jest również tworzenie cylindrów i pierścieni Halbacha, w których pole magnetyczne wewnątrz pierścienia lub cylindra jest silne, ale znikome na zewnątrz lub odwrotnie, w zależności od rozmieszczenia magnesów. Struktury te są zwykle używane w bezszczotkowych silnikach prądu przemiennego, w których tradycyjnie zabłąkane pola mogą zmniejszyć moment obrotowy i sprawność. Jednakże, ponieważ cylindry Halbacha są wewnętrznie osłonięte przez swoją strukturę, z prawie całym topnikiem zawartym w środku, są one w stanie uniknąć tego problemu i wytwarzać wyższe momenty obrotowe.