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物質磁性的起源
如果磁是電磁以太渦旋，一個磁鐵，沒看到任何電磁以太的渦旋，為什麼會有磁性？我們的回答是：物質的磁性起源於原子中電子的運動，電子的運動會產生一個電磁以太的渦旋。
早在1820年，丹麥科學家奧斯特就發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電存在著聯繫，從而把電學和磁學聯繫起來。
為了解釋永磁和磁化現象，安培提出了分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，而分子電流相當一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流做的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子 電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。
磁現象和電現象有本質的聯繫。物質的磁性和電子的運動結構有著密切的關係。烏倫貝克與哥德斯密特最先提出的電子自旋概念，是把電子看成一個帶電的小球，他們認為，與地球繞太陽的運動相似，電子一方面繞原子核運轉，相應有軌道角動量和軌道磁矩，另一方面又繞本身軸線自轉，具有自旋角動量和相應的自旋磁矩。施特恩-蓋拉赫從銀原子射線實驗中所測得的磁矩正是這自旋磁矩。（現在人們認為把電子自旋看成是小球繞本身軸線的轉動是不正確的。）
電子繞原子核作圓軌道運轉和繞本身的自旋運動都會產生電磁以太的渦旋而形成磁性，人們常用磁矩來描述磁性。因此電子具有磁矩，電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個聯合磁矩，對外沒有磁性作用。因此，物質的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個電子自旋磁矩的近似值等於一個波爾磁子 。 是原子磁矩的單位。因為原子核比電子重2000倍左右，其運動速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計。
孤立原子的磁矩決定於原子的結構。原子中如果有未被填滿的電子殼層，其電子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有“永久磁矩”。例如，鐵原子的原子序數為26，共有26個電子，在5個軌道中除了有一條軌道必須填入2個電子（自旋反平行）外，其餘4個軌道均只有一個電子，且這些電子的自旋方向平行，由此總的電子自旋磁 矩為4 。
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產生鐵磁性條件
鐵磁現象雖然發現很早，然而這些現象的本質原因和規律，還是在本世紀初才開始認識的。1907 年法國科學家外斯系統地提出了鐵磁性假說，其主要內容有：鐵磁物質內部存在很強的“分子場”，在“分子場”的作用下，原子磁矩趨於同向平行排列，即自發磁化至飽和，稱為自發磁化；鐵磁體自發磁化分成若干個小區域(這種自發磁化至飽和的小區域稱為磁疇)，由於各個區域(磁疇)的磁化方向各不相同，其磁性彼此 相互抵消，所以大塊鐵磁體對外不顯示磁性。
外斯的假說取得了很大成功，實驗證明了它的正確性，並在此基礎上發展了現代的鐵磁性理論。在分子場假說的基礎上，發展了自發磁化 （spontaneous magnetization）理論，解釋了鐵磁性的本質；在磁疇假說的基礎上發展了技術磁化理論，解釋了鐵磁體在磁場中的行為。
鐵磁性材料的磁性是自發產生的。所謂磁化過程(又稱感磁或充磁)只不過是把物質本身的磁性顯示出來，而不是由外界向物質提供磁性的過程。實驗證明，鐵磁質自發磁化的根源是原子(正離子)磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是電子自旋磁矩。與原子順磁性一樣，在原子的電子殼層中存在沒有被電子填滿 的狀態是產生鐵磁性的必要條件。
例如鐵的3d狀態有四個空位，鈷的3d狀態有三個空位，鎳的3d 態有二個空位。如果使充填的電子自旋磁矩按同向排列起來，將會得到較大磁矩，理論上鐵有4μB，鈷有3μB，鎳有2μB。
可是對另一些過渡族元素，如錳在3d態上有五個空位，若同向排列，則它們自旋磁矩的應是 5μB，但它並不是鐵磁性元素。因此，在原子中存在沒有被電子填滿的狀態(d或f態)是產生鐵磁性的必要條件，但不是充分條件。故產生鐵磁性不僅僅在於元 素的原子磁矩是否高，而且還要考慮形成晶體時，原子之間相互鍵合的作用是否對形成鐵磁性有利。這是形成鐵磁性的第二個條件。
根據鍵合理論可知，原子相互接近形成分子時，電子雲要相互重疊，電子要相互交換。對於過渡族金屬，原子的3d的狀態與s態能量相差不大，因此它 們的電子雲也將重疊，引起s、d狀態電子的再分配。這種交換便產生一種交換能Eex(與交換積分有關)，此交換能有可能使相鄰原子內d層末抵消的自旋磁矩 同向排列起來。
量子力學計算表明，當磁性物質內部相鄰原子的電子交換積分為正時(A＞0)，相鄰原子磁矩將同向平行排列，從而實現自發磁化。這就是鐵磁性 產生的原因。這種相鄰原子的電子交換效應，其本質仍是靜電力迫使電子自旋磁矩平行排列，作用的效果好像強磁場一樣。外斯分子場就是這樣得名的。
理論計算證明，交換積分A不僅與電子運動狀態的波函數有關，而且強烈地依賴子原子核之間的距離Rab (點陣常數)，如圖5-13所示。由圖可見，只有當原子核之間的距離Rab與參加交換作用的電子距核的距離(電子殼層半徑)r之比大於3，交換積分才有可 能為正。鐵、鈷、鎳以及某些稀土元素滿足自發磁化的條件。鉻、錳的A是負值，不是鐵磁性金屬，但通過合金化作用，改變其點陣常數，使得Rab /r之比大於3，便可得到鐵磁性合金。
綜上所述，鐵磁性產生的條件：
①原子內部要有末填滿的電子殼層；
②及Rab／r之比大於3使交換積分A為正。前者指的是原子本徵磁矩不為零；後者指的是要有一定的晶體結構。
根據自發磁化的過程和理論，可以解釋許多鐵磁特性。例如溫度對鐵磁性的影響。當溫度升高時，原子間距加大，降低了交換作用，同時熱運動不斷破壞 原子磁矩的規則取向，故自發磁化強度Ms下降。直到溫度高於居里點，以致完全破壞了原子磁矩的規則取向，自發磁矩就不存在了，材料由鐵磁性變為順磁性。同樣，可以解釋磁晶各向異性、磁致伸縮等。