آرایه هالباخ آرایش خاصی از یک سری آهنرباهای دائمی است. این آرایه دارای یک الگوی چرخشی مکانی از مغناطیس است که میدان را از یک طرف خنثی می کند، اما از طرف دیگر آن را تقویت می کند. مزیت اصلی آرایههای هالباخ این است که میتوانند میدانهای مغناطیسی قوی در یک طرف ایجاد کنند در حالی که یک میدان سرگردان بسیار کوچک در طرف مقابل ایجاد میکنند. این اثر با مشاهده توزیع شار مغناطیسی به بهترین وجه قابل درک است.
نوارهایی از مواد فرومغناطیسی (موادی که می توانند به طور دائم مغناطیسی شوند) با مغناطش های متناوب به گونه ای ترکیب می شوند که میدان های مغناطیسی در بالای صفحه ساختار مرکب تراز شوند، در حالی که در زیر ساختار، میدان ها در جهت مخالف هستند و از بین می روند. به طور دقیق تر، اجزای متناوب مغناطیسی p/2 یا 90 هستندoخارج از مرحله.
در حالت ایده آل، که در بالا نشان داده شده است، این برهم نهی میدانی در بالای صفحه ایجاد می کند که دو برابر بزرگتر از آن است که ساختار به طور یکنواخت مغناطیسی شده باشد و هیچ میدانی در زیر صفحه وجود ندارد. با این حال، در واقعیت، حالت ایده آل هرگز مشاهده نمی شود و یک میدان بسیار کوچک در قسمت زیرین تولید می شود. این ترتیب را می توان برای تولید آرایه های بزرگ به طور نامحدود ادامه داد.
این ساختارهای "شار یک طرفه" برای اولین بار توسط جان سی. مالینسون در سال 1973 کشف شد، که آنها را به عنوان "کنجکاوی" با پتانسیل بهبود فناوری ضبط نوار مغناطیسی توصیف کرد. با این حال، پتانسیل واقعی آنها تا دهه 1980 محقق نشد، زمانی که کلاوس هالباخ، فیزیکدان برکلی، به طور مستقل این پدیده مغناطیسی را دوباره کشف کرد و آرایه های هالباخ را برای استفاده در شتاب دهنده های ذرات ایجاد کرد. هالباخ این آرایه ها را با استفاده از مواد فرومغناطیسی کبالت تولید کرد تا میدان های مغناطیسی قوی برای تمرکز و تمرکز ایجاد کند. هدایت پرتوهای شتاب دهنده ذرات
آرایه های هالباخ در حال حاضر کاربردهای زیادی دارند و در طیف وسیعی از سیستم ها با پیچیدگی های متفاوت استفاده می شوند. یکی از ساده ترین کاربردهای آرایه هالباخ در آهنرباهای یخچال است. در این مورد از خواص شار یک طرفه به منظور افزایش قدرت نگهداری آهنربا استفاده می شود. آرایه های متغیر میله های مغناطیسی نیز می توانند برای ایجاد سیستم های قفل ساده ترکیب شوند. اگر مغناطشهای میلهها طوری چیده شوند که میدان در بالای صفحه به حداکثر برسد و در زیر آن به حداقل برسد، میتوان با چرخش هر میله 90، محصور شار را تغییر داد.o.
یک نمونه پیشرفته تر از آرایه هالباخ در حال عمل، در مسیر قطار Maglev یا Inductrack است که در آن از شناور مغناطیسی برای پشتیبانی از واگن استفاده می شود. آرایه های مغناطیسی قطار را در فاصله کمی از مسیر بالا می برد و می تواند وزنی تا 50 برابر آهنربا را تحمل کند. این عملیات بر اساس اصل القاء است. همانطور که آرایه از روی سیم پیچ های فلزی مسیر عبور می کند، تغییرات میدان مغناطیسی باعث ایجاد ولتاژ در مسیر می شود. سپس مسیر میدان مغناطیسی خود را ایجاد میکند و مانند زمانی که میخواهید دو قطب آهنربای میلهای را به هم فشار دهید، زمانی که این میدان با میدان تولید شده توسط آرایه هالباخ همسو میشود، دافعه باعث میشود قطار معلق شود. قطارهای Maglev از بسیاری از نیروهای اصطکاک که سرعت قطارهای چرخدار سنتی را کاهش می دهد و قادر به حمل و نقل با سرعت بالا هستند، رنج نمی برند. در واقع، سیستم قطار ژاپنی SCMaglev که در سال 2003 به سرعت 361 مایل در ساعت رسید، در حال حاضر رکورد جهانی گینس را برای سریع ترین حمل و نقل ریلی در اختیار دارد.
آرایههای هالباخ همچنین در آزمایشهای علمی پیشرفتهای مانند سینکروترونها و لیزرهای الکترون آزاد (FELs) استفاده میشوند، جایی که آنها به عنوان «ویگلر» هالباخ شناخته میشوند. FELها دارای محدوده فرکانس بسیار گسترده و بسیار قابل تنظیم هستند و در بسیاری از کاربردها از پزشکی گرفته تا نظامی استفاده می شوند. یک تکان دهنده Halbach یکی از اجزای اصلی FEL است که در آن میدان مغناطیسی آرایه برای "تکان دادن" دوره ای پرتوی از ذرات باردار (معمولاً الکترون) استفاده می شود. اثر تکان دادن باعث تغییر جهت و در نتیجه تغییر در شتاب ذرات می شود. این به نوبه خود منجر به انتشار تابش سینکروترون با شدت بالا (فوتون) می شود که با یک منبع لیزر خارجی ترکیب شود.
همچنین می توان استوانه ها و حلقه های Halbach را ایجاد کرد، جایی که میدان مغناطیسی در داخل حلقه یا استوانه قوی است اما در خارج ناچیز است، یا برعکس بسته به آرایش آهنرباها. این ساختارها معمولاً برای موتورهای AC بدون جاروبک استفاده میشوند، جایی که میدانهای سرگردان به طور سنتی میتوانند گشتاور و کارایی را کاهش دهند. با این حال، از آنجایی که سیلندرهای هالباخ ذاتاً توسط ساختار خود محافظت می شوند و تقریباً تمام شار موجود در مرکز وجود دارد، می توانند از این مشکل اجتناب کنند و گشتاورهای بالاتری تولید کنند.