Halbachovo pole je specifické uspořádání řady permanentních magnetů. Pole má prostorově rotující vzor magnetismu, který pole na jedné straně ruší, ale na druhé zesiluje. Hlavní výhody Halbachových polí jsou, že mohou produkovat silná magnetická pole na jedné straně, zatímco na opačné straně vytvářejí velmi malé rozptylové pole. Tento efekt nejlépe pochopíte pozorováním rozložení magnetického toku.
Pásy feromagnetických materiálů (materiály, které mohou být permanentně magnetizovány) se střídavou magnetizací jsou kombinovány tak, že magnetická pole se vyrovnávají nad rovinou kompozitní struktury, zatímco pod strukturou jsou pole v opačných směrech a ruší se. Přesněji řečeno, střídavé složky magnetizace jsou p/2 nebo 90oz fáze.
V ideálním případě, znázorněném výše, by tato superpozice vytvořila pole nad rovinou, které je dvakrát větší, než kdyby byla struktura rovnoměrně zmagnetizována, a žádné pole pod rovinou. Ve skutečnosti však není ideální případ nikdy dodržen a na spodní straně se vytvoří velmi malé pole. Toto uspořádání může pokračovat donekonečna, aby se vytvořila velká pole.
Tyto "jednostranné tokové" struktury byly poprvé objeveny Johnem C. Mallinsonem v roce 1973, který je popsal jako "kuriozity" s potenciálem zlepšit technologii záznamu na magnetickou pásku. Jejich skutečný potenciál byl však realizován až v 80. letech 20. století, kdy fyzik z Berkley Klaus Halbach nezávisle znovu objevil tento magnetický jev a vytvořil Halbachova pole pro použití v urychlovačích částic. Halbach vyrobil pole pomocí feromagnetického materiálu kobaltu k vytvoření silných magnetických polí pro zaostření a řízení paprsků urychlovače částic.
Pole Halbach mají nyní mnoho aplikací a používají se v řadě systémů různé složitosti. Jedna z nejjednodušších aplikací Halbachových polí je v magnetech ledniček. V tomto případě se využívají vlastnosti jednostranného toku, aby se zvýšila přídržná síla magnetu. Variabilní pole magnetických tyčí lze také kombinovat a vytvářet jednoduché uzamykací systémy. Pokud jsou magnetizace tyčí uspořádány tak, že pole je maximalizováno nad rovinou a minimalizováno pod ní, lze omezení toku převrátit otočením každé tyče o 90°.o.
Pokročilejším příkladem pole Halbach v akci je železniční trať Maglev nebo Inductrack, kde se k podpoře vozíku používá magnetická levitace. Magnetická pole zvednou vlak na malou vzdálenost nad trať a mohou unést hmotnost až 50násobku hmotnosti magnetu. Provoz je založen na principu indukce; jak pole prochází přes kovové cívky dráhy, změny v magnetickém poli indukují napětí ve stopě. Dráha pak vytváří své vlastní magnetické pole a podobně jako když se pokoušíte přitlačit dva podobné póly tyčových magnetů k sobě, když se toto pole vyrovná s polem vytvářeným Halbachovým polem, odpuzování způsobí, že vlak levituje. Vlaky Maglev netrpí mnoha třecími silami, které zpomalují tradiční kolové vlaky a jsou schopny zajistit vysokorychlostní dopravu. Ve skutečnosti japonský vlakový systém SCMaglev, který v roce 2003 dosáhl rychlosti 361 mph, je v současné době držitelem Guinessovy knihy rekordů pro nejrychlejší železniční dopravu.
Halbachova pole se také používají v pokročilých vědeckých experimentech, jako jsou synchrotrony a lasery s volnými elektrony (FEL), kde jsou známé jako Halbachovy „wigglery“. FEL mají velmi široký a vysoce laditelný frekvenční rozsah a používají se v mnoha aplikacích od lékařských až po vojenské. Halbachův wiggler je jednou z hlavních součástí FEL, kde se magnetické pole pole používá k periodickému „vlnění“ paprsku nabitých částic (obvykle elektronů). Vibrační efekt způsobuje změnu směru a tím i změnu zrychlení částic. To zase vede k emisi vysoce intenzivního synchrotronového záření (fotonů) v kombinaci s externím laserovým zdrojem.
Je také možné vytvořit Halbachovy válce a prstence, kde je magnetické pole uvnitř prstence nebo válce silné, ale venku zanedbatelné, nebo naopak v závislosti na uspořádání magnetů. Tyto struktury se obvykle používají pro bezkomutátorové střídavé motory, kde mohou rozptylová pole snižovat točivý moment a účinnost. Protože jsou však Halbachovy válce svou strukturou vnitřně chráněny, přičemž téměř veškerý tok je obsažen ve středu, jsou schopny se tomuto problému vyhnout a produkovat vyšší krouticí momenty.