Ферромагнитное состояние вещества возникает из-за двух эффектов квантовой механики: спина и принципа исключения Паули. 1

Основной источник ферромагнетизма — спин электронов в атомах. 1 Из-за своей квантовой природы спин электрона может находиться в одном из двух состояний: с магнитным полем, направленным «вверх» или «вниз». 1 Когда эти магнитные диполи в куске вещества выровнены (их спины указывают в одном направлении), их индивидуальное магнитные поля складываются для создания гораздо большего макроскопического поля. 1

Необходимым условием существования ферромагнетизма является наличие отличных от нуля магнитных моментов электронных оболочек атомов или ионов. 3 Только атомы с частично заполненными оболочками (то есть неспаренные спины) могут иметь чистый магнитный момент, поэтому ферромагнетизм возникает только в материалах с частично заполненными оболочками. 1

Ответственным за ферромагнитное упорядочение магнитных моментов является положительное электростатическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу. 3