Et Halbach-array er et specifikt arrangement af en række permanente magneter. Arrayet har et rumligt roterende mønster af magnetisme, som annullerer feltet på den ene side, men forstærker det på den anden. De vigtigste fordele ved Halbach-arrays er, at de kan producere stærke magnetiske felter på den ene side, mens de skaber et meget lille herrefelt på den modsatte side. Denne effekt forstås bedst ved at observere den magnetiske fluxfordeling.
Strimler af ferromagnetiske materialer (materialer, der kan magnetiseres permanent) med vekslende magnetiseringer kombineres således, at magnetfelterne flugter over den sammensatte strukturs plan, mens felterne under strukturen er i modsatte retninger og udligner. Mere præcist er magnetiseringens alternerende komponenter p/2 eller 90oude af fase.
I det ideelle tilfælde, vist ovenfor, ville denne superposition frembringe et felt over planet, som er dobbelt så stort, som hvis strukturen var ensartet magnetiseret, og intet felt under planet. Men i virkeligheden bliver det ideelle tilfælde aldrig observeret, og der produceres et meget lille felt på undersiden. Dette arrangement kan fortsættes i det uendelige for at producere store arrays.
Disse "ensidige flux"-strukturer blev først opdaget af John C. Mallinson i 1973, som beskrev dem som "kuriositeter" med potentiale til at forbedre magnetbåndsoptagelsesteknologien. Deres sande potentiale blev dog ikke realiseret før i 1980'erne, da Berkley-fysiker Klaus Halbach uafhængigt genopdagede dette magnetiske fænomen og skabte Halbach-arrays til brug i partikelacceleratorer. Halbach producerede arrays ved hjælp af det ferromagnetiske materiale kobolt til at generere stærke magnetiske felter til fokusering og styring af partikelacceleratorens stråler.
Halbach-arrays har nu mange applikationer og bruges i en række systemer af varierende kompleksitet. En af de enkleste anvendelser af Halbach-arrays er i køleskabsmagneter. I dette tilfælde udnyttes de ensidede fluxegenskaber for at øge magnetens holdekraft. Variable arrays af magnetiske stænger kan også kombineres for at skabe enkle låsesystemer. Hvis magnetiseringerne af stængerne er arrangeret således, at feltet er maksimeret over planet og minimeret under det, kan flux-indeslutningen vendes ved at dreje hver stang 90o.
Et mere avanceret eksempel på et Halbach-array i aktion er i en Maglev-togbane eller Inducttrack, hvor magnetisk levitation bruges til at understøtte vognen. De magnetiske arrays løfter toget et lille stykke over sporet og kan understøtte en vægt på op til 50 gange magnetens vægt. Operationen er baseret på princippet om induktion; når arrayet føres over de metalliske sporspoler, inducerer variationerne i magnetfeltet en spænding i sporet. Sporet danner derefter sit eget magnetfelt, og på samme måde som når du forsøger at skubbe de to lignende poler af stangmagneter sammen, når dette felt flugter med feltet produceret af Halbach-arrayet, får frastødning toget til at svæve. Maglev-tog lider ikke af mange af de friktionskræfter, som bremser traditionelle hjultog og er i stand til at levere højhastighedstransport. Faktisk har det japanske SCMaglev-togsystem, som nåede 361 mph i 2003, i øjeblikket Guinness World Record for den hurtigste jernbanetransport.
Halbach-arrays bruges også i avancerede videnskabelige eksperimenter såsom synkrotroner og frie elektronlasere (FEL'er), hvor de er kendt som Halbach 'wigglers'. FEL'er har et meget bredt og meget afstembart frekvensområde og bruges i mange applikationer lige fra medicinske til militære. En Halbach wiggler er en af kernekomponenterne i en FEL, hvor arrayets magnetfelt bruges til periodisk at 'vrikke' en stråle af ladede partikler (normalt elektroner). Vrikkende effekten forårsager en ændring i retningen og derfor en ændring i accelerationen af partiklerne. Dette fører igen til emission af højintensitets synkrotronstråling (fotoner), når det kombineres med en ekstern laserkilde.
Det er også muligt at lave Halbach cylindre og ringe, hvor magnetfeltet er stærkt inde i ringen eller cylinderen, men ubetydeligt udenfor, eller omvendt afhængigt af arrangementet af magneter. Disse strukturer bruges typisk til børsteløse vekselstrømsmotorer, hvor traditionelt herreløse felter kan reducere drejningsmoment og effektivitet. Men fordi Halbach-cylindre er iboende afskærmet af deres struktur, med næsten al flux indeholdt i midten, er de i stand til at undgå dette problem og producere højere drejningsmomenter.