超順磁是磁性的一種形式，出現在小的鐵磁性或亞鐵磁性納米粒子中。 在足夠小的納米粒子中，磁化可以在溫度的影響下隨機翻轉方向。 兩次翻轉之間的典型時間稱為 Néel 弛豫時間。 在沒有外部磁場的情況下，當用于測量納米粒子磁化的時間遠長于奈爾弛豫時間時，它們的磁化似乎平均為零； 據說它們處于超順磁狀態。 在這種狀態下，外部磁場能夠磁化納米粒子，類似于順磁體。 然而，它們的磁化率比順磁體大得多。

通常，任何鐵磁或亞鐵磁材料在其居里溫度以上都會轉變為順磁態。 超順磁性與這種標準轉變不同，因為它發生在材料的居里溫度以下。

超順磁性發生在單疇的納米粒子中，即由單個磁疇組成。 當它們的直徑低于 3-50 納米時，這是可能的，具體取決于材料。 在這種情況下，認為納米粒子的磁化強度是一個單一的巨磁矩，是納米粒子原子攜帶的所有單個磁矩的總和。 超順磁性領域的人稱這種宏觀自旋近似。

由于納米粒子的磁各向異性，磁矩通常只有兩個彼此反平行的穩定方向，由能壘隔開。 穩定的方向定義了納米粒子所謂的“易軸”。 在有限溫度下，磁化翻轉和反轉其方向的概率是有限的。 兩次翻轉之間的平均時間稱為 Néel 弛豫時間 τ N {displaystyle tau _{text{N}}} 并由以下 Néel–Arrhenius 方程給出：

τ N = τ 0 exp ? ( K V k B T ) {displaystyle tau _{text{N}}=tau _{0}exp left({frac {KV} {k_{text{B}}T}}right)} ,

在哪里：

• 因此，τ N {displaystyle tau _{text{N}}} 是納米粒子的磁化因熱波動而隨機翻轉所需的平均時間。
• τ 0 {displaystyle tau _{0}} 是時間長度，材料的特性，稱為嘗試時間或嘗試周期（其倒數稱為嘗試頻率）； 其典型值介于 10?9 和 10?10 秒之間。
• K 是納米粒子的磁各向異性能量密度，V 是它的體積。 因此，KV 是與磁化強度相關的能壘，磁化強度從其初始易軸方向通過“硬平面”移動到另一個易軸方向。
• kB 是玻爾茲曼常數。
• T 是溫度。

這個時間長度可以是幾納秒到幾年或更長的時間。 特別是，可以看出 Néel 弛豫時間是晶粒體積的指數函數，這解釋了為什么對于大塊材料或大納米粒子，翻轉概率可以迅速忽略不計。

讓我們想象一下，測量單個超順磁性納米粒子的磁化強度，并將 τ m {displaystyle tau _{text{m}}} 定義為測量時間。 如果 τ m ? τ N {displaystyle tau _{text{m}}gg tau _{text{N}}} ，納米粒子磁化在測量過程中會翻轉幾次， 那么測得的磁化強度將平均為零。 如果 τ m ? τ N {displaystyle tau _{text{m}}ll tau _{text{N}}} ，磁化在測量過程中不會翻轉，所以 測量的磁化強度將是測量開始時的瞬時磁化強度。 在前一種情況下，納米粒子似乎處于超順磁性狀態，而在后一種情況下，它似乎在其初始狀態下被“阻塞”。

納米粒子的狀態（超順磁性或阻塞）取決于測量時間。 當 τ m = τ N {displaystyle tau _{text{m}}=tau _{text{N}}} 時，會發生超順磁性和阻塞態之間的轉變。 在幾個實驗中，測量時間保持不變但溫度變化，因此超順磁性和阻塞狀態之間的轉變被視為溫度的函數。 τ m = τ N {displaystyle tau _{text{m}}=tau _{text{N}}} 的溫度稱為阻擋溫度

對于典型的實驗室測量，前面等式中的對數值大約為 20-25。

等效地，阻塞溫度是材料表現出緩慢弛豫的溫度。