超顺磁性（Superparamagnetism）是一种特殊的磁性状态，发生在颗粒尺寸小于临界尺寸的铁磁物质中。在这种状态下，尽管颗粒内部存在自发磁化，但由于热运动的影响，整体磁矩的方向不断发生变化。在外磁场作用下，其磁化率显著高于一般的顺磁材料。这一特性使得超顺磁性在多个领域有着重要的应用价值。

超顺磁性是指当磁性材料的颗粒尺寸小于一定值时，由于热扰动的影响，其磁化性质类似于顺磁体，但又有所不同。具体表现为，即使在没有外磁场的情况下，颗粒内部的磁矩也会随机改变方向。然而，当施加外磁场时，颗粒会像顺磁体一样被磁化，且磁化率明显高于一般顺磁体。

超顺磁性有两个显著的特点：首先，无论在何种温度下，单畴颗粒集合体的磁化曲线都会重合在一起。其次，超顺磁体不会出现磁滞现象，即剩磁和矫顽力均为零。

对于磁性集合体，临界尺寸和截止温度是非常重要的参数。临界尺寸指的是颗粒尺寸达到一定程度时，开始呈现超顺磁性的最小尺寸。而截止温度则是指当温度超过此阈值时，颗粒会从强磁性转变为超顺磁性。

超顺磁性理论认为，当铁磁性物质的颗粒尺寸小于临界尺寸时，外场产生的磁取向力不足以对抗热扰动，导致其磁化性质类似顺磁体。临界尺寸与温度密切相关，例如球状铁粒在室温下的临界半径为12.5纳米，而在低温4.2K时，半径仅为2.2纳米仍保持铁磁性。超顺磁体的磁化曲线不同于铁磁体，没有磁滞现象。在外磁场作用下，超顺磁体的磁化率远高于普通顺磁体，这是由于其包含了大量的原子，形成均匀磁化的单畴，作为一个整体协同取向。

磁性材料的磁性会随着温度的变化而改变。当温度低于居里点时，材料的磁性不易改变；而当温度高于居里点时，材料变为顺磁体，其磁性易于随外界磁场改变。若温度进一步升高，或磁性颗粒尺寸很小，则即使在常温下，磁体的极性也可能呈现出随机性，难以维持稳定的磁性能，这种现象被称为超顺磁效应。

硬盘盘片是通过在盘基上涂覆一层磁性材料制成的，常用的磁性材料为钴铂铬硼（CoPtCrB）合金。磁性材料的颗粒大小直接影响盘片的磁记录密度，因为磁盘上表示信息的小磁极是由数百个磁性颗粒组成，磁记录密度越高，要求磁性材料的粒度越细。硬盘的磁记录密度为20Gbpsi（每个盘片约为30GB）时，磁性颗粒的直径为13nm，磁性涂层的厚度为17nm左右。要实现100Gbpsi的磁记录密度，就必须把粒径和涂层厚度分别缩小到9.5nm和10nm。

随着磁性颗粒的缩小，表示数据的小磁极会变得越来越不稳定。引起不稳定的原因在于热能，磁性颗粒必须拥有足够的磁能才能抗拒颗粒所具有的热能的干扰。热能为路德维希·玻尔兹曼常数与温度的乘积，热能随温度升高而增强；而磁能的大小取决于磁力大小和粒子体积，由于已经使用磁性最强的材料，没有进一步增强磁力的空间了，因此磁性颗粒的磁能将随粒度的缩小而降低。如果继续降低磁性颗粒的体积，以至于磁能低于热能，硬盘本身的温度甚至室温就可以让磁性颗粒的极性从有序变成无序，导致小磁极的整体极性消失。这种现象被称为“热搅动（Thermal Fluctuation）”，热搅动现象将导致数据的永久性丢失。所以说，为提高硬盘存储密度而缩小磁性颗粒的粒度做法是有限度的。

另一方面，磁盘表面用于表示数据的每个小磁极是由许多磁性颗粒构成的，相邻的两个磁磁极之间在盘面上呈现犬牙交错的形态从而造成小磁极边缘的磁通量相互抵消，这就是所谓的“磁转变噪音（Magnetic Transition Noise）”。磁转变噪音减小了磁极的磁场强度，这对读取信息构成一定的负面影响。如果磁极没有足够的长度，磁头将很难读取磁盘信息。为了缩短小磁极的长度，同时又要避免这种噪音的影响，只有通过缩小磁性颗粒的直径，以使磁极的边缘看上去相当“平齐”而非“犬牙交错”。为了实现100Gbpsi的记录密度就必须制作出10nm以下的结晶。

综合以上两种情况，磁盘上的磁性颗粒既不能太大，也不能太小。太大会因为磁转变噪音而降低磁通量，给读盘带来困难；而太小又容易发生热搅动，导致记录信息的彻底消失。提高存储密度的工作陷入了两难困境，如果没有相应对策，硬盘容量增长的旅程将就此止步。

为克服超顺磁效应的障碍，研究人员找到了一些办法，其中最具代表性的技术是IBM的AFC。（Anti Ferro_ magnetically Coupled，反铁磁耦合）和富士通的SFM（Synthetic Ferro Media，合成铁介质），它们虽然名称不同，原理则基本相同，都是通过使用多层磁体结构来稳定磁记录信息的技术。下面简单介绍一下AFC技术的实现原理。普通磁盘的磁性涂层只有一层，而使用AFC技术，将磁性材料制成多层结构，除记录层以外，再使用稳定层，并且在记录层和稳定层之间增加一个钌层（Ru layer）。钌(Ru)元素属铂族金属，为稀有金属，价格十分昂贵，正因为如此，IBM才称它为“仙尘”（Pixie Dust），AFC也因此成为一个价格高昂的技术。钌元素具有反铁磁性，它能使相邻两层之间的磁场方向相反。当写磁盘时，磁头所产生的磁场不仅可以在最上层产生小磁极，由于钌层的存在，写电流所产生的磁场还穿过钌层使稳定层磁化，并使稳定层与记录层磁体极性相反。稳定层与记录层之间因磁场反向，异性相吸而相互锁定，从而实现记录层磁场的稳定。传统介质出现超磁现象的线密度为200Gbpsi，而使用AFC介质后出现超磁现象的线可以提高到达800Gbpsi。因此，AFC介质的出现再次将磁存储密度的极限向后推移。