Halbacho matrica yra specifinis nuolatinių magnetų serijos išdėstymas. Masyvas turi erdviškai besisukantį magnetizmo modelį, kuris panaikina lauką vienoje pusėje, bet padidina jį kitoje. Pagrindiniai Halbach masyvų pranašumai yra tai, kad jie gali sukurti stiprius magnetinius laukus vienoje pusėje, o sukurti labai mažą klajojantį lauką priešingoje pusėje. Šis poveikis geriausiai suprantamas stebint magnetinio srauto pasiskirstymą.
Feromagnetinių medžiagų (medžiagų, kurias galima nuolat įmagnetinti) juostelės su kintamu įmagnetinimu sujungiamos taip, kad magnetiniai laukai išsilygintų virš sudėtinės konstrukcijos plokštumos, o žemiau konstrukcijos laukai būtų priešingomis kryptimis ir panaikinami. Tiksliau, kintamieji įmagnetinimo komponentai yra p/2 arba 90oiš fazės.
Idealiu atveju, kaip parodyta aukščiau, ši superpozicija sukurtų lauką virš plokštumos, kuris būtų dvigubai didesnis nei tuo atveju, jei struktūra būtų tolygiai įmagnetinta, ir jokio lauko žemiau plokštumos. Tačiau iš tikrųjų idealus atvejis niekada nepastebimas, o apatinėje pusėje susidaro labai mažas laukas. Šis išdėstymas gali būti tęsiamas neribotą laiką, norint sukurti didelius masyvus.
Šias „vienpusio srauto“ struktūras 1973 m. pirmą kartą atrado Johnas C. Mallinsonas, kuris jas apibūdino kaip „smalsumus“, galinčius pagerinti magnetinės juostos įrašymo technologiją. Tačiau tikrasis jų potencialas buvo suvoktas tik devintajame dešimtmetyje, kai Berkley fizikas Klausas Halbachas savarankiškai iš naujo atrado šį magnetinį reiškinį ir sukūrė Halbacho matricas, skirtas naudoti dalelių greitintuvuose. Halbachas pagamino matricas naudodamas feromagnetinę medžiagą kobaltą, kad sukurtų stiprius magnetinius laukus fokusavimui ir valdo dalelių greitintuvo spindulius.
Halbach masyvai dabar turi daug pritaikymų ir yra naudojami įvairiose įvairaus sudėtingumo sistemose. Vienas iš paprasčiausių Halbach masyvų pritaikymo būdų yra šaldytuvo magnetai. Šiuo atveju išnaudojamos vienpusio srauto savybės, siekiant padidinti magneto laikymo galią. Kintamos magnetinių strypų matricos taip pat gali būti derinamos kuriant paprastas užrakinimo sistemas. Jei strypų įmagnetinimas yra išdėstytas taip, kad laukas būtų maksimalus virš plokštumos ir sumažintas žemiau jos, srauto ribojimą galima apversti sukant kiekvieną strypą 90o.
Pažangesnis Halbacho masyvo veikimo pavyzdys yra Maglev traukinio bėgiai arba Inductrack, kur vagonui palaikyti naudojama magnetinė levitacija. Magnetinės matricos pakelia traukinį nedideliu atstumu virš bėgių ir gali išlaikyti iki 50 kartų didesnį svorį nei magnetas. Veikimas pagrįstas indukcijos principu; masyvai praleidžiant metalines bėgių rites, magnetinio lauko svyravimai kelyje sukelia įtampą. Tada bėgių kelias sukuria savo magnetinį lauką ir, panašiai kaip bandant sustumti du panašius strypo magnetų polius, kai šis laukas susilygina su lauku, kurį sukuria Halbacho matrica, atstūmimas priverčia traukinį levituoti. Maglev traukiniai nepatiria daugelio trinties jėgų, kurios sulėtina tradicinius ratinius traukinius ir gali užtikrinti greitą transportą. Tiesą sakant, Japonijos SCMaglev traukinių sistema, kuri 2003 m. pasiekė 361 mylią per valandą, šiuo metu priklauso Gineso pasaulio rekordui už greičiausią geležinkelių transportą.
Halbacho matricos taip pat naudojamos pažangiuose moksliniuose eksperimentuose, tokiuose kaip sinchrotronai ir laisvųjų elektronų lazeriai (FEL), kur jie žinomi kaip Halbacho „wigglers“. FEL turi labai platų ir labai derinamą dažnių diapazoną ir yra naudojami daugelyje programų, nuo medicinos iki karinių. „Halbach wiggler“ yra vienas iš pagrindinių FEL komponentų, kur masyvo magnetinis laukas yra naudojamas periodiškai „judinti“ įkrautų dalelių (dažniausiai elektronų) pluoštą. Judėjimo efektas sukelia krypties pasikeitimą, taigi ir dalelių pagreičio pasikeitimą. Tai savo ruožtu sukelia didelio intensyvumo sinchrotroninės spinduliuotės (fotonų) emisiją, kai ji derinama su išoriniu lazerio šaltiniu.
Taip pat galima sukurti Halbacho cilindrus ir žiedus, kur magnetinis laukas stiprus žiedo ar cilindro viduje, bet nereikšmingas išorėje, arba atvirkščiai, priklausomai nuo magnetų išdėstymo. Šios konstrukcijos paprastai naudojamos bešepetėliuose kintamosios srovės varikliuose, kur tradiciškai klaidinami laukai gali sumažinti sukimo momentą ir efektyvumą. Tačiau, kadangi Halbach cilindrai yra iš esmės apsaugoti savo struktūra, o beveik visas srautas yra centre, jie gali išvengti šios problemos ir sukurti didesnį sukimo momentą.