磁気メディアは、私たちのコンピューターに搭載されているユビキタスなハードディスクから、質素な冷蔵庫のマグネットに至るまで、私たちが情報を保存しアクセスする方法に革命をもたらした。しかし、一見魔法のように見えるこれらの物体の背後にある科学とは何なのだろうか？この記事では、魅惑的な磁気の世界を掘り下げ、磁気メディアを可能にしている原理を探ります。
磁気の基礎
磁力は、電子などの荷電粒子の運動から生じる自然の基本的な力である。重力、電磁気力、強い核力、弱い核力と並ぶ自然界の4つの基本的な力のひとつである。
磁気の最も身近な現象は、北極と南極のような磁石の対極間の引力である。この現象は、磁化された物質内の微小な磁性粒子（ドメイン）の配列によるものである。
磁区
磁石では、原子内の電子が磁場を作り出すように整列している。これらの整列した電子は磁区と呼ばれる領域を形成する。各磁区は、北極と南極を持つ小さな磁石のような働きをする。
磁化されていない鉄などの強磁性体では、ドメインはランダムに配向しており、互いの磁場を打ち消し合っている。しかし、材料に外部磁場が加わると、磁区は外部磁場に整列し、正味の磁場が生じる。このプロセスは磁化と呼ばれる。
磁場
磁場は、磁化された物質や磁極を取り囲む目に見えない力場である。磁場は、磁石の北極から発し、南極に向かってループを描く力線（磁力線）によって特徴づけられる。
磁場の強さは、これらの磁力線の密度によって決まる。磁力線が互いに近ければ近いほど、磁場は強くなる。磁場はコンパスを使っても視覚化することができ、コンパスは磁力線の方向に自らを合わせる。
磁気記録の原理
ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープなどの磁気メディアは、磁気の原理を利用して情報の保存や検索を行っている。磁気記録の基本原理は、外部磁界を印加することによって強磁性体の磁区の向きを変えることができることである。
磁気記録プロセス
磁気記録では、情報は交互に向きを変えた一連の磁区として保存される。磁気媒体に情報を書き込むには、小型の電磁石である記録ヘッドを媒体の表面上を通過させる。
保存される情報を表す電気信号が記録ヘッドを通過すると、ヘッドから発生する磁場が下地媒体中の磁区の向きを反転させる。磁界の極性によって磁区が反転する方向が決まり、一方の極性は2進数の「0」に対応し、反対側の極性は2進数の「1」に対応する。
磁気情報の読み取り
保存された情報を読み取るには、プロセスは逆になる。電磁石でもある読み取りヘッドが記録媒体上を通過する。ヘッドが交番磁区の上を通過すると、磁区から発生する磁場が読み取りヘッドに小さな電流を誘導する。この電流は増幅され、元のデジタル信号に変換される。
磁気媒体材料
磁気メディアに使われる最も一般的な材料は、酸化第二鉄（Fe）と呼ばれる強磁性合金である。