Μια διάταξη Halbach είναι μια συγκεκριμένη διάταξη μιας σειράς μόνιμων μαγνητών. Η συστοιχία έχει ένα χωρικά περιστρεφόμενο μοτίβο μαγνητισμού που ακυρώνει το πεδίο στη μία πλευρά, αλλά το ενισχύει από την άλλη. Τα κύρια πλεονεκτήματα των συστοιχιών Halbach είναι ότι μπορούν να παράγουν ισχυρά μαγνητικά πεδία στη μία πλευρά, ενώ δημιουργούν ένα πολύ μικρό αδέσποτο πεδίο στην αντίθετη πλευρά. Αυτό το φαινόμενο γίνεται καλύτερα κατανοητό με την παρατήρηση της κατανομής της μαγνητικής ροής.
Λωρίδες σιδηρομαγνητικών υλικών (υλικά που μπορούν να μαγνητιστούν μόνιμα) με εναλλασσόμενες μαγνητίσεις συνδυάζονται έτσι ώστε τα μαγνητικά πεδία να ευθυγραμμίζονται πάνω από το επίπεδο της σύνθετης δομής, ενώ κάτω από τη δομή τα πεδία είναι σε αντίθετες κατευθύνσεις και ακυρώνονται. Πιο συγκεκριμένα, οι εναλλασσόμενες συνιστώσες της μαγνήτισης είναι p/2 ή 90oεκτός φάσης.
Στην ιδανική περίπτωση, όπως φαίνεται παραπάνω, αυτή η υπέρθεση θα παρήγαγε ένα πεδίο πάνω από το επίπεδο το οποίο είναι διπλάσιο από το αν η δομή ήταν ομοιόμορφα μαγνητισμένη, και κανένα πεδίο κάτω από το επίπεδο. Ωστόσο, στην πραγματικότητα η ιδανική περίπτωση δεν παρατηρείται ποτέ και ένα πολύ μικρό πεδίο παράγεται στην κάτω πλευρά. Αυτή η διάταξη μπορεί να συνεχιστεί επ' αόριστον για την παραγωγή μεγάλων συστοιχιών.
Αυτές οι δομές "μονόπλευρης ροής" ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά από τον John C. Mallinson το 1973, ο οποίος τις περιέγραψε ως "περιέργειες" με δυνατότητα βελτίωσης της τεχνολογίας εγγραφής μαγνητικής ταινίας. Ωστόσο, οι πραγματικές δυνατότητές τους δεν έγιναν αντιληπτές μέχρι τη δεκαετία του 1980, όταν ο φυσικός του Berkley Klaus Halbach ανακάλυψε ξανά αυτό το μαγνητικό φαινόμενο και δημιούργησε συστοιχίες Halbach για χρήση σε επιταχυντές σωματιδίων. Ο Halbach παρήγαγε τις συστοιχίες χρησιμοποιώντας το σιδηρομαγνητικό υλικό κοβάλτιο για να δημιουργήσει ισχυρά μαγνητικά πεδία για εστίαση και κατευθύνοντας τις δέσμες επιταχυντή σωματιδίων.
Οι πίνακες Halbach έχουν πλέον πολλές εφαρμογές και χρησιμοποιούνται σε μια σειρά συστημάτων ποικίλης πολυπλοκότητας. Μία από τις απλούστερες εφαρμογές των συστοιχιών Halbach είναι στους μαγνήτες ψυγείου. Σε αυτήν την περίπτωση, οι ιδιότητες μονόπλευρης ροής αξιοποιούνται για να ενισχυθεί η ισχύς συγκράτησης του μαγνήτη. Μεταβλητές συστοιχίες μαγνητικών ράβδων μπορούν επίσης να συνδυαστούν για να δημιουργήσουν απλά συστήματα κλειδώματος. Εάν οι μαγνητίσεις των ράβδων είναι διατεταγμένες έτσι ώστε το πεδίο να μεγιστοποιείται πάνω από το επίπεδο και να ελαχιστοποιείται κάτω από αυτό, ο περιορισμός ροής μπορεί να αναστραφεί περιστρέφοντας κάθε ράβδο 90o.
Ένα πιο προηγμένο παράδειγμα διάταξης Halbach σε δράση είναι σε τροχιά τρένου Maglev ή Inductrack, όπου χρησιμοποιείται μαγνητική αιώρηση για την υποστήριξη του βαγονιού. Οι μαγνητικές συστοιχίες ανυψώνουν το τρένο σε μικρή απόσταση πάνω από τη γραμμή και μπορούν να υποστηρίξουν βάρος έως και 50 φορές μεγαλύτερο από αυτό του μαγνήτη. Η λειτουργία βασίζεται στην αρχή της επαγωγής. Καθώς η συστοιχία περνά πάνω από τα μεταλλικά πηνία τροχιάς, οι διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο προκαλούν μια τάση στην τροχιά. Η τροχιά δημιουργεί τότε το δικό της μαγνητικό πεδίο και, όπως όταν προσπαθείτε να σπρώξετε τους δύο σαν πόλους μαγνητών ράβδων μαζί, όταν αυτό το πεδίο ευθυγραμμίζεται με το πεδίο που παράγεται από τη διάταξη Halbach, η απώθηση προκαλεί το τρένο να αιωρείται. Τα τρένα Maglev δεν υποφέρουν από πολλές από τις δυνάμεις τριβής που επιβραδύνουν τα παραδοσιακά τρένα με τροχούς και είναι σε θέση να παρέχουν μεταφορά υψηλής ταχύτητας. Στην πραγματικότητα, το ιαπωνικό σιδηροδρομικό σύστημα SCMaglev, το οποίο έφτασε τα 361 mph το 2003, κατέχει σήμερα το Παγκόσμιο Ρεκόρ Γκίνες για την ταχύτερη σιδηροδρομική μεταφορά.
Οι συστοιχίες Halbach χρησιμοποιούνται επίσης σε προηγμένα επιστημονικά πειράματα όπως τα σύγχρονα και τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων (FEL), όπου είναι γνωστά ως «wigglers» Halbach. Τα FEL έχουν ένα πολύ ευρύ και εξαιρετικά ρυθμίσιμο εύρος συχνοτήτων και χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές που κυμαίνονται από ιατρικές έως στρατιωτικές. Ένας κουνιαστής Halbach είναι ένα από τα βασικά συστατικά ενός FEL, όπου το μαγνητικό πεδίο της συστοιχίας χρησιμοποιείται για να «κουνάει» περιοδικά μια δέσμη φορτισμένων σωματιδίων (συνήθως ηλεκτρονίων). Το φαινόμενο ταλάντωσης προκαλεί αλλαγή στην κατεύθυνση και συνεπώς αλλαγή στην επιτάχυνση των σωματιδίων. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε εκπομπή υψηλής έντασης ακτινοβολίας σύγχροτρον (φωτόνια) όταν συνδυάζεται με μια εξωτερική πηγή λέιζερ.
Είναι επίσης δυνατή η δημιουργία κυλίνδρων και δακτυλίων Halbach, όπου το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρό εντός του δακτυλίου ή του κυλίνδρου αλλά αμελητέο εξωτερικά, ή το αντίστροφο ανάλογα με τη διάταξη των μαγνητών. Αυτές οι δομές χρησιμοποιούνται συνήθως για κινητήρες AC χωρίς ψήκτρες, όπου τα παραδοσιακά αδέσποτα πεδία μπορούν να μειώσουν τη ροπή και την απόδοση. Ωστόσο, επειδή οι κύλινδροι Halbach θωρακίζονται εγγενώς από τη δομή τους, με σχεδόν όλη τη ροή να περιέχεται στο κέντρο, μπορούν να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα και να παράγουν υψηλότερες ροπές.