Il fenomeno del magnetismo è noto all'uomo sin dall'antichità, e per molti secoli ha nutrito miti e cerimoniali magici anche a causa della difficile interpretazione fisica della sua natura. Correntemente, il fenomeno è ben compreso. Pur senza entrare nel dettaglio tecnico (il lettore interessato può tuttavia utilmente leggere le lezioni sul magnetismo rese disponibili in rete dal CNR di Bologna), il fenomeno non può essere spiegato neppure in maniera qualitativa senza premettere qualche concetto di base di meccanica quantistica.

È noto che gli elettroni, oltre a possedere una carica elettrica, posseggono anche un momento magnetico, formalmente dovuto al fatto che essi ruotano intorno al proprio asse. L'orientazione del momento magnetico è discretizzata dalle leggi della meccanica quantistica: il momento può infatti essere orientato solo in due versi, opposti tra loro, che convenzionalmente chiameremo basso e alto. La meccanica quantistica impone inoltre che se due elettroni appartengono entrambi allo stesso orbitale, l'orientazione dei loro momenti magnetici può essere solo antiparallela (un momento è orientato verso il basso e l'altro verso l'alto), così che il momento magnetico risultante è nullo. I fenomeni di magnetismo nei solidi sono dunque necessariamente associati a materiali in cui siano presenti atomi o ioni che presentino elettroni spaiati. Tipicamente, questo accade in alcuni metalli (detti di transizione e di transizione interna).

La disponibilità di elettroni spaiati non è tuttavia sufficiente a rendere il materiale magnetico nel senso comune del termine. Un materiale che presenti semplicemente degli elettroni spaiati ha comunemente un comportamento paramagnetico: se applico un campo magnetico esterno tutti gli elettroni spaiati si allineeranno con tale campo, ma appena il campo esterno viene rimosso l'orientazione degli elettroni spaiati tornerà a disporsi statisticamente sia verso il basso sia verso l'alto, così che ancora una volta il momento magnetico totale risulterà nullo. Perché un materiale sia ferromagnetico (come le calamite del nostro lettore) è necessario che l'allineamento dei momenti magnetici dei singoli elettroni persista nel tempo anche dopo la rimozione di un campo magnetico esterno. E questo può avvenire solo se l'interazione tra i momenti magnetici degli elettroni è sufficientemente forte da rendere conveniente agli elettroni stessi di cooperare tra di loro, conservando la stessa orientazione anche dopo la rimozione del campo magnetico esterno. Questa proprietà (il ferromagnetismo) è osservata solo in pochi metalli, come il ferro, il cobalto, il nickel e nelle cosiddette terre rare (quali per esempio il neodimio e il samario).

Per realizzare dunque una calamita è necessario disporre di uno di questi metalli o di loro leghe o composti, e porre il materiale in un campo magnetico esterno di sufficiente intensità. Al termine, dopo aver spento il campo, il materiale conserverà una (più o meno completa) orientazione dei momenti magnetici elettronici e dunque sarà in grado di generare un proprio campo magnetico.

La tecnologia corrente dei materiali magnetici non impiega più materiali elementari come il ferro ma preferisce utilizzare leghe o ossidi che, per ragioni troppo complesse per essere spiegate in questa sede, sono in grado di garantire la generazione di campi magnetici permanenti più intensi. Una lega ampiamente utilizzata in questo senso va sotto l'acronimo commerciale di Alnico, dai simboli chimici dei tre metalli che la compongono (alluminio, nickel e cobalto). Venduta nelle più varie fogge, compresa quella di pastiglie sinterizzate, è probabilmente il materiale che può avere creato problemi al nostro lettore. È infatti una lega estremamente dura e difficilmente lavorabile meccanicamente. Quello che tuttavia deve essere chiaro è che la difficile lavorabilità non ha nulla a che fare con il fatto che il materiale sia stato magnetizzato ma è semplicemente connessa con la natura chimico-fisica della lega. In altri termini, le stesse difficoltà sarebbero state incontrate con manufatti in Alnico non magnetizzati. Altri materiali comunemente impiegati per la realizzazione di magneti permanenti sono le ferriti, materiali ceramici contenenti ferro e che, come l'Alnico, sono non lavorabili meccanicamente, essendo estremamente duri e in più anche fragili. Migliore lavorabilità meccanica può essere trovata in alcune nuove leghe introdotte recentemente sul mercato, come le leghe samario-cobalto (Sm-Co) e i boruri di ferro e neodimio (NdFeB). Si tratta di materiali meno duri che hanno caratteristiche magnetiche nettamente superiori alle leghe Alnico e alle ferriti — ma, ahimè, anche costi decisamente superiori. Va comunque detto che, in linea generale, non è mai una buona idea pensare di lavorare meccanicamente un magnete. Riscaldamenti anche locali (come quelli che possono essere indotti dalla punta di un trapano) e/o shock meccanici sono infatti tipicamente in grado di demagnetizzare, più o meno completamente, un magnete permanente. È invece da preferire procedere alla lavorazione meccanica del materiale prima della magnetizzazione — e, ove del caso, anche prima della sinterizzazione, per ovvie ragioni pratiche.

In conclusione, consiglierei al lettore di individuare fornitori di magneti in grado non solo di rivendere magneti standard ma anche di realizzarne su disegno. Negli Stati Uniti e in Inghilterra ci sono parecchi produttori specializzati nella produzione anche di piccoli quantitativi di magneti su disegno, come può essere facilmente verificato attraverso una ricerca su Internet.