Page 137 - Spin Transport and Spintronics
P. 137
5.3 หัวอ่านข้อมูล 139
มาได้มีการพัฒนาโครงสร้างเซนเซอร์หัวอ่านข้อมูล AF/PL/NM/RL/SL/FL ดังแสดงในรูปที่ 5.13 (ล่าง)
เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนโดยการเพิ่มชั้นวัสดุแม่เหล็กแอนติเฟอร์โรสังเคราะห์ซึ่งจะกล่าว
ในรายละเอียดต่อไป
หัวอ่านข้อมูลมีหลักการทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์สปินทอร์ค เมื่อทำการป้อนแรงดันไบอัส
ให้แก่โครงสร้างหัวอ่านข้อมูลจะทำให้กระแสไฟฟ้าใหลเข้าสู่โครงสร้างวัสดุแม่เหล็กหลายชั้น และเกิด
ปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนระหว่าง s อิเล็กตรอนของกระแสไฟฟ้ากับ d อิเล็กตรอนของแมกนีไทเซชันใน
ชั้นพิน กระแสสปินซึ่งมีทิศทางแบบสุ่มจะมีแนวโน้มจัดเรียงตัวไปตามทิศทางของแมกนีไทเซชันในชั้น
พินซึ่งเรียกว่า ”กระแสสปินโพลาไรซ์” จากนั้นกระแสดังกล่าวจะเคลื่อนที่ต่อไปยังชั้นสเปสเซอร์ซึ่งต้อง
มีความหนาที่เหมาะสม (t SP > λ sdl,SP ) เพื่อไม่ทำให้กระแสสปินโพลาไรซ์เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทาง
และในขณะเดียวกันต้องสามารถป้องกันการเกิดปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนระหว่างแมกนีไทเซชันในชั้นพิน
และชั้นอิสระได้ กระแสสปินโพลาไรซ์จะไหลจากชั้นสเปสเซอร์ไปยังชั้นอิสระและเกิดปฎิ-สัมพันธ์แลก
เปลี่ยนระหว่างกระแสสปินโพลาไรซ์กับแมกนีไทเซชันในชั้นอิสระอีกครั้ง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง
ของการสะสมสปินและกระแสสปินภายในโครงสร้างวัสดุ ซึ่งปริมาณการส่งผ่านสปินทั้งสองค่ามีความ
สัมพันธ์กับปริมาณทางไฟฟ้าได้แก่ ค่าความต้านทานและแรงดันไฟฟ้า ทำให้สามารถนำมาประยุกต์ใน
การตรวจจับทิศทางของแมกนีไทเซชันในชั้นอิสระซึ่งถูกเหนี่ยวนำจากแผ่นบันทึกข้อมูลผ่านสัญญาณ
ทางไฟฟ้าได้ การตรวจจับทิศทางของบิตข้อมูลในสัญญาณอ่านกลับจะอาศัยการเปรียบเทียบทิศทาง
ของแมกนีไทเซชันระหว่างชั้นพินและชั้นอิสระเพื่อแสดงค่าสัญญาณบิตข้อมูล 0 และ 1 ในรูปแบบ
ของค่าสัญญาณทางไฟฟ้า โดยค่าสัญญาณอ่านกลับจะมีค่าขึ้นอยู่กับมุมระหว่างแมกนีไทเซชันของชั้น
พินและชั้นอิสระ (θ) กรณีที่แมกนีไทเซชันของชั้นวัสดุทั้งสองมีการจัดเรียงตัวไปในทิศทางเดียวกัน
(θ = 0) หัวอ่านข้อมูลจะแสดงค่าความต้านทานทางไฟฟ้าต่ำสุดหรือแสดงค่าสัญญาณบิต 0 เนื่องจาก
กระแสสปินโพลาไรซ์สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้มาก แต่ในกรณีที่ θ = 180 แมกนีไทเซชันของชั้นวัสดุ
◦
แม่เหล็กเฟอร์โรทั้งสองมีการจัดเรียงตัวไปในทิศทางตรงกันข้าม กระแสสปินโพลาไรซ์เคลื่อนที่ผ่านชั้น
วัสดุได้น้อย ทำให้หัวอ่านข้อมูลแสดงค่าความต้านทานทางไฟฟ้าสูงสุดหรือแสดงค่าสัญญาณบิตข้อมูล
1 อย่างไรก็ตามพบว่าการป้อนกระแสไฟฟ้าภายนอกเข้าสู่โครงสร้างหัวอ่านข้อมูลเพื่อตรวจจับสัญญาณ
อ่านกลับต้องมีค่าที่เหมาะสม ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่ป้อนต้องไม่มากเกินไปเพราะจะทำให้
เกิดสปินทอร์คไปกระทำและเปลี่ยนแปลงทิศทางของแมกนีไทเซชันในชั้นอิสระ ส่งผลต่อการอ่านข้อมูล
ที่ผิดพลาด และความหนาแน่นของกระแสต้องมีค่าไม่น้อยเกินไปเนื่องจากจะทำให้สัญญาณอ่านกลับ
มีค่าน้อยซึ่งยากต่อการตรวจจับและวิเคราะห์ผล ดังนั้นการออกแบบหัวอ่านข้อมูลให้มีประสิทธิภาพ
จำเป็นต้องพิจารณาเรื่องเสถียรภาพของแมกนีไทเซชันภายในโครงสร้างวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการ
รักษาเสถียรภาพทางความร้อนภายในชั้นวัสดุ AF/PL ซึ่งทำหน้าที่เป็นทิศทางอ้างอิงให้แก่ชั้นอิสระ
