Page 143 - Spin Transport and Spintronics
P. 143
5.3 หัวอ่านข้อมูล 145
โรขาดเสถียรภาพทางความร้อน (thermal stability) โดยทิศทางของแมกนีไทเซชันมีแนวโน้มเบี่ยง
เบนออกจากแนวแกนง่าย และไม่สามารถเหนี่ยวนำทิศทางของแมกนีไทเซชันภายในชั้นพินไปตาม
แนวแกนง่ายได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นผลจากการลดลงของสนามไบอัสแลกเปลี่ยนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
การเบี่ยงเบนออกจากแนวแกนง่ายของแมกนีไทเซชันภายในชั้นวัสดุแม่เหล็กแอนติเฟอร์โรจะส่งผล
ต่อความผันผวนของแมกนีไทเซชันภายในชั้นพิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มีการป้อนแรงดันไบอัสใน
กระบวนการอ่านข้อมูลและเกิดปรากฏการณ์ความร้อนจูลส่งผลให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นในกระบวนการอ่าน
ข้อมูล ซึ่งจะทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของสัญญาณรบกวน จากปัญหาเสถียรภาพทางความร้อนของแมกนี
ไทเซชันนำไปสู่การพัฒนาโครงสร้างสปินวาล์วแบบสังเคราะห์ (synthetic spin-valve geometry)
โดยทำการเพิ่มชั้นวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรอีกหนึ่งชั้นซึ่งถูกเรียกว่า ชั้นอ้างอิง (reference layer หรือ RL)
อยู่ถัดจากชั้นพิน และคั่นกลางระหว่างชั้นพินกับชั้นอ้างอิงด้วยชั้นวัสดุวัสดุนอนแมกเนตที่มีคุณสมบัติ
นำไฟฟ้า เช่น รูทีเนียม (ruthenium หรือ Ru) ซึ่งโครงสร้างวัสดุ AF/PL/NM/RL เรียกว่า โครงสร้างแม่
เหล็กแอนติเฟอร์โรสังเคราะห์ (synthetic antiferromagnetic structure หรือ SAF) โดยชั้นอ้างอิง
RL ในโครงสร้าง SAF จะทำหน้าที่เป็นทิศทางอ้างอิงให้กับชั้นอิสระในโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลแบบใหม่
AF/PL/NM/RL/SL/FL แทนชั้นพินในโครงสร้างหัวอ่านแบบเดิม AF/PL/SL/FL ซึ่งแมกนีไทเซชันของ
ชั้นอ้างอิงจะมีเสถียรภาพทางความร้อนที่สูงขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 5.13
ในโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลแบบเดิมจะเกิดสนามแม่เหล็กหักล้างภายในชั้นพินกระทำต่อชั้น
อิสระทำให้วงปิดฮิสเตอรีซีสของชั้นอิสระเกิดการเลื่อนออกจากแกนสมมาตร ส่งผลต่อการผันผวน
และการกลับทิศทางของแมกนีไทเซชันในชั้นอิสระ เมื่อเกิดการเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กจากบิต
ข้อมูลจะทำให้กระบวนการอ่านเกิดความผิดพลาดเนื่องจากสนามเหนี่ยวนำดังกล่าวสามารถทำให้แมก
นีไทเซชันในชั้นอิสระกลับทิศทางได้ ดังนั้นการเพิ่มโครงสร้าง SAF ซึ่งประกอบด้วยชั้นวัสดุ AF/PL/
NM/RL เข้าไปในโครงสร้างหัวอ่านจะช่วยกำจัดสนามแม่เหล็กหักล้างระหว่างชั้นพินและชั้นอิสระที่เกิด
ขึ้นได้ โดยอาศัยปรากฏการณ์ควบคู่แลกเปลี่ยนทางอ้อม (indirect exchange coupling) ระหว่างชั้น
พินและชั้นอ้างอิง ซึ่งเกิดจากปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน Rudermann–Kittel–Kasuya–Yosida (RKKY)
ระหว่างสปินของอิเล็กตรอนภายในชั้นพินกระทำต่ออิเล็กตรอนในชั้นนอนแมกเนต ซึ่งส่งผลทำให้
อิเล็กตรอนในชั้นนอนแมกเนตมีปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนกับอิเล็กตรอนของสปินภายในชั้นอ้างอิง สนาม
แม่เหล็กหักล้างภายในชั้นพินจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับแม่เหล็กหักล้างในชั้นอ้างอิง ทำให้เกิดการหัก
ล้างของสนามดังกล่าวและส่งผลต่อความสมมาตรของวงปิดฮิสเตอรีซีสของชั้นอิสระ และพบว่าโครง
สร้างสปินวาล์วแบบสังเคราะห์มีส่วนช่วยในการเพิ่มผลปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนระหว่างชั้นพินและชั้น
อิสระ ทำให้แมกนีไทเซชันในชั้นอ้างอิงมีทิศทางที่แน่นอนและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่เพิ่มสูงขึ้น
แม้ว่าขนาดของหัวอ่านข้อมูลจะถูกปรับให้มีขนาดที่ลดลง
