Page 15 - Spin Transport and Spintronics
P. 15
16
โมเมนต์แม่เหล็กรอบวงโคจร คุณสมบัติของอิเล็กตรอนถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการออกแบบเพื่อควบคุม
การทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างกว้างขวาง โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปจะมีหลัก
การทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติของประจุไฟฟ้า (electric charge) ในการส่งผ่านข้อมูล ประมวลผล
ข้อมูล และเก็บข้อมูล ปัจจุบันมีการศึกษาคุณสมบัติสปินของอิเล็กตรอน (electron spin) เพื่อนำมา
ประยุกต์ใช้ในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์นอกเหนือจากการใช้คุณสมบัติของประจุไฟฟ้า สปิน
ของอิเล็กตรอนสามารถส่งผ่านข้อมูลได้เช่นเดียวกันกับประจุไฟฟ้าและสามารถควบคุมได้ง่ายด้วยการ
ใช้สนามแม่เหล็กภายนอก สปินของอิเล็กตรอนถูกจำแนกออกเป็นสองสถานะคือ สปินขึ้น (up spin)
และสปินลง (down spin) ดังแสดงในรูปที่ 1.1 โดยสปินจะสามารถรักษาทิศทางและเริ่มมีการกลับ
ทิศทางที่ระยะการแพร่ของสปิน (spin diffusion length หรือ λ ) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วระยะการแพร่
sdl
ของสปินจะมีค่ามากกว่าระยะเฉลี่ยในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (mean free path หรือ λ MFP) ที่มี
ค่าประมาณ 10 นาโนเมตร นอกจากนี้ยังพบว่าสปินของอิเล็กตรอนมีมวลน้อยกว่าประจุของอิเล็กตรอน
ทำให้การส่งผ่านข้อมูลโดยอาศัยการส่งผ่านสปินของอิเล็กตรอนจะเร็วกว่าการส่งผ่านข้อมูลโดยอาศัย
การส่งผ่านประจุของอิเล็กตรอน
รูปที่ 1.1 สปินของอิเล็กตรอน
การพัฒนางานวิจัยด้านสปินทรอนิกส์เกิดขึ้นจากการค้นพบปรากฎการณ์ความต้านทานเชิงแม่
เหล็กจากการทะลุผ่าน (tunneling magnetoresistance หรือ TMR) และปรากฏการณ์ความต้านทาน
เชิงแม่เหล็กขนาดใหญ่ (giant magnetoresistance หรือ GMR) [1,2] ซึ่งถูกนำไปประยุกต์ใช้กับงาน
ด้านต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้กับงานด้านเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลเชิงแม่เหล็กและ
อุปกรณ์ลอจิกเกตต่างๆ ให้มีประสิทธิภาพในการทำงานที่สูง โดยมีการใช้พลังงานที่ต่ำ มีความเร็วใน
การส่งผ่านข้อมูลสูง และสามารถเก็บรักษาข้อมูลได้โดยไม่ต้องป้อนกระแสไฟฟ้า เช่น ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ
หน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่มเชิงแม่เหล็ก (magnetic random access memory หรือ MRAM) หน่วย
ความจำแบบเรซแทรค และโครงสร้างรอยต่อทะลุผ่านเชิงแม่เหล็ก (magnetic tunnel junction หรือ
MTJ) เป็นต้น
