Page 161 - Spin Transport and Spintronics
P. 161
6.2 การออกแบบหัวอ่านข้อมูล 163
6.2.1 การจำลองโครงสร้างหัวอ่านข้อมูล
ในการออกแบบหัวอ่านข้อมูลที่มีความเสมือนจริง จำเป็นต้องพิจารณาผลของบริเวณรอยต่อ
ระหว่างชั้นวัสดุ เนื่องจากลักษณะของบริเวณรอยต่อระหว่างชั้นวัสดุเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญและส่ง
ผลต่อค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กอย่างมาก ในทางปฏิบัติกระบวนการผลิตหัวอ่านข้อมูลจะอาศัยวิธี
การปลูกผลึกด้วยวิธีการสปัตเตอริ่ง ทำให้เกิดการผสมกันของอะตอมระหว่างชั้นฟิล์มซึ่งเป็นสิ่งที่หลีก
เลี่ยงได้ยาก เมื่อหัวอ่านข้อมูลมีขนาดเล็กลงจะทำให้เกิดการผสมกันของอะตอมระหว่างชั้นฟิล์มที่เกิด
ขึ้นในกระบวนการปลูกผลึกมากขึ้นและส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อกระบวนการทำงานของหัวอ่านข้อมูล
แบบจำลองระดับจุลภาคส่วนใหญ่ที่นิยมใช้ในการอธิบายพฤติกรรมการส่งผ่านสปินและปรากฏ-
การณ์ต่างๆ ภายในโครงสร้างวัสดุหัวอ่านข้อมูล จะพิจารณารอยต่อแบบอุดมคติซึ่งไม่มีการแพร่ของ
อะตอมระหว่างชั้นฟิล์ม ทำให้แบบจำลองดังกล่าวขาดความเสมือนจริงและไม่สามารถอธิบายปรากฏ-
การณ์ทางกายภาพต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในบริเวณรอยต่อระหว่างชั้นฟิล์มบางได้อย่างครอบคลุม ดังนั้น
เพื่อให้แบบจำลองมีความเสมือนจริงและให้ผลการคำนวณที่ถูกต้องมากขึ้น การอาศัยแบบจำลองใน
ระดับอะตอมสำหรับการพิจารณาการผสมกันของอะตอมระหว่างชั้นฟิล์มและการอธิบายพฤติกรรม
การส่งผ่านสปินที่บริเวณรอยต่อจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการอธิบายปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิง
แม่เหล็กและปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็ก ดังนั้นในการออกแบบหัว
อ่านข้อมูลจำเป็นต้องทำการจำลองโครงสร้างวัสดุด้วยแบบจำลองระดับอะตอมเป็นลำดับแรก โดย
พฤติกรรมการส่งผ่านสปินในอุปกรณ์จริงจะขึ้นอยู่กับความหนาและลักษณะของรอยต่อระหว่างชั้น
วัสดุ ซึ่งสามารถพิจารณาได้จากกฎของฟิคดังรายละเอียดในบทที่ 3 อย่างไรก็ตามเพื่อความง่ายในการ
พิจารณาในระดับอะตอม เราพบว่าความเข้มข้นของอะตอมที่ตำแหน่งต่างๆ ที่พิจารณาจากกฎของฟิค
สามารถคำนวณแทนได้ด้วยความน่าจะเป็นของการกระจายตัวของอะตอมระหว่างชั้นวัสดุ (probabi-
lity distribution หรือ C) ดังสมการต่อไปนี้
1 x − x 0
C = [−tanh( ) + 1] (6.1)
2 D
เมื่อ x คือ ตำแหน่งใดๆ ในโครงสร้างวัสดุ
x 0 คือ ตำแหน่งกึ่งกลางของบริเวณรอยต่อ
D คือ ค่าคงที่การแพร่ของอะตอม ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความหนาของบริเวณรอยต่อ
การจำลองบริเวณรอยต่อของโครงสร้างวัสดุสามชั้น FM/NM/FM สามารถพิจารณาการแพร่
และตำแหน่งของอะตอมจากสมการความน่าจะเป็น ตามขั้นตอนดังนี้
