Page 166 - Spin Transport and Spintronics

6.2 การออกแบบหัวอ่านข้อมูล 168

เมื่อ K คือ ค่าคงที่แอนไอโซทรอปี

S i คือ เวกเตอร์หนึ่งหน่วยของสปินที่ตำแหน่ง i

e คือ เวกเตอร์หนึ่งหน่วยของแกนง่าย

กรณีที่พิจารณาพลังงานแอนไอโซทรอปีของวัสดุแม่เหล็กทั้งระบบในระดับอะตอมจะต้องพิจารณา
ผลรวมของพลังงานที่เกิดจากทุกสปินดังนี้

X
H ani = −K (S i · e) 2 (6.7)
i

6.2.2.3 พลังงานแลกเปลี่ยน

พลังงานแลกเปลี่ยนเป็นพลังงานที่ส่งผลต่อระบบวัสดุแม่เหล็กอย่างมาก โดยการเกิดปฏิสัมพันธ์

การแลกเปลี่ยนสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการการกีดกันพลังงานของเพาลี ซึ่งสปินจะมีการจัดเรียง

ตัวซ้อนทับกันที่ระดับพลังงานที่ใกล้เคียงกัน เมื่อโมเมนต์ข้างเคียงอยู่ใกล้กันมากพอที่จะทำให้เกิดการ

ซ้อนทับของออร์บิทอลหรือวงโคจร อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กันมากพอมีโอกาสเคลื่อนที่ไปยังออร์บิทอล
ใกล้เคียง ปฏิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนระหว่างโมเมนต์ใกล้เคียงนำไปสู่การจัดเรียงตัวที่เป็นระเบียบของ

โมเมนต์ทางแม่เหล็กซึ่งจะเรียงตัวขนานไปทิศทางเดียวกันหรือในทิศทางตรงกันข้าม พลังงานการแลก

เปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ระยะใกล้ของสปิน i ซึ่งคิดผลเฉพาะสปินข้างเคียง j ที่มีระยะใกล้ที่สุด สามารถ
พิจารณาได้ดังสมการต่อไปนี้

X
H exc = − J ijS i · S j (6.8)
i̸=j
เมื่อ J ij คือปริพันธ์การแลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปิน i กับสปิน j
S i เป็นเวกเตอร์หนึ่งหน่วยของสปิน i ที่ต้องการพิจารณา

S j เป็นเวกเตอร์หนึ่งหน่วยของสปินข้างเคียง j

จากสมการข้างต้นพบว่าพลังงานปฏิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนระหว่างสปินจะขึ้นอยู่กับมุมระ
หว่างสปินและค่าปริพันธ์การแลกเปลี่ยน เป็นค่าที่บอกถึงปริมาณพลังงานแลกเปลี่ยนระหว่างสปินว่ามี

ค่ามากน้อยเพียงใดซึ่งจะมีค่ามากเมื่อสปินอยู่ใกล้กัน

6.2.2.4 พลังงานลดสภาพความเป็นแม่เหล็ก

การลดสภาพความเป็นแม่เหล็กของโมเมนต์แม่เหล็กที่ตำแหน่งใดๆ เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระยะ

ไกลระหว่างโมเมนต์แม่เหล็กนั้นกับโมเมนต์แม่เหล็กตัวอื่นๆ นอกจากนี้พลังงานการลดสภาพความเป็น
แม่เหล็กยังสามารถเกิดจากตัวมันเอง การคำนวณพลังงานนี้จะใช้เวลาในการพิจารณาค่อนข้างมาก