Page 168 - Spin Transport and Spintronics

6.2 การออกแบบหัวอ่านข้อมูล 170

T คือ อุณหภูมิของระบบมีหน่วยเป็นเคลวิน
α คือ ค่าคงที่ความหน่วง เป็นพารามิเตอร์ที่สัมพันธ์กับการเข้าสู่สภาวะสมดุลของระบบ

11 −1
γ คือ ค่าสัมบูรณ์ของอัตราส่วนไจโร (gyromagnetic ratio) มีค่าเท่ากับ γ = 1.76×10 s T −1

µ s คือ ขนาดของสปินโมเมนต์ มีหน่วยเป็น JT −1
q
พจน์ด้านขวามือของสมการข้างต้น σ = 2αk B T คือส่วนเบี่ยงเบนมาตราฐาน (standard
γµ s∆t
deviation) ของสนามความร้อน และพบว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้สนามความร้อนมีค่าส่วนเบี่ยง

เบนมาตราฐานที่สูงขึ้นซึ่งทำให้สนามความร้อนเกิดการกระจายตัวแบบเกาส์เซียนที่กว้างขึ้น

6.2.2.6 สนามเหนี่ยวนำจากสปินทอร์ค

เซนเซอร์หัวอ่านข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟมีหลักการทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์สปินทอร์คใน
การตรวจจับทิศทางของแมกนีไทเซชันภายในชั้นอิสระซึ่งถูกเหนี่ยวนำทิศทางจากแมกนีไทเซชันภายใน

แผ่นบันทึกข้อมูล การป้อนแรงดันไบอัสให้แก่โครงสร้างหัวอ่านข้อมูลจะทำให้เกิดกระแสสปินไหลผ่าน

ชั้นพินและเกิดปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน s-d ระหว่างสปินของอิเล็กตรอนกับแมกนีไทเซชันในชั้นพิน
ทำให้กระแสสปินกลายเป็นกระแสสปินโพลาไรซ์ ซึ่งมีการจัดเรียงตัวไปตามทิศทางของแมกนีไทเซชัน

ในชั้นพิน จากนั้นกระแสสปินโพลาไรซ์นี้จะเคลื่อนที่ต่อไปยังชั้นชั้นอิสระ และเกิดปฎิสัมพันธ์ระหว่าง

กระแสสปินโพลาไรซ์กับแมกนีไทเซชันในชั้นอิสระอีกครั้ง ส่งผลให้เกิดแรงบิดกระทำต่อสปินของ

อิเล็กตรอน และตามกฎการอนุรักษ์พลังงานของโมเมนตัมเชิงมุมจะเกิดแรงบิดปฏิกิริยากระทำต่อแมก
นีไทเซชันเช่นกัน ซึ่งขนาดของแรงบิดสปินจะแปรผันโดยตรงกับความหนาแน่นของกระแสที่ป้อนเข้า

สู่โครงสร้างวัสดุ สำหรับการประยุกต์ปรากฏการณ์สปินทอร์คกับการทำงานของหัวอ่านข้อมูลจำเป็น

ต้องป้อนกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดที่เหมาะสม กรณีที่ป้อนกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดน้อยเกินไปจะทำให้ไม่

สามารถตรวจวัดสัญญาณได้ และถ้ากระแสไฟฟ้ามีขนาดมากเกินไปจะทำให้แมกนีไทเซชันในชั้นอิสระ
เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางจากแรงบิดสปิน ทำให้เกิดการตรวจวัดสัญญาณที่คลาดเคลื่อน

สนามเหนี่ยวนำที่เกิดจากสปินทอร์คสามารถพิจารณาได้จากปฎิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนระหว่าง

sd
สปินของตัวนำอิเล็กตรอนกับแมกนีไทเซชันในชั้นวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โร H sd = −J m · S ดังนั้นสนาม
เหนี่ยวนำสปินทอร์คจึงคำนวณได้ดังนี้

∂H sd = J m (6.11)
∂S
B STT = − sd
และการสะสมสปิน m สามารถคำนวณได้จากสมการที่ (2.25) ในรายละเอียดที่ได้กล่าวไว้ในบทที่ 2

โดยการสะสมสปินจะประกอบด้วยสองส่วนประกอบหลักไ้ด้แก่ ส่วนประกอบที่มีทิศทางขนานและตั้ง