Page 171 - Spin Transport and Spintronics

6.3 หัวอ่านข้อมูลประสิทธิภาพสูง 173

6.3.1 ชนิดของวัสดุแม่เหล็กที่มีต่อพฤติกรรมการส่งผ่านสปิน

ในส่วนแรกจะทำการศึกษาชนิดของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรที่มีต่อพฤติกรรมการส่งผ่านสปินภาย

ในโครงสร้างวัสดุ เพื่อนำไปสู่การเลือกชนิดของวัสดุที่เหมาะสมในการนำมาประยุกต์ใช้ในหัวอ่านข้อมูล

เนื่องจากความต้านทาน GMR จะมีค่าขึ้นอยู่กับการกระเจิงของสปินในชั้นวัสดุและที่บริเวณรอยต่อ

โดยหัวอ่านข้อมูลที่ดีต้องมีค่าอัตราส่วน MR ที่สูงและมีค่า RA ที่ต่ำ ซึ่งจะสามารถจำแนกสัญญาณของ
บิตข้อมูล 0 และ 1 ได้ดี และมีการใช้พลังงานที่ต่ำ

คุณสมบัติทางแม่เหล็กและการส่งผ่านสปินของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรส่งผลต่อประสิทธิ-ภาพการ
ทำงานของหัวอ่านข้อมูลอย่างมาก ดังนั้นการศึกษาพฤติกรรมการส่งผ่านสปินของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โร

แต่ละชนิดจะช่วยทำให้เข้าใจกระบวนการเกิดปรากฏการณ์ GMR นอกจากนี้การศึกษาปัจจัยที่ส่งผลต่อ

ค่า RA จะทำให้เกิดความเข้าใจพื้นฐานของการเกิดปรากฏการณ์ดังกล่าว ซึ่งทำให้สามารถเลือกวัสดุที่
เหมาะสมสำหรับการนำมาประยุกต์ใช้ในหัวอ่านข้อมูลฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นในอนาคต

ได้ โดยในลำดับแรกจะทำการศึกษาโครงสร้างวัสดุสามชัั้น Co(5nm)/Cu(5nm)/FMs(5nm) เมื่อ FMs

เป็นวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรชนิดต่างๆ ได้แก่ วัสดุแม่เหล็กโคบอลต์ (Co) วัสดุแม่เหล็กนิกเกิลไอรอน (NiFe)
วัสดุโคบอลต์ไอรอน (CoFe) วัสดุแม่เหล็กฮอยเลอร์อัลลอยด์ Co 2FeAl (CFA) Co 2FeSi (CFS) และ

Co 2FeAl 0.5Si 0.5(CFAS) ซึ่งมีพารามิเตอร์การส่งผ่านของสปินดังตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 6.1 คุณสมบัติการส่งผ่านสปินของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรชนิดต่างๆ ที่อุณหภูมิ 0 K

วัสดุ β β ′ λ sdl m ∞ D 0
2
3
(nm) (MC/m ) (cm /s)
Co 0.50 0.90 60 39.45 30

CoFe 0.56 0.73 12 261.50 7.25

NiFe 0.70 0.95 5 111.80 10
CFA 0.99 0.86 3 6.80 10

CFS 0.86 0.96 1.7 15.71 10

CFAS 0.92 0.85 3 3.09 10

การคำนวณค่าความต้านทานทางแม่เหล็กของโครงสร้างสปินวาล์วสามารถอธิบายได้จากพฤติ-
กรรมการส่งผ่านสปิน ซึ่งพิจารณาได้จากแบบจำลองในระดับอะตอมร่วมกับแบบจำลองการสะสมสปิน

โดยแบบจำลองในระดับอะตอมจะใช้ในจำลองโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลเพื่อคำนวณพลวัตของแมกนีไท

เซชันดังแสดงในรูปที่ 6.3 โดยกำหนดความกว้างของบริเวณรอยต่อที่เกิดจากการผสมกันของอะตอม

ระหว่างชั้นวัสดุเท่ากับ 1 นาโนเมตร ซึ่งความหนาแน่นของอะตอมแต่ละชนิดที่บริเวณรอยต่อที่เกิดจาก