Page 19 - Spin Transport and Spintronics

1.1 ปรากฏการณ์ความต้านทานเชิงแม่เหล็กขนาดใหญ่ 20

ไม่ถูกเติมเต็ม ทำให้เกิดความแตกต่างของแถบพลังงานของสปินขึ้นและสปินลงที่ระดับพลังงานเฟอร์-

มิ ซึ่งส่งผลให้วัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรมีค่าโมเมนต์แม่เหล็กที่ไม่เท่ากับศูนย์ เมื่อทำการป้อนกระแสไฟฟ้า
ที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานชั้น sp เข้าสู่โครงสร้างวัสดุแม่เหล็ก อิเล็กตรอน sp

ซึ่งมีมวลน้อยและมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงจะทำให้อิเล็กตรอนมีระยะเฉลี่ยในการเคลื่อนที่สูงและ

มีสภาพการนำไฟฟ้าที่สูง และจากการซ้อนทับของแถบพลังงานดังแสดงในรูปที่ 1.4 อิเล็กตรอน sp
สามารถเกิดการกระเจิงเข้าไปจัดเรียงในออร์บิทัลที่ว่างของแถบพลังงาน d ดังนั้นค่าความนำไฟฟ้าของ

สปินขึ้นจึงมีค่ามากเนื่องจากถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอน sp ที่มีระยะเฉลี่ยในการเคลื่อนที่สูง ในขณะ

ที่ในแถบพลังงานของสปินลงจะมีค่าความนำไฟฟ้าต่ำเนื่องจากเกิดการผสมกันของแถบพลังงาน sp-d
(sp-d hybridization) จากที่กล่าวมาจะพบว่าแถบพลังงานระดับชั้น d จะมีบทบาทสำคัญต่อการเกิด

ปรากฎการณ์ GMR เป็นอย่างมาก

รูปที่ 1.4 โครงสร้างแถบพลังงานของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรที่มีการแยกเป็นแถบพลังงานของสปินขึ้นและ

สปินลงทำให้เกิดค่าความนำที่แตกต่างกันของสปินขึ้นและสปินลง

การกระเจิงของสปินภายในโครงสร้างสปินวาล์วที่มีผลต่อค่าความนำไฟฟ้าและความต้านทาน

ของวัสดุสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองสองกระแส (two-current model) ซึ่งแบบจำลองดังกล่าว

ถูกนำเสนอใน ปี ค.ศ. 1936 โดย Mot เพื่อทำการพิจารณาค่าความนำไฟฟ้าในวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โร
ก่อนที่จะมีการศึกษาเชิงการทดลองในปี ค.ศ. 1968 โดย Fert และ Campbell พบว่าค่าสภาพความ

นำไฟฟ้ารวมของวัสดุสามารถอธิบายได้ด้วยค่าสภาพความนำไฟฟ้าของสปินขึ้นและสปินลงดังสมการ

ต่อไปนี้

↑
σ = σ + σ ↓ (1.1)