Page 193 - Spin Transport and Spintronics

7.3 ค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล 195

จากความสัมพันธ์เชิงเส้นของกราฟข้างต้น พบว่าสำหรับกรณีชั้นฟิล์มบาง ค่าแอนไอโซทรอปี
ประสิทธิผลจะเกิดจากค่าแอนไอโซทรอปีของชั้นรอยต่อเป็นหลักและมีค่าเป็นบวก ซึ่งทำให้

แมกนีไทเซชันมีการจัดเรียงตัวในทิศทางตั้งฉากกับระนาบของโครงสร้างวัสดุ ในกรณีชั้นฟิล์ม

หนา t CoFeB > 1.5 nm จะพบว่าสนามลบล้างสภาพความเป็นแม่เหล็กเป็นปัจจัยหลักที่ส่ง

ผลต่อค่าแอนไอโซทรอปีประสิทธิผล ซึ่งทำให้แมกนีไทเซชันมีการจัดเรียงตัวในแนวระนาบ
และค่า Kt CoFeB มีค่าเป็นลบเนื่องจากค่าสนามลบล้างความเป็นแม่เหล็กซึ่งเป็นปัจจัยหลักมี

M
2
ค่ามากกว่า K i และ K ดังนั้นประมาณค่าได้ว่า Kt CoFeB ≈ − t CoFeB เมื่อพิจารณาจุดตัด
S
b
2µ 0
แกน y ของกราฟ จะได้ค่า K i = 1.3 mJ/m 2
ในการประยุกต์ใช้โครงสร้างวัสดุ CoFeB-MgO จำเป็นต้องคำนึงถึงขนาดที่เหมาะสม
เนื่องจากขนาดของโครงสร้างส่งผลต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่มีค่าแตกต่างกัน โดยความ

หนาวิกฤตจะมีค่าอยู่ที่ประมาณ t CoFeB,crit ≈ 1.5 nm ซึ่งความหนาของชั้นวัสดุที่น้อยกว่าค่า
ความหนาวิกฤตจะทำให้เกิดค่าแอนไอโซทรอปีตั้งฉาก และมีความเหมาะสมในการนำไปประ

ยุต์ใช้กับเป็นหัวเขียนหรือหัวอ่านข้อมูลของหน่วยความจำเชิงแม่เหล็กที่มีค่าความจุข้อมูลสูง

7.3 ค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล

ค่าคงที่ความหน่วงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการออกแบบ STT-MRAM ด้วยแบบจำลองระดับ
อะตอมควบคู่กับแบบจำลองการส่งผ่านสปิน การเคลื่อนที่แบบหน่วงที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของสปิน

ทอร์คเมื่อทำการป้อนกระแสไฟฟ้าภายนอกเข้าสู่โครงสร้างวัสดุจะมีทิศทางตรงกันข้าม (antidamping)

กับการเคลื่อนที่จากความหน่วงธรรมชาติของวัสดุ ส่งผลให้แมกนีไทเซชันสามารถเปลี่ยนแปลงทิศทาง

ได้ ในการออกแบบที่ดีจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีค่าคงที่ความหน่วงที่ต่ำ เพื่อลดการใช้กระแสไฟฟ้าใน
การเขียนเพื่อเอาชนะความหน่วงธรรมชาติทำให้เกิดการกลับทิศทางแมกนีไทเซชัน นอกจากนี้ยังทำให้

สามารถออกแบบอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กลงได้ ดังแสดงในสมการความสัมพันธ์ของกระแส

ไฟฟ้าวิกฤตซึ่งเป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่น้อยที่สุดที่สามารถกลับทิศทางของแมกนีไทเซชันดังนี้

γe
I c = α M S H k V (7.3)
µ B g
เมื่อ α คือ ค่าคงที่ความหน่วง

γ คือ ค่าอัตราส่วน gyromagnetic

e คือ ค่าประจุของอิเล็กตรอน