Page 196 - Spin Transport and Spintronics

7.3 ค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล 198

การศึกษาค่าคงที่ความหน่วงของวัสดุที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างมากในการศึกษาการกลับ

ทิศทางของแมกนีไทเซชันในโครงสร้าง CoFeB/MgO/CoFeB ซึ่งค่าคงที่ความหน่วงเป็นปัจจัยที่มีความ
สำคัญที่จะต้องนำไปพิจารณาในการออกแบบอุปกรณ์หน่วยความจำ STT-MRAM การศึกษาค่าคงที่

ความหน่วงเชิงการของวัสดุที่เงื่อนไขต่างๆ ค่อนข้างมีความซับซ้อนและใช้เวลามาก ดังนั้นการศึกษาเชิง

ทฤษฎีเพื่อคำนวณค่าคงที่ความหน่วงจึงเข้ามามีบทบาทและมีความจำเป็นอย่างมาก เนื่องจากสามารถ
ลดระยะเวลา ค่าใช้จ่าย เป็นแนวทางและกำหนดขอบเขตในการศึกษาเชิงการทดลองได้

ในส่วนนี้จะอธิบายรายละเอียดงานวิจัยของสุธี สัมพันธ์อภัยและคณะ [80] ซึ่งนำเสนอวิธีการ

คำนวณค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผลในโครงสร้างวัสดุด้วยแบบจำลองระดับอะตอม งานวิจัยนี้ทำการ
ศึกษาผลของอุณหภูมิและความหนาของชั้นฟิล์ม CoFeB ที่มีต่อการเพิ่มขึ้นของค่าคงที่ความหน่วง

ประสิทธิผลในโครงสร้างวัสดุ CoFeB/MgO โดยทำการกำหนดให้โครงสร้าง CoFeB/MgO มีค่าแอน

ไอโซโทรปีและค่าคงที่ความหน่วงสูงที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นวัสดุ CoFeB และชั้น MgO นอกจาก
นี้จะกำหนดให้ที่บริเวณชั้นเบ้าค์ (bulk) มีค่าแอนไอโซโทรปีและค่าคงที่ความหน่วงต่ำ ดังแสดงใน

ตารางที่ 7.1 โดยพลวัตของแมกนีไทเซชันจะถูกคำนวณด้วยสมการ LLG จากนั้นจะทำการเปรียบเทียบ

พลวัตของแมกนีไทเซชันที่ได้จากการคำนวณเชิงตัวเลขกับวิธีการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของสปินเดี่ยว

เพื่อคำนวณค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล ดังรายละเอียดต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 1 ในสภาวะเริ่มต้น จะทำการเหนี่ยวนำทิศทางของแมกนีไทเซชันภายในชั้นวัสดุ

CoFeB ด้วยการป้อนสนามแม่เหล็กภายนอกขนาด 10 T ในทิศทาง z จนกระทั่งแมกนีไทเซชันจัด
เรียงตัวในทิศทาง (0, 0, 1) ที่สภาวะสมดุล การเลือกใช้สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ประมาณ 10 เทสลา

B >> H k = 2k u /µs เพื่อเป็นการทำให้ผลของการคำนวณเชิงตัวเลขมีค่าใกล้เคียงกับคำตอบเชิง

วิเคราะห์

ขั้นตอนที่ 2 จากนั้นแมกนีไทเซชันในวัสดุแม่เหล็กจะถูกเปลี่ยนทิศทางออกจากสภาวะสมดุลที่
แกน z มาอยู่ที่ตำแหน่ง (0, -0.5, 0.86) ซึ่งเรียงตัวในระนาบ −yz หรือทำมุม 30 กับแกน z
◦

ขั้นตอนที่ 3 ทำการพิจารณาสมการ LLG เพื่อคำนวณพลวัตของแมกนีไทเซชันซึ่งพยายาม
เคลื่อนที่กลับเข้าสู่สภาวะสมดุลในทิศทาง z อีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 4 ทำการคำนวณค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผลของโครงสร้างวัสดุ CoFeB/MgO ซึ่ง

สามารถทำได้โดยนำพลวัตของแมกนีไทเซชันที่ได้จากการคำนวณเชิงตัวเลขของแบบจำลองในระดับ
อะตอมในขั้นตอนที่ 4 มาพลอตกราฟเพื่อเปรียบเทียบกับสมการสปินเดี่ยวด้วยสมการต่อไปนี้

M x (t) = sech (k 1 t)sin (k 2 t)

M y (t) = −sech (k 1 t)cos (k 2 t)

M z (t) = tanh (k 1 t) (7.5)