Page 197 - Spin Transport and Spintronics

7.3 ค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล 199

αγB γB 2 โดยค่าสัมประสิทธิ์ k 1 จะถูก
เมื่อกำหนดให้ค่าสัมประสิทธิ์ k 1 = 2 และ k 2 =
1+α 1+α
พิจารณาเป็นลำดับแรกจากการกำหนดเส้นโค้ง (curve fitting) องค์ประกอบ z ของแมกนีไทเซชัน
จากนั้นจะนำค่าสัมประสิทธิ์ k 1 มาใช้ในการกำหนดเส้นโค้งองค์ประกอบ x หรือ y ของแมกนีไทเซ

ชันและปรับค่าสัมประสิทธิ์ k 2 ที่เหมาะสมเพื่อให้ได้เส้นโค้งจากการคำนวณเชิงตัวเลขที่สอดคล้องกับ

สมการเชิงวิเคราะห์มากที่สุด ค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผลสามารถพิจารณาได้จากอัตราส่วนของค่า
สัมประสิทธิ์ k 1และ k 2 ดังนี้

k 1 (7.6)
α =
k 2

การพัฒนาหน่วยความจำ STT-MRAM ให้มีขนาดเล็กลงแต่ยังคงประสิทธิภาพในการทำงานที่
สูง จำเป็นต้องศึกษาผลของขนาดและความหนาของชั้นฟิล์มที่มีต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุที่นำ

มาประยุกต์ใช้ในโครงสร้าง MTJ ในงานวิจัยของสุธี สัมพันธ์อภัย และคณะ [80] ทำการศึกษาผลของ

ความหนาของชั้นฟิล์ม CoFeB ที่มีต่อค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผลในโครงสร้างวัสดุ CoFeB ขนาด
3
20 × 20 × t nm ที่อุณหภูมิ 300 K และทำการเปลี่ยนแปลงความหนาของชั้นวัสดุ CoFeB(t) ตั้งแต่
1.3 ถึง 20 nm โดยพิจารณาพลวัตของแมกนีไทเซชันด้วยแบบจำลองระดับอะตอมเพื่อเปรียบเทียบ

ผลค่าคงที่ความหน่วงกับผลการศึกษาในเชิงการทดลองของ Ikeda [6] เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของ

แบบจำลองและวิธีการคำนวณที่นำเสนอข้างต้นได้ผลดังรูปที่ 7.7

เพื่อความเข้าใจในการคำนวณ จะยกตัวอย่างกรณีที่ชั้นวัสดุ CoFeB มีความหนา 2 nm ลำดับ

แรกจะทำการกำหนดทิศทางของแมกนีไทเซชันที่สภาวะสมดุลให้อยู่ในแกน z ด้วยการป้อนสนามแม่

เหล็กภายนอกขนาด 10 เทสลา จากนั้นทำการหมุนแมกนีไทเซชันออกจากแกน z ด้วยมุม 30 แมกนีไท
◦
เซชันจะเกิดการเคลื่อนที่เพื่อที่จะพยายามจัดเรียงตัวกลับไปสู่ทิศทางที่สภาวะสมดุลอีกครั้งดังแสดงใน

รูปที่ (a) เมื่อทำการพลอตกราฟด้วยสมการที่ (7.5) โดยปรับค่าสัมประสิทธิ์ k 1 และ k 2 จนกระทั่งกราฟ

มีความสอดคล้องกับพลวัตของแมกนีไทเซชันที่ได้จากการคำนวณเชิงตัวเลข จากนั้นจะสามารถคำนวณ
ค่าสัมประสิทธิ์ความหน่วงได้ และมีค่าเท่ากับ α = 0.0113 ซึ่งเกิดจากผลของค่าคงที่ความหน่วงที่ชั้น
eff
รอยต่อและชั้นเบ้าค์ เมื่อพิจารณาผลของความหนาของชั้นฟิล์มที่มีต่อค่าคงที่ความหน่วง เราสามารถ

อธิบายได้เป็น 3 ช่วงดังนี้

1) เมื่อความหนาของชั้นฟิล์ม CoFeB ต่ำกว่า 2 nm (t CoFeB < 2nm) ค่าคงที่ความหน่วง
ประสิทธิผล α จะมีการลดลงอย่างมากเมื่อความหนาเพิ่มขึ้น ซึ่งในกรณีนี้คงที่ความหน่วงของชั้นรอย

ต่อจะมีอิทธิพลและส่งผลหลักต่อค่าคงที่ความหน่วงประสิทธิผล

2) เมื่อความหนาของชั้นฟิล์ม CoFeB อยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 nm (5 nm <t CoFeB < 2nm) ค่า

คงที่ความหน่วงประสิทธิผลจะลดลงแบบเชิงเส้นเมื่อความหนาของชั้นฟิล์ม CoFeB เพิ่มขึ้น