Page 29 - Spin Transport and Spintronics
P. 29
1.2 ปรากฏการณ์ความต้านทานเชิงแม่เหล็กจากการทะลุผ่าน 30
↓
↓
↓
↑
↑
↓
↑
↑
เมื่อ G ↑↑ ∝ N N , G ↓↓ ∝ N N , G ↑↓ ∝ N N , G ↓↑ ∝ N N จะได้สมการดังนี้
2
1
1
2
1
2
1
2
↑
↓
↓
↑
↑
↓
↓
G P − G AP N N + N N − N N − N N 2 ↑ (1.10)
2
2
1
1
2
1
1
TMR = =
↑
↓
↓
G AP N N + N N 2 ↑
1
1
2
↑
เมื่อกำหนดให้พารามิเตอร์การโพลาไรเซชันของความนำไฟฟ้าในวัสดุมีค่าเท่ากับ P = N −N ↓
N +N ↓
↑
สมการหาค่าอัตราส่วน TMR ข้างต้นสามารถเขียนอยู่ในรูปความสัมพันธ์ของการโพลาไรเซชันของสปิน
ดังต่อไปนี้
2P 1 P 2 (1.11)
TMR =
1 − P 1 P 2
สมการข้างต้นสามารถนำมาอธิบายการเกิดปรากฏการณ์TMRได้ดีในกรณีที่สปินของอิเล็กตรอน
มีการทะลุผ่านในวัสดุ Fe Ni และ Co ไปยังตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด อย่างไรก็ตามแบบจำลองของ Julliere
ไม่สามารถนำมาอธิบายการทะลุผ่านภายในโครงสร้างรอยต่อที่ประกอบด้วยวัสดุที่ไม่มีความเป็นแม่
เหล็ก เช่น Cu หรือ Ag มาประกบติดกับวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรและชั้นฉนวน เนื่องจากจะให้ค่าอัตราส่วน
TMR มีค่าเป็นศูนย์ ซึ่งไม่สอดคล้องกับผลการทดลอง นอกจากนี้ยังพบว่าการคำนวณค่า TMR ด้วย
แบบจำลองของ Julliere เป็นการพิจารณาจากค่าพารามิเตอร์การโพลาไรเซชันของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์
โรทั้งสองด้าน โดยไม่คิดผลของคุณสมบัติของชั้นวัสดุฉนวนที่คั่นกลาง ปัญหาดังกล่าวแสดงให้เห็นถึง
ข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้ทฤษฎีดั้งเดิมในการพิจารณาค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กจากการทะลุผ่าน
ด้วยค่าความหนาแน่นทางสถานะของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โร
ปัจจุบันปรากฏการณ์ TMR ได้รับความสนใจอีกครั้งเนื่องจากมีการพัฒนาอัตราส่วน TMR ให้มี
ค่าที่สูงที่อุณหภูมิห้อง โดยที่ผ่านมา S. Ikeda และคณะได้ทำการพัฒนาโครงสร้างรอยต่อทะลุผ่านเชิง
แม่เหล็ก CoFeB/MgO/CoFeB ให้มีค่าอัตราส่วน TMR มากกว่าร้อยละ 600 ที่อุณหภูมิห้อง และ
ปรากฏการณ์ TMR ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในกระบวนการทำงานของหัวอ่านข้อมูลฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ
ในปัจจุบัน เพื่อแสดงสัญญาณการอ่านข้อมูลในรูปแบบของค่าไบนารีบิต เนื่องจากหัวอ่านข้อมูลแบบ
TMR มีค่าอัตราส่วน MR ที่สูง ซึ่งทำให้ง่ายต่อการแยกแยะค่าสัญญาณทางไฟฟ้าของบิตข้อมูล 0 และ
บิตข้อมูล 1
