Page 37 - Spin Transport and Spintronics
P. 37
1.3 การส่งผ่านสปินและประจุของอิเล็กตรอน 38
การเคลื่อนที่ของสปินของอิเล็กตรอนจะนำไปสู่การเกิดกระแสประจุและกระแสสปิน ความหนา
แน่นของกระแสประจุสามารถพิจารณาได้จากความหนาแน่นของจำนวนอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายใน
โครงสร้างวัสดุโดยไม่พิจารณาทิศทางสปินขึ้นหรือสปินลงของอิเล็กตรอน ในทางตรงกันข้ามกระแส
สปินจะพิจารณาทิศทางสปินขึ้นหรือสปินลงของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายในโครงสร้างวัสดุ การเกิด
กระแสประจุและกระแสสปินสามารถพิจารณาได้เป็น 4 กรณีหลัก ดังแสดงในรูปที่ 1.9
รูปที่ 1.9 การเกิดกระแสไฟฟ้าและกระแสสปิน
กรณีที่ 1 กระแสที่ไม่เกิดการโพลาไรซ์ : เป็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแล้วทำให้เกิดการไหล
ของประจุ แต่ไม่เกิดการการไหลของสปิน ยกตัวอย่างเช่นกรณีที่อิเล็กตรอนประกอบด้วยสปินขึ้นและ
สปินลงอย่างละ 2 ตัว เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากอิเล็กตรอนทั้ง 4 ตัว
เนื่องจากในการคิดกระแสไฟฟ้าจะคิดเฉพาะทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุแต่ไม่คิดทิศทางของสปิน
แต่ในการพิจารณากระแสสปินจะพบว่าจำนวนของสปินขึ้นเท่ากับสปินลงทำให้กระแสสปินซึ่งเป็นผล
↓
↑
ต่างของสปินทั้งสองมีค่าเท่ากับศูนย์ กรณีนี้จึงไม่เกิดกระแสสปินโพลาไรซ์ j s = j − j = 2 − 2 = 0
กรณีที่ 2 กระแสสปินโพลาไรซ์ : เป็นกระแสที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน แล้วทำให้
เกิดทั้งกระแสประจุและกระแสสปิน กระแสประจุจะเกิดจากจำนวนของอิเล็กตรอนรวมที่เคลื่อนที่
ภายในระบบซึ่งมีทั้งหมดสามตัวในขณะที่กระแสสปินจะเกิดจากจำนวนของอิเล็กตรอนสุทธิซึ่งพิจารณา
การหักล้างกันของจำนวนอิเล็กตรอนที่มีสปินขึ้นและอิเล็กตรอนที่มีสปินลง ดังนั้นในกรณีนี้กระแสสปิน
จึงเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีสปินขึ้นเพียงหนึ่งตัว
