Page 38 - Spin Transport and Spintronics
P. 38

1.4 สมการความหนาแน่นของกระแสลอยเลื่อนและการแพร่                                   39



                             กรณีที่ 3 กระแสสปินโพลาไรซ์แบบสมบูรณ์ : เป็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีสปินเหมือน

                       กันและไปในทิศทางเดียวกัน ทำให้เกิดกระแสประจุมีค่าเท่ากับกระแสสปิน

                             กรณีที่ 4 กระแสสปินบริสุทธิ์ : เมื่ออิเล็กตรอนที่มีสปินตรงกันข้าม เคลื่อนที่สวนทางกัน จะ

                       ส่งผลให้เกิดการหักล้างของประจุทำให้ไม่เกิดกระแสประจุ j c = 0 แต่ทำให้เกิดกระแสสปินเพียงอย่าง
                       เดียวในระบบ


                             ในหัวข้อต่อไปจะทำการอธิบายพื้นฐานและหลักการทางฟิสิกส์ที่สำคัญต่อการพิจารณาค่าการ

                       สะสมสปินและกระแสสปินที่เกิดขึ้นในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งถูกนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบ

                       อุปกรณ์สปินทรอนิกส์ในอนาคต การส่งผ่านของสปินสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองกระแสลอย
                       เลื่อนและการแพร่ (drift-diffusion model) ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดต่อไปนี้ รวมไปถึงการพิจารณา

                       ผลของพารามิเตอร์การส่งผ่านสปินที่มีความสำคัญต่อพฤติกรรมการตอบสนองของค่ากระแสสปินและ

                       การสะสมสปินได้แก่ พารามิเตอร์การโพลาไรเซชันของสปิน (spin polarisation parameter) ระยะ
                       การแพร่ของสปิน (spin diffusion length) และค่าคงที่การแพร่ (diffusion constant) เป็นต้น




                       1.4     สมการความหนาแน่นของกระแสลอยเลื่อนและการแพร่




                             สมการความหนาแน่นของกระแสลอยเลื่อนและการแพร่เป็นสมการที่อธิบายความหนาแน่น
                       ของกระแสที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตัวนำภายในโครงสร้างวัสดุซึ่งประกอบด้วยสองส่วน

                       ได้แก่ กระแสที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเนื่องจากผลของความไม่สม่ำเสมอ (non uniform)

                       ของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ตำแหน่งต่างๆ ภายในโครงสร้างวัสดุ ซึ่งอิเล็กตรอนจะเกิดการ

                       แพร่หรือเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมากไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นของ
                       อิเล็กตรอนน้อย ทำให้เกิดกระแสที่เรียกว่า กระแสการแพร่ (diffusion current) ซึ่งทิศทางของกระแส

                       จะมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และส่วนที่สองเป็นกระแสลอยเลื่อน (drift cur-

                       rent) เป็นกระแสที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเนื่องจากการป้อนสนามไฟฟ้าภายนอก (exter-

                       nal electric field) ซึ่งจะเกิดแรงเหนี่ยวนำทางไฟฟ้ากระทำต่ออิเล็กตรอนตัวนำและทำให้อิเล็กตรอน
                       เกิดการเคลื่อนที่


                             การส่งผ่านของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นเมื่อมีแรงไปกระทำต่ออิเล็กตรอนและทำให้เกิดการเปลี่ยน-
                       แปลงศักย์ไฟฟ้าเคมีเชิงตำแหน่ง ∇µ ในระบบ โดยการเปลี่ยนแปลงของศักย์เคมีจะทำให้เกิดการแพร่

                       ของอิเล็กตรอน(กระแสการแพร่)และการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าจะนำไปสู่การไหลของอิเล็กตรอน

                       (กระแสลอยเลื่อน) ซึ่งสมการความหนาแน่นของกระแสลอยเลื่อนและการแพร่สามารถพิจารณาได้จาก
   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43