Page 56 - Spin Transport and Spintronics
P. 56
2.5 แบบจำลองทั่วไปของการสะสมสปิน 57
2.5 แบบจำลองทั่วไปของการสะสมสปิน
การศึกษาปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กสามารถอธิบายได้จากพฤติกรรมการส่ง
ผ่านสปินที่เกิดขึ้นภายในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็ก ผ่านการพิจารณาปริมาณทางฟิสิกส์ที่สำคัญ 2 ปริมาณ
คือ การสะสมสปินและกระแสสปิน ในลำดับถัดไปจะทำการอธิบายแบบจำลองการสะสมสปินเพื่อใช้
ในการอธิบายค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในโครงสร้างวัสดุเพื่อนำไปสู่การทำความเข้าใจ
กระบวนการทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นและหลักการของออกแบบอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ที่เหมาะสม
การสะสมสปินเป็นปริมาณเชิงฟิสิกส์ที่ใช้ในการอธิบายพฤติกรรมการส่งผ่านสปินในโครงสร้าง
ของวัสดุแม่เหล็ก โดย Zhang Lavy และ Fert (ZLF) [23] ได้ทำการศึกษาเชิงทฤษฎีเพื่อคำนวณหาค่า
การสะสมสปินภายในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กสองชั้นเป็นครั้งแรก และกำหนดนิยามของการสะสมสปิน
คือค่าความแตกต่างของจำนวนสปินขึ้นและสปินลง (m = n − n ) โดยการคำนวณหาปริมาณการ
↑
↓
สะสมสปินสามารถพิจารณาได้จากปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน s-d ระหว่างกระแสสปินโพลาไรซ์ที่เคลื่อนที่
ผ่านโครงสร้างวัสดุและแมกนีไทเซชันของชั้นวัสดุ ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์สปินทอร์คจากกระแสสปิน
โพลาไรซ์กระทำต่อแมกนีไทเซชันภายในชั้นวัสดุ และทำให้แมกนีไทเซชันภายในโครงสร้างวัสดุเกิดการ
จัดเรียงตัวในทิศทางใหม่ การเคลื่อนที่แบบหมุนวนของการสะสมสปินรอบแมกนีไทเซชันซึ่งเกิดจากผล
ของปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน s-d จะถูกนำเข้าไปเพิ่มในสมการการเคลื่อนที่ของการสะสมสปินในสมการ
ที่ (2.8) ดังนี้
∂m m
+ ∇j s + (J/ℏ)m × M = − (2.9)
∂t τ sf
เมื่อ m คือเวกเตอร์การสะสมของสปิน
M คือเวกเตอร์หนึ่งหน่วยของแมกนีไทเซชัน
J คือค่าปริพันธ์การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างสปินของอิเลกตรอนและแมกนีไทเซชัน
ℏ ค่าคงที่ของแพลงค์
τ sf คือเวลาที่สปินของอิเล็กตรอนใช้ในการกลับทิศทาง
จากสมการที่ (2.9) แสดงให้เห็นว่าการสะสมของสปินจะมีการเคลื่อนที่แบบหมุนวนรอบแมก
นีไทเซชัน โดยขนาดของการสะสมของสปินมีแนวโน้วที่จะลดลงเข้าสู่ศูนย์ดังแสดงในพจน์ด้านขวา
m ตามระยะเวลาการคลายตัวหรือการกลับทิศทางของสปิน τ sf อย่างไรก็ตามการ
มือของสมการ −
τ sf
พิจารณาการเคลื่อนที่ของการสะสมสปินด้วยแบบจำลอง ZLF สามารถใช้อธิบายพฤติกรรมการส่งผ่าน
สปินภายในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กสองชั้นเท่านั้น และมีข้อจำกัดในการศึกษาคุณสมบัติการส่งผ่านของ
