Page 73 - Spin Transport and Spintronics

2.6 พลวัตของแมกนีไทเซชันที่ขับเคลื่อนด้วยสปินทอร์ค 74

2.6 พลวัตของแมกนีไทเซชันที่ขับเคลื่อนด้วยสปินทอร์ค

ปรากฏการณ์สปินทอร์คที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระแสสปินผ่านโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กจะ
ส่งผลต่อการจัดเรียงตัวของแมกนีไทเซชันในชั้นวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวถูกนำไปประยุกต์

ใช้ในการควบคุมทิศทางของแมกนีไทเซชันในหัวเขียนและหัวอ่านข้อมูลในอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ เพื่อ

ให้การประยุกต์ใช้ดังกล่าวมีประสิทธิภาพจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องเข้าใจวิธีการควบคุมทิศทางแมกนีไท
เซชันด้วยสปินทอร์ค โดยพลวัตของแมกนีไทเซชันที่ถูกขับเคลื่อนด้วยสปินทอร์คสามารถพิจารณา

ได้ด้วยแบบจำลองวัสดุแม่เหล็กระดับอะตอมร่วมกับแบบจำลองการสะสมสปิน พลังงานสปินทอร์คที่

กระทำต่อแมกนีไทเซชันภายในวัสดุแม่เหล็กเกิดจากปฏิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน s-d ระหว่างการสะสมสปิน

และแมกนีไทเซชันภสามารถพิจารณาได้ดังนี้

sd sd
H = −J m · M (2.26)
เมื่อ J คือปริพันธ์แลกเปลี่ยน s-d ระหว่างการสะสมสปินและแมกนีไทเซชัน โดยสนามแม่เหล็ก
sd
เหนี่ยวนำที่เกิดจากสปินทอร์คสามารถพิจารณาได้ดังนี้

ฺB ST = − ∂H sd = J m (2.27)
sd
∂M

การเคลื่อนที่ของแมกนีไทเซชันภายใต้การขับเคลื่อนของสปินทอร์คสามารถพิจารณาได้จาก
สมการมาตราฐาน Landau-Lifshitz (LL) โดยผลของสปินทอร์คจะถูกพิจารณาเป็นสนามแม่เหล็กเพิ่ม

เติมที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของการป้อนกระแสไฟฟ้าภายนอก (J m) [23,43] ดังนี้
sd
∂M = −γM × (B α ∂M (2.28)
sd
∂t eff + J m) + M × ∂t
µ s
เพื่อความสะดวกในการพิจารณาพลวัตของสปินด้วยวิธีการคำนวณเชิงตัวเลข สมการที่ (2.28) สามารถ

จัดให้อยู่ในรูปแบบของสมการ Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) ดังนี้

∂M γ γα
sd
sd
= − M × (B eff + J m) − [M × (M × (B eff + J m))] (2.29)
2
2
∂t (1 + α ) (1 + α )
โดย γ คือ ค่าสัมบูรณ์ของอัตราส่วนไจโรแมกเนติก
α คือ ค่าคงที่การหน่วง

S คือ เวกเตอร์หนึ่งหน่วยของสปิน

B คือ สนามแม่เหล็กประสิทธิผลที่กระทำต่อวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากหลายส่วนได้แก่ สนาม
eff
แม่เหล็กภายนอก สนามปฎิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน สนามแอนไอโซทรอปี สนามคู่ขั้ว และสนามที่เกิดจาก

ความร้อน