Page 99 - Spin Transport and Spintronics
P. 99
บทที่ 4
ผลของความร้อนที่มีต่อพฤติกรรมการส่งผ่านของสปิน
การศึกษาและทำความเข้าใจกระบวนการส่งผ่านสปินที่คิดผลของความร้อนมีความจำเป็นอย่าง
ยิ่งต่อการพัฒนาและออกแบบอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการเขียนและ
การอ่านข้อมูลของอุปกรณ์หน่วยความจำเชิงแม่เหล็กที่มีหลักการทำงานโดยอาศัยปรากฎการณ์สปิน-
ทอร์คซึ่งจะต้องทำการป้อนกระแสไฟฟ้าจากภายนอกให้กับโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กเพื่อบันทึกและอ่าน
ข้อมูลซึ่งส่งผลให้เกิดความร้อนขึ้นภายในอุปกรณ์ดังกล่าว โดยในกระบวนการเขียนข้อมูลจะมีการป้อน
กระแสไฟฟ้าภายนอกเข้าสู่โครงสร้างวัสดุแม่เหล็กเพื่อควบคุมทิศทางของแมกนีไทเซชันในการบันทึก
บิตข้อมูลตามความต้องการ และการป้อนกระแสไฟฟ้าความหนาแน่นต่ำสู่โครงสร้างวัสดุเพื่อตรวจจับ
สัญญาณในกระบวนการอ่านข้อมูลทำให้เกิดการเพิ่มของอุณหภูมิและความร้อนภายในอุปกรณ์ซึ่งเรียก
ว่า ผลของความร้อนจูล (Joule heating effect) [52–54] ดังนั้นการศึกษาผลของอุณหภูมิที่มีต่อ
ประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์จึงมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกระบวนการทางฟิสิกส์ที่
เกิดขึ้นภายใต้ปรากฏการณ์สปินทอร์ค ซึ่งความร้อนที่เกิดขึ้นนอกจากจะส่งผลต่อการลดประสิทธิภาพ
ของสปินทอร์คและทำให้กระบวนการเขียนและอ่านข้อมูลเชิงแม่เหล็กมีความยุ่งยากขึ้น ยังส่งผลต่อ
เสถียรภาพของบิตข้อมูลด้วย
การศึกษาผลของความร้อนที่มีต่อพฤติกรรมการส่งผ่านสปินในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กสามารถ
อธิบายได้ด้วยแบบจำลองระดับอะตอมร่วมกับแบบจำลองการสะสมสปิน เนื่องจากความร้อนนอกจาก
จะส่งผลต่อทิศทางของแมกนีไทเซชันแล้วยังส่งผลต่อพารามิเตอร์ของการส่งผ่านสปิน โดยแบบจำลอง
ระดับอะตอมสามารถพิจารณาทิศทางของแมกนีไทเซชันที่อุณหภูมิใดๆ ได้ จากนั้นจะถูกนำมาพิจารณา
ร่วมกับแบบจำลองการสะสมสปินซึ่งสามารถอธิบายพฤติกรรมการส่งผ่านสปินผ่านค่าการสะสมสปิน
และกระแสสปิน ในการศึกษาผลของความร้อนที่มีต่อพฤติกรรมการส่งผ่านสปินจำเป็นต้องทราบค่า
พารามิเตอร์การส่งผ่านสปินที่อุณหภูมิใดๆ ที่ต้องการพิจารณา เนื่องจากเป็นตัวแปรสำคัญที่ใช้ใน
การคำนวณด้วยแบบจำลองการสะสมสปิน อย่างไรก็ตามพบว่ามีการศึกษาผลของอุณหภูมิที่มีต่อค่า
พารามิเตอร์การส่งผ่านของสปินเพียงบางค่าเท่านั้น ได้แก่ พารามิเตอร์สปินโพลาไรเซชัน (spin po-
larization parameters) ระยะการแพร่ของสปิน (spin diffusion length) และความต้านทานไฟฟ้า
(resistance) เป็นต้น ซึ่งยังไม่ครอบคลุมและเพียงพอต่อการอธิบายผลของอุณหภูมิที่มีต่อคุณสมบัติ
การส่งผ่านของสปินภายในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กในเชิงลึก ในบทนี้จะอธิบายวิธีการพิจารณาค่า
