<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/33472" type="text/javascript"></script>

GMR: ยุคใหม่ของการศึกษาและประยุกต์ใช้วัสดุแม่เหล็ก มนุษย์รู้จัก และใช้ประโยชน์จากวัสดุแม่เหล็ก เป็นเวลากว่า 4000 ปีมาแล้ว ตลอดเวลาที่ผ่านมา แม่เหล็กเป็นส่วนสำคัญของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ ลำโพง หม้อแปลง อุปกรณ์จับติดยก เซนเซอร์ เทป หัวอ่าน และวัสดุบันทึกข้อมูลต่างๆ ผู้เขียน: ดร. ชิตณรงค์ ศิริสถิตย์กุล และ นส. วัชรี รัตนสกุลทอง ชมแล้ว: 10,945 ครั้ง post ครั้งแรก: Mon 29 October 2007, 11:41 am ปรับปรุงล่าสุด: Fri 2 November 2007, 8:45 am อยู่ในส่วน: วิทยาศาสตร์, ฟิสิกส์, เทคโนโลยี

ปัจจัยที่มีผลต่อ GMR
ในการอ้างอิงถึงขนาดของปรากฏการณ์ GMR มักจะกล่าวถึงเป็นเปอร์เซ็นต์ ซึ่งสามารถคำนวณได้จาก อัตราส่วน


เมื่อ คือ สภาพต้านทานในตอนเริ่มต้นเมื่อสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์
และ คือ สภาพต้านทานไฟฟ้าเมื่อมีสนามแม่เหล็กใด ๆ มากระทำ






ภาพที่ 4 GMR เซนเซอร์ตรวจจับตำแหน่งลูกสูบ ให้สัญญาณ 2 แบบ (ก) เซนเซอร์ความต้านทานต่ำ (ON) เมื่อมีสนามแม่เหล็ก (ข) เซนเซอร์ความต้านทานสูง (OFF) เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก







ภาพที่ 5 หน่วยความจำที่ใช้วัสดุ GMR แบบฟิล์มบางสลับชั้น หากแมกนีไตเซชันของฟิล์มแม่เหล็กชั้นบนกับชั้นล่างมีทิศเดียวกันจะเป็นสถานะ 0 แต่ถ้าแมกนีไตเซชันของฟิล์มแม่เหล็กทั้งสองชั้นสวนทิศกันจะเป็นสถานะ 1

ในการวิจัยให้ได้วัสดุที่แสดงค่า GMR สูง ๆ พบว่าขนาดของ GMR ขึ้นอยู่กับ ปัจจัยต่าง ๆ ทั้งในขั้นเตรียมสารและขั้นการวัด ซึ่งได้แก่

ปัจจัยที่กำหนดค่า GMR ใน
โครงสร้างแบบฟิล์มบางสลับชั้น ปัจจัยที่กำหนดค่า GMR ใน
โครงสร้างแบบอัลลอยด์ด้วยการบดผง
ชนิดของสารแม่เหล็กเฟอร์โรและโลหะที่เป็นองค์ประกอบ ชนิดของผงแม่เหล็กเฟอร์โรและโลหะที่เป็นองค์ประกอบ
จำนวนชั้นของฟิล์ม อัตราส่วนระหว่างสารแม่เหล็กกับโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
ความหนาของฟิล์ม ขนาดของอนุภาค
ความหยาบของรอยต่อระหว่างสารแม่เหล็กกับโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ความหยาบของรอยต่อระหว่างสารแม่เหล็กกับโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
การให้ความร้อนภายหลังการเตรียมฟิล์ม การให้ความร้อนภายหลังการบดผง
อุณหภูมิที่ทำการวัด อุณหภูมิที่ทำการวัด



จากห้องปฏิบัติการสู่การประยุกต์ใช้
เทคโนโลยีการประยุกต์ใช้ GMR ได้ก้าวสู่ขั้นที่มีการแข่งขันเชิงพาณิชย์แล้ว สามารถแบ่งการใช้งานเป็น 4 ประเภท ได้แก่ เซนเซอร์ (Sensor) หัวอ่านและบันทึก (Read/Write Head) หน่วยความจำ (Memory) และ อุปกรณ์อิเลกทรอนิกส์ (Electronic Devices)
เซนเซอร์ นอกจากสามารถวัดสนามแม่เหล็กได้แล้ว เซนเซอร์สนามแม่เหล็ก(Magnetic Sensor) ยังสามารถประยุกต์ใช้ในการวัด กระแสไฟฟ้า ความดัน และตำแหน่ง ตัวอย่างเช่นการตรวจวัดตำแหน่งของลูกสูบ








ดังแสดงในภาพที่ 4 ปัจจุบันได้มีบริษัทผลิต GMR เซนเซอร์ ในรูปวงจรไอซี⁵ เช่น บริษัท Nonvolatile Electronics Inc. ได้เริ่มจำหน่าย GMR วีตสโตนบริดจ์ ในปี 1995 และ เซนเซอร์แบบดิจิตอลในรูปแบบชิพ (chip) ในปี 1997 ทางด้านบริษัท Siemens ได้จำหน่ายเซนเซอร์ตรวจวัดการหมุนด้วย วัสดุ GMR ตั้งแต่ปี 1998


หัวอ่านและบันทึก เทคโนโลยี GMR ได้เริ่มทดแทนหัวอ่านฮาร์ดดิสก์แบบเหนี่ยวนำ และ MR แบบเก่า เนื่องจากความต้องการสร้างหัวอ่านให้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ จะทำให้ สัญญาณมีค่าต่ำลง การใช้วัสดุ GMR จะให้ค่าสัญญาณที่สูงเพียงพอสำหรับหัวอ่านที่มีขนาดเล็ก ในปี 2000 เทคโนโลยี GMR ทำให้การบันทึกข้อมูลมีประสิทธิภาพสูงถึงความจุ(Recording capacity)⁶ ระดับ 10 Gb/in² เป้าหมายต่อไปของการวิจัยในอยู่ที่ การเพิ่มความจุของข้อมูลเป็น100 Gb/in² ในเวลาที่รวดเร็วที่สุด ⁷



หน่วยความจำ การที่วัสดุ GMR สามารถเปลี่ยนจากสถานะที่มีความต้านทานสูง ไปสู่สถานะที่มีความต้านทานต่ำ จึงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งในการประดิษฐ์เป็น หน่วยความจำ โดยใช้หลัก ความต้านทานสูงเทียบเท่าสถานะ 1 และเมื่อความต้านทานต่ำจะเทียบเท่าสถานะ 0 ในปี 1997 คณะของ Melo ⁸ ได้ออกแบบหน่วยความจำ MRAM (Magnetic Random Access Memory) ที่ใช้วัสดุ GMR ที่มีฟิล์มโลหะประกบด้วยฟิล์มแม่เหล็กทั้งด้านบนและล่าง โดยที่แมกนีไตเซชันของแม่เหล็กชั้นล่างจะมีทิศคงที่



ส่วนฟิล์มแม่เหล็กชั้นบนสามารถเปลี่ยนทิศทางการแมกนีไตเซชันไปตามสนามแม่เหล็กเนื่องจากกระแสบันทึกข้อมูล ดังแสดงในภาพที่ 5 หน่วยความจำจะเก็บข้อมูลเป็น 0 เมื่อแมกนีไตเซชันในชั้นบนเรียงตัวในทิศเดียวกับชั้นล่าง และ เป็น 1 เมื่อแมกนีไตเซชันชั้นบนสวนทิศกับชั้นล่าง



การอ่านข้อมูลจากหน่วยความจำสามารถทำได้โดยวัดความต่างศักย์ที่ผ่านหน่วยความจำ เพื่อหาว่าค่าความต้านทานสูง (1) หรือ ต่ำ (0) หน่วยความจำแบบนี้ มีจุดเด่นตรงที่ สามารถรักษาข้อมูลไว้ได้ภายหลังปิดเครื่องโดยไม่ต้องใช้ไฟเลี้ยง (nonvolatile) และมีการสวิทซ์ที่รวดเร็ว (fast switching) ในปี 2000 บริษัท Honeywell ได้ผลิตชิพต้นแบบของ MRAM ขนาด 16 kB และ 1MB ได้สำเร็จ⁹



อุปกรณ์อิเลกทรอนิกส์ นอกจากใช้ในเทคโนโลยีบันทึกข้อมูลแล้ว การที่ความต้านทานของวัสดุGMR มีความไวต่อสนามแม่เหล็ก เป็นจุดเด่นที่ นำไปประยุกต์ประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์ อิเลกทรอนิกส์ แบบใหม่ ได้หลายอย่างเช่น อุปกรณ์เชิงตรรก (Logic Device)¹⁰ , ไอโซเลเตอร์แบบแม่เหล็ก ที่สามารถใช้งานที่ความถี่สูงกว่าแบบแสง (Magnetically Coupled Galvanic Isolator)¹¹ และ ทรานซิสเตอร์ที่สามารถปรับเปลี่ยนเกนได้ด้วยสนามแม่เหล็ก (Spin transistor)¹²


การวิจัย GMR ในประเทศไทย
ด้วยการสนับสนุน ของศูนย์เทคโนโลยี โลหะและวัสดุแห่งชาติ ได้มีการเริ่มต้นวิจัยสังเคราะห์และประยุกต์ใช้วัสดุ GMR ในประเทศไทยแล้ว โดยคณะวิจัยทำการเตรียมวัสดุ GMR แบบอัลลอยด์ด้วยการบดผง ณ ห้องปฏิบัติการอิเลกโตรเซรามิกส์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โดยทำการบดผงโคบอลท์ เข้ากับผงทองแดงเป็นเวลานาน 50 ชั่วโมง และอัดขึ้นรูปด้วยความดันสูง วัสดุ GMR ที่ได้แสดงค่าความต้านทานไฟฟ้าลดลง 8% เมื่อวางในสนามแม่เหล็กขนาด 11 กิโลเออร์สเต็ด ณ ห้องวิจัยแม่เหล็ก มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ วัสดุ GMR นี้กำลังได้รับการพัฒนาเป็นเซนเซอร์ เพื่อการใช้ประโยชน์ต่อไป

เอกสารอ้างอิง
1. M.N. Baibich, Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988)
2. A.E. Berkowitz, Phys. Rev. Lett. 68, 3745 (1992)
3. J.M.D. Coey, IEEE Trans. Mag. 30, 666 (1994)
4. N.F. Mott, Proc. Royal. Soc. London 153, 699 (1936)
5. J.M. Daughton, IEEE Trans. Mag. 36, 2773 (2000)
6. T. Lin et al., IEEE Trans. Mag. 36, 2563 (2000)
7. P. Freitas et al., IEEE Trans. Mag. 36, 2796 (2000)
8. L.V. Melo et al., IEEE Trans. Mag. 33, 3295 (1997)
9. S.A. Wolf and D. Treger, IEEE Trans. Mag. 36, 2748 (2000)
10. J. Shen, IEEE Trans. Mag. 33, 4492 (1997)
11. J.M. Daughton, IEEE Trans. Mag. 36, 2773 (2000)
12. D.J. Monsma, IEEE Trans. Mag. 33, 3495 (1997)

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน