CN101295508A - 磁元件、磁记录头及磁记录装置 - Google Patents

磁元件、磁记录头及磁记录装置 Download PDF

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山田健一郎
高岸雅幸
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Abstract

本发明提供一种能够实现有效果、有效率的高频辅助磁记录的磁元件、磁记录头及利用该磁记录头的磁记录装置。提供一种磁元件，其特征在于具备：具有至少1层的磁性体层的第一自旋振荡层，具有至少1层的磁性体层的第二自旋振荡层，设在上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层之间的第一非磁性体层，包含磁化方向固定的强磁性体的自旋极化层，和可以对具有上述第一及第二自旋振荡层、上述非磁性体层和上述自旋极化层的层叠体通以电流的一对电极。

Description

磁元件、磁记录头及磁记录装置
技术领域
本发明涉及磁元件、磁记录头及磁记录装置，特别涉及适于实现高记录密度、高记录容量、高数据传输率的数据存储的高频辅助型的磁元件、磁记录头及磁记录装置。
背景技术
在1990年代，以MR(Magneto-Resistive effect：磁阻效应)头和GMR(Giant Magneto-Resistive effect：巨磁阻效应)头的实用化为起因，HDD(Hard Disk Drive)的记录密度和记录容量飞速增加。但是，进入2000年代之后，磁记录介质的热波动的问题明显起来，因此记录密度增加的速度一时减慢。尽管如此，比水平(面内)磁记录在原理上对高密度记录更加有利的垂直磁记录在2005年实用化成为牵引力，最近，HDD的记录密度表现出每年40％左右的增长。
另外，最新的记录密度验证试验达到了超过400Gbits/inch2的水平，如果按照这样稳定地发展，预想在2012年左右记录密度将达到1Tbits/inch2。但是，这样高的记录密度的实现即使使用垂直磁记录方式，热波动的问题也会再次明显化，因此可想而知并不容易。
作为解决这个问题的记录方式，提出了“晶格介质记录方式”和“热辅助磁记录方式”。最近，每种方式在国内外都得到了积极的研究开发。晶格介质记录方式的情况下，在纳米～亚纳米级的高精度下并且廉价地制造孤立化的20纳米以下的位图(Bit Pattern)的介质制造工艺技术的实用化是当务之急。
另一方面，通过光照射的热辅助磁记录方式的情况下，将用于瞬间加热升温介质微细区域而降低其矫顽力的近场光元件、与用于在该矫顽力降低部位施加记录磁场的记录磁极邻近配置而成的混合结构磁头的实用化是必需的。另外，在热辅助磁记录方式中，通过通常的磁头不可能写入的更高的磁各向异性能(能量)(Ku)特别大的记录磁性材料的开发也是很重要的。
对此，作为与热辅助磁记录方式不同的记录方式，提出了“高频辅助磁记录方式”(例如，专利文献1)。这是通过在磁记录介质的规定细微部位施加与记录信号频率相比充分高频率的高频磁场，使记录信号频率范围里该部位的矫顽力从原矫顽力Hc1降低至其一半以下的Hc2的技术。这样在降低矫顽力的时刻，通过在同部位施加记录磁场，对具有更高密度的记录电势的更高磁各向异性能(Ku)的磁性介质的磁记录成为可能。
在专利文献1中，作为高频磁场施加方法，公开了通过对与磁极耦合的线圈接通高频电流来振荡磁极，对磁记录介质施加从该磁极上产生的高频磁场的方法。但是在这种方法中，随着为了提高记录密度而不断减小介质记录部位的尺寸，在该部位上能够施加的高频磁场的强度急剧减少，因此很难降低记录部位的矫顽力，也就是存在高频辅助记录难以成立的问题。
作为解决这个问题的技术，提出了利用自旋振荡元件作为高频磁场振荡源的手法(专利文献2及专利文献3)。
在专利文献2及专利文献3中公开了使用自旋振荡元件作为高频磁场的振荡源的方法。若接通直流电流，则通过自旋极化层的电子的自旋而极化。自旋振荡层因该极化的电子流而受到自旋转矩，由此该磁化产生强磁共振，结果，由间隔着自旋极化层和非磁性层而层叠的自旋振荡层构成的自旋振荡元件，从自旋振荡层产生高频磁场。
这种现象在元件尺寸为数十纳米以下时表现得很明显，因此从元件产生的高频磁场达到的范围局限于从元件开始数十纳米以下的微小区域内。若振荡频率与磁记录介质的记录层的强磁共振频率相同，或设定振荡频率在其附近，使在记录磁极附近配置自旋振荡元件的磁记录头与磁记录介质邻近且相对，则能够仅对介质记录层的微细记录部位施加从自旋振荡元件产生的高频磁场。结果能够仅降低微细记录部位的矫顽力。
在该矫顽力降低的时刻，通过在该记录部位使用记录磁极施加记录磁场，仅使记录部位磁化反转，即信息的写入成为可能。
另外，自旋振荡元件的功耗与现有的GMR元件和TMR(TunnelingMagneto-Resistive effect)元件同样小，发热也很少，而且在记录磁极邻近配置自旋振荡元件的磁头结构能以与现有的磁头相同的制造工艺制作，因此制造成本非常廉价。因而，使用自旋振荡元件的高频辅助磁记录方式很有希望成为未来的磁记录方式。
专利文献1：美国专利第6011664号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2005/0023938号说明书
专利文献3：美国专利申请公开第2005/0219771号说明书
如上所述，使用自旋振荡元件的高频辅助磁记录方式很有希望成为未来的高记录密度对应的磁记录方式。但是，在使用现有的自旋振荡元件的情况下，从自旋振荡元件对磁记录介质施加的高频磁场，其相对于介质面垂直的方向成分占优势。当然，也包括介质面的水平方向成分，但其空间分布与介质面垂直成分的空间分布相比陡峭且强度也弱。另外，在高频辅助磁记录方式中，与通常的磁记录方式相同，为了实现更高密度的记录，与水平取向介质相比垂直取向介质更加有利。
此外，为了有效地降低记录层的矫顽力，需要对磁记录层在与其易磁化轴(磁化的取向方向)正交的方向上施加高频磁场而给磁化以转矩THrf来激发强磁共振(进动：岁差运动)。若在相对于易磁化轴平行的方向上施加高频磁场，则对磁化有效的转矩无法运动，难以产生强磁共振。因此，在使用垂直记录介质的情况下，为了有效地降低其矫顽力，需要对记录层施加介质水平方向成分占优势的高频磁场。
此外，现有结构的自旋振荡元件产生的高频磁场相对于介质面垂直的方向成分占优势，其与记录层磁化平行，所以即使施加该高频磁场，该部位的磁化也难以产生强磁共振(进动)，存在难以降低记录部位矫顽力的效果的问题。因此，今后为了通过利用高频辅助磁记录方式实现更高密度的信息记录，能够对垂直取向的磁记录介质施加介质面的水平方向成分占优势的高频磁场的磁元件和使用这种磁元件的磁记录头的开发是受到期待的。
发明内容
本发明鉴于上述的情况而完成，目的在于提供一种能够实现有效果、有效率的高频辅助磁记录的磁元件、磁记录头及利用该磁记录头的磁记录装置。
根据本发明的一种情况，提供一种磁元件，其特征在于，具有：第一自旋振荡层，具有至少1层的磁性体层；第二自旋振荡层，具有至少1层的磁性体层；第一非磁性体层，设在上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层之间；自旋极化层，包含磁化方向固定的强磁性体；及一对电极，可以对具有上述第一及第二自旋振荡层、上述非磁性体层和上述自旋极化层的层叠体通以电流。
另外，根据本发明的另外一种情况，提供一种磁记录头，其特征在于，具有记录磁极、与上述记录磁极并行设置的上述磁元件和磁再生元件。
另外，根据本发明的另外一种情况，提供一种磁记录装置，其特征在于，具有：可动构件，能够使垂直磁记录介质和上述磁记录头在使上述磁记录介质和上述磁记录头分离或接触的状态下边对峙边相对运动；控制构件，使上述磁记录头定位于上述磁记录介质的规定记录位置；及信号处理构件，使用上述磁记录头，进行对上述磁记录介质的信号的写入和读出；上述一对的自旋振荡层的振荡频率大致等于构成上述磁记录介质的记录磁性层的记录磁性粒或记录磁性点的强磁共振频率。
发明效果如下：
根据本发明，能够提供一种可以实现有效果、有效率的高频辅助磁记录的磁元件、磁记录头及利用该磁记录头的磁记录装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的磁元件的立体图，图1(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况，图1(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况。
图2是表示具有磁元件10的磁记录头的概略结构的立体图。
图3是例示搭载了磁头5的磁头滑块的立体图。
图4是为了说明本实施方式的磁记录头的动作的概念图。
图5是为了说明本实施方式的磁记录头的动作的概念图。
图6是为了说明记录层的易磁化轴和高频磁场的关系的示意图。
图7是例示在记录层上的矫顽力降低的曲线图。
图8是表示本实施方式的实施例的磁元件的立体图。图8(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况，图8(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况。
图9是表示本实施方式的其它实施例中的磁元件的立体图。图9(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况，图9(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况。
图10是表示本实施方式的另外的其它实施例中的磁元件的立体图。图10(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况，图10(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况。
图11是表示本实施方式的另外的其它的实施例中的磁元件的立体图。图11(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况，图11(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况。
图12是表示本实施方式的另外的其它的实施例中的磁元件的立体图。图12(a)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的情况，图12(b)是自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的情况。
图13是表示本实施方式的实施例的磁头的要部的立体图。
图14是表示本实施方式的其它的本实施例的磁头的要部的立体图。
图15是表示从环形磁记录头对记录介质施加的记录磁场的介质水平方向成分Hx(X)和介质垂直方向成分Hy(X)的分析结果的一例的示意图。
图16是表示本实施例中一对自旋振荡层的设置位置的磁头要部的扩大剖视图。
图17是表示本实施例中一对自旋振荡层的设置位置的磁头要部的扩大剖视图。
图18是表示本实施方式的另外的其它的本实施例的磁头的要部的立体图。
图19是例示磁记录再生装置的概略结构的要部立体图。
图20是从盘侧观察从驱动臂155向前面的磁头组件的扩大立体图。
图21是例示能够在本实施方式中使用的磁记录介质的示意图。
图22是例示能够在本实施方式中使用的另一个磁记录介质的示意图。
符号说明
1磁记录介质
3磁头滑块
4主轴电机
5磁记录头
10磁元件
10a自旋振荡层(磁性层)
10b自旋振荡层(磁性层)
11a磁性层
11b磁性层
12a磁性层
21非磁性层
22非磁性层
23非磁性层
30自旋极化层
31自旋反射层
41电极层
42电极层
50恒流源
51直流电流
52电子流
53反射电子流
60记录头
61主磁极(记录磁极)
62辅助磁极
63线圈
64绝缘层
65绝缘层
66磁间隙
70再生磁头
71磁再生元件
72a磁屏蔽层
80磁记录介质
81磁记录层
84记录磁化
85介质运动方向
86磁性离散磁道
87非磁性体
88磁性离散位(磁性离散比特)
91记录层区域
100介质相对面
150磁记录再生装置
152主轴
154悬架
155驱动臂
156音圈电动机
157主轴
160磁头组件
164导线
180介质盘
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，各图中对同样的结构要素附以相同的符号，详细的说明酌情省略。
图1是本发明的第一实施方式涉及的磁元件的立体图。
另外，图2是表示具有该磁元件的磁记录头的概略结构的立体图。另外，图3是例示该搭载了磁头的磁头滑块的立体图。
如图2所例示的，第一实施方式中的磁记录头5具有：在磁屏蔽层72a和72b之间配置有GMR元件和TMR元件等磁再生元件71的再生磁头70，在再生磁头70上间隔着绝缘层65形成的写入磁头60，和对写入磁头60的记录磁极61间隔着绝缘层64邻近配置的磁元件10。
该磁记录头5如图3所示，配置于磁头滑块3的空气流出端的侧面等。磁头滑块3由Al2O3/TiC等构成，设计加工为能在未图示的盘等磁记录介质之上边漂浮或接触边相对运动。
写入磁头60具有包括主磁极61和返回通路(辅助磁极)的磁芯，和用于对其激励的线圈63。磁元件10具有在主磁极61之上，将间隔着由Al2O3等构成的绝缘层64形成的第一电极层41，磁化301沿相对于膜面大致平行方向(图1(a))或大致垂直方向(图1(b))取向的自旋极化层30，自旋穿透率高的非磁性层22(Cu、Au、Ag等)，第一自旋振荡层10a，第一非磁性层21，第2自旋振荡层10b，第二电极层42，按照该顺序层叠的结构。
第一电极层41和第二电极层42分别由Ti或Cu等构成。
第一自旋振荡层10a可以通过磁化10a1沿膜水平方向(膜面内方向)取向的磁性层形成。
第一非磁性层21由Cu等非磁性金属层构成。
第二自旋振荡层10b可以通过磁化10b1沿膜水平方向取向的磁性层形成。
第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b设为通过第一非磁性层21(优选使用Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Ru等贵金属，也可以利用Cr、Ru、Rh、Mo、W等非磁性过渡金属)相互产生反强磁耦合及/或静磁耦合，从而各自的磁化变为相互反平行。而且，通过使用在磁头内部或外部适当配置的恒流源50，能够经由电极层41和电极层42在该一对自旋振荡层10a、10b上流过规定的直流电流。
在此，上述反强磁耦合及/或静磁耦合通过适当调节第一非磁性层21的材料和厚度，可设计为能够产生某一方自身或哪个的耦合。另外，自旋极化层30也有磁化固定层的意义，所以为了使自旋极化层的极化301始终都稳定，优选自旋极化层30和第一自旋振荡层10a为了不产生过大的磁耦合，而适当选择非磁性层22的材料和膜厚等。
作为在第一自旋振荡层10a、第二自旋振荡层10b中使用的磁性层，可以利用CoFe、CoNiFe、NiFe、CoZrNb、FeN、FeSi、FeAlSi等比较而言饱和磁束密度较大并在膜水平方向具有磁各向异性的软磁性层，或磁化沿膜水平方向取向的CoCr类磁性合金膜等。另外，作为第一非磁性层和第二非磁性层，优选使用Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Ru等贵金属，也可以利用Cr、Ru、Rh、Mo、W等非磁性过渡金属。
作为自旋极化层30的材料，可以适当利用沿膜垂直方向(膜面直方向)进行磁化取向的比较而言CoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoCrTaNb等CoCr类磁性层，或TbFeCo等RE-TM类非晶合金磁性层，或Co/Pd、Co/Pt、CoCrTa/Pd等Co人工晶格磁性层，或若需要更高的磁各向异性能(Ku)，则可以适用CoPt类或FePt类的合金磁性层，或SmCo类合金磁性层等垂直取向性优良的材料。
图4及图5是为了说明本实施方式的磁记录头的动作的概念图。而且，在图4中例示了自旋极化层30的磁化301为膜水平方向的情况，而膜垂直方向(参照图1(b))也基本相同。
在按照电极层42、一对自旋振荡层10b、10a、然后电极层41的顺序通过直流电流51时，则会在其相反方向流过电子流52。从电极层41向自旋极化层30流入并通过自旋极化层30的电子的自旋，沿相对于自旋极化层30的膜面大致平行方向(或大致垂直方向)取向的磁化301的方向极化。该极化的电子流52经由自旋穿透率高的非磁性层22流入第一自旋振荡层10a。
在使第一自旋振荡层10a的磁化10a1沿膜水平方向取向时，磁化10a1与磁化301的方向正交，所以磁化10a1受到较大的自旋转矩，因而引起强磁共振(磁化的进动)。因此，在第一自旋振荡层10a内会对应于其磁特性等发生数GHz至超过100GHz的范围内的高频振荡现象。这时，由在第一自旋振荡层10a内发生的高频磁化Mrf的介质垂直方向成分Mrf(⊥)，在第一自旋振荡层10a的介质相对面100侧的端部上产生高频磁荷。
根据本发明人的讨论，表明了自旋极化层30的磁化301的方向为相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向都能够产生这样的强磁共振，在本具体例的情况下，特别是在磁化301沿相对于膜面大致平行方向的情况下，能够更显著地产生强磁共振。
接着，在从第一自旋振荡层10a通过自旋穿透率高的非磁性层21的电子流52流入第二自旋振荡层10b时，基于与上述第一自旋振荡层10a产生强磁共振相同的原理，在第二自旋振荡10b上也产生强磁共振。在此，第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b，通过适当选择在它们之间插入的非磁性层21的材料和厚度，使相互的磁化发生反强磁耦合和/或静磁耦合时，第二自旋振荡层10b的磁化10b1相对于第一自旋振荡层10a的磁化10a1常处于反平行状态。
如果保持这样的状态，则第二自旋振荡层10b的磁化10b1与第一自旋振荡层10a的磁化10a1以逆相位(以下也记为逆相)进动的话在能量上稳定。因此，第二自旋振荡层10b高频振荡(进动)时，在第二自旋振荡层10b的介质相对面100侧的端部上产生的高频磁荷、与在上述第一自旋振荡层10a的介质相对面100侧的端部上产生的高频磁荷成为逆相。因此，从介质侧观察该一对自旋振荡层，如图5所表示的，在一对自旋振荡层的介质相对面100侧的各自的端部上产生相互逆相的高频磁荷。因而，通过从一对自旋振荡层的端部产生介质水平方向成分Hrf(x)占优势的高频磁场，能够将其施加在介质的记录磁性层81上。
在此，x表示介质运动方向，如果选择第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的磁特性和膜厚相等，Hrf(x)在非磁性层21的中央紧下方邻近处达到最大，从该紧下方位置开始远离X方向时强度减弱。更详细地，Hrf(x)的分布93的分辨率(分解能)(半值宽度)若在第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的膜厚与饱和磁化相同，且设该膜厚为t1(＝t2)，设非磁性层21的膜厚为t21，一对自旋振荡层和磁记录介质的记录层为止的间距为与t1、t2相等或以下时，则上述半值宽度就能够近似地表示为t1和t21/2之和，即(t1+(t21)/2)。
作为一例，设t1和t2为10nm，若选择t21为1nm(选择Ru作为材料，相当于一对自旋振荡层进行比较强的反强磁耦合的情况)，Hrf(x)的分布的半值宽度为10.5nm左右。
此外，如图5所示，将一对自旋振荡层的振荡频率设定为介质磁化的强磁共振频率或其邻近频率，如果使磁头对峙于垂直磁记录介质，从一对自旋振荡层施加相对于记录层区域91(相当于如上所述的分辨率)内的垂直磁化M正交的方向的高频磁场Hrf(x)。因此，记录层81的记录层区域91内的磁化发生由强磁共振引起的进动，所以记录层91内的磁化变得非常容易反转。
图6是为了说明记录层的易磁化轴和高频磁场的关系的示意图。
为了有效地降低记录层81的矫顽力，如图6(a)所示，需要对磁记录层81在与其易磁化轴(磁化的取向方向)正交的方向上施加高频磁场而给磁化以转矩THrf而产生强磁共振(进动)。另一方面，如图6(b)所示，在相对于易磁化轴平行的方向施加高频磁场时，对磁化有效的转矩不会运动，很难产生强磁共振。因此，在使用垂直记录介质的情况下，为了有效地降低其矫顽力，需要对记录层施加介质面的水平方向成分占优势的高频磁场。
然而，专利文献2及3中公开的现有结构的自旋振荡层产生的高频磁场的介质垂直方向成分占优势，其与记录层磁化平行，所以即使施加该高频磁场，该部位的磁化也难以产生强磁共振(进动)，存在难以降低记录部位矫顽力的效果的问题。
对此，根据本实施方式，向现有的磁记录方式下写入困难的高矫顽力的垂直磁记录介质的高效率的高频辅助磁记录成为可能，可以提供适于将来的超高密度磁记录的高频辅助磁记录头及使用该高频辅助磁记录头的高频辅助磁记录装置。
图7是例示在记录层上的矫顽力降低的曲线图。
即使在垂直磁记录介质中，通过在相对于记录层81的介质面平行的方向上施加高频磁场，能够使记录层81的矫顽力Hc1减少至Hc2。在这样的矫顽力减少的时刻，如果从与一对自旋振荡层邻近配置的记录磁极61对记录层区域91施加记录磁场，则记录层区域91的磁化很容易反转，信息的写入完成。
对于根据本实施方式的矫顽力减少，可以理解为降低至没有高频辅助的情况下的矫顽力的1/2～1/3以下。因而，如果进行使用如上所述的一对自旋振荡层的高频辅助磁记录，则即使使用如具有更高记录密度能力的更高的磁各向异性能(即高矫顽力)的垂直磁记录介质，也可以进行使用现有的记录磁极61的记录，能够得到HDD等磁记录装置的记录密度在将来能够持续上升的显著效果。
在此，在本实施方式中，第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的更高的磁各向异性能(Ku)，优选使其一致或大致一致。这是因为自旋振荡层的振荡频率由元件的更高的磁各向异性能(Ku)的大小决定，如果第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的更高的磁各向异性能(Ku)不同，一方的元件即使产生振荡，另一方的元件也不会振荡，如上所述的相互逆相的进动不成立。
另外，为了实现更高分辨率的高频辅助磁记录，优选从第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b产生的高频磁场的介质水平方向成分Hrf(x)相对于介质运动方向为对称形。为此，第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的饱和磁化与膜厚在分别用Ms1和t1、Ms2和t2表示时，积Ms1×t1大致等于积Ms2×t2是优选的。
下面说明本实施方式中的各种实施例。
图8是表示本实施方式的实施例的磁元件的立体图。
本实施例中的磁元件从电极层41至第二自旋振荡层10b(即第二磁性层10b)的结构相同，但在第二自旋振荡层10b之上层叠由自旋穿透性良好的例如Cu等非磁性金属构成的非磁性层23，在非磁性层23之上自旋反射层31和电极层42按照该顺序层叠。
在此，使自旋反射层31的磁化311的方向与自旋极化层30的磁化301的方向一致，因而从第二自旋振荡层10b通过非磁性层23的电子流在自旋反射层31和非磁性层23的界面附近发生反射，该反射电子流53作用于一对自旋振荡层，从而特别使第二自旋振荡层10b变得更容易进动，所以即使通以比较小的直流电流51，也可以产生高强度的陡峭而且对称性优良的高频磁场的介质面水平方向成分Hrf(x)。
以下更详细地说明该机理。
一对自旋振荡层10a、10b发生反强磁耦合及/或静磁耦合，所以在电子流52通过该一对自旋振荡层时，其自旋发生反转。接着，电子流52在自旋反射层31和非磁性层23的界面上发生发射时，电子流52的自旋再次反转。
因此，设通过第一自旋振荡层10a、且变为与自旋极化层30的极化301的方向相同的电子流52的自旋为e↑时，通过第二自旋振荡层10b的电子流52的自旋变为逆向的e↓，进而，如果在此设自旋反射层31的磁化311的方向与自旋极化层30的磁化301的方向相同，则反射电子流53的自旋变为与电子流52的自旋逆向的e↓。
结果，在第二自旋振荡层10b，电子流52的自旋e↓放大。另外，上述放大在一对自旋振荡层的磁化10a1和10b1沿膜垂直方向取向的情况下同样适用。
另外，图1～图7涉及的上述其它磁头结构、动作原理、效果等在本实施例中也能够同样成立。
图9是表示本实施方式的其它实施例中的磁元件的立体图。
本实施例的磁元件具有按照如下顺序层叠如下层的结构：电磁层41，磁化301沿相对于膜面大致平行方向(图9(a))或大致垂直方向(图9(b))取向的自旋极化层30，自旋穿透性良好的第二非磁化层22，磁化10a1沿膜垂直方向取向的第一自旋振荡层10a，第一非磁性层21，磁化10b1沿膜垂直方向取向的第二自旋振荡层10b，电极层42。
即使使一对自旋振荡层的磁化10a1和10b1沿膜垂直方向取向，也可通过使自旋极化层30的磁化301沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向，让一对自旋振荡层可以发生振荡。为了得到更高的记录密度，在使用更高的磁各向异性能(Ku)较高的垂直磁记录介质时，其强磁共振频率也变得较高，所以需要提高在高频辅助中应使用的一对自旋振荡层的振荡频率。为此，构成一对自旋振荡层的第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b的更高的磁各向异性能(Ku)也需要提高。
一般的，以磁记录介质的材料为中心的更高的磁各向异性能(Ku)的磁性材料较多使用CoCrPt类、CoZrNb类、FePt类、SmCo类等具有垂直磁各向异性的材料。因而，在实现振荡频率较高的一对自旋振荡层方面需要在第一自旋振荡层10a和第二自旋振荡层10b上使用磁化沿膜垂直方向取向的更高的磁各向异性能(Ku)的磁性层。对此，根据本实施例，即使在这样的一对自旋振荡层上，也可以在更高频率上产生振荡。另外，本实施例中的其它磁头结构、动作原理、效果等能够与图1～图7涉及的上述情况相同。
图10是表示本实施方式的另外的其它的实施例中的磁元件的立体图。
本实施例的磁元件具有按照如下顺序层叠如下层的结构：电极层41，磁化301沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向的自旋极化层30，自旋穿透性良好的第二非磁化层22，由磁化沿膜垂直方向取向的第三磁性层11a和磁化沿膜水平方向取向的第四磁性层10a按照该顺序层叠形成的第一自旋振荡层，非磁性层21，由磁化沿膜水平方向取向的第五磁性层10b和磁化沿膜垂直方向取向的第六磁性层11b按照该顺序层叠形成的第二自旋振荡层，电极层42。
与图9涉及的上述实施例相同，通过使用更高的磁各向异性能(Ku)的磁性材料而且易于垂直取向的CoCrPt类、CoZrNb类、FePt类、SmCo类等构成的磁性材料制作第三磁性层11a和第六磁性层11b，能够得到非常高的振荡频率。另外，对第一磁性层10a及第二磁性层10b使用磁各向异性能(Ku)比第三磁性层11a和第六磁性层11b低、但饱和磁束密度比第三磁性层11a和第六磁性层11b高、而且比第三磁性层11a和第六磁性层11b薄的、例如膜厚为数nm左右的CoFe等软磁性层，而且使用1nm左右的极薄的Ru等作为第一非磁性层21时，可以对第四磁性层10a和第五磁性层10b产生强的反强磁耦合，该耦合成为强制力，第一自旋振荡层全体和第二自旋振荡层全体变得易于在逆相上发生进动，同时能够在保持高频磁场的介质水平方向成分的强度的同时使其分布更加陡峭。结果能够得到可实现适于更高密度记录的高频辅助磁记录的效果。
图11是表示本实施方式的另外的其它的实施例中的磁元件的立体图。
本实施例的磁元件为图10涉及的上述元件的变化例。即，作为第一自旋振荡层，由磁化沿膜水平方向取向的第七磁性层12a，磁化沿膜垂直方向取向的第三磁性层11a，沿膜水平方向取向的第四磁性层10a按照该顺序设置。另外，作为第二自旋振荡层，由沿膜水平方向取向的第五磁性层10b和沿膜垂直方向取向的第六磁性层11b，按照该顺序层叠而形成的。
另外，自旋极化层30的磁化301沿相对于膜面大致垂直方向或大致平行方向取向。
通过设置使用膜厚为数nm左右的CoFe等极薄软磁性层的第七磁性层12a，本实施例中的一对自旋振荡层即使在更低的直流电流51下也能得到易于产生一对自旋振荡层的高频振荡的效果，而且通过改变该电流值，高频振荡频率能够实现可变即可调谐。这样，即使改变磁记录介质的材料特性，通过与此相应地适当调节电流51，也可以恰当地实现高频辅助磁记录。
在此，用Ms7、t7表示第七磁性层12a的饱和磁化与膜厚时，通过设积(Ms7×t7)与上述积(Ms3×t3)与上述积(Ms4×t4)之和大致等于上述积(Ms5×t5)与上述积(Ms6×t6)之和，能够使高频磁场的介质面水平方向成分Hrf(x)相对于介质运动方向对称且陡峭化，实现高分辨率的高频辅助磁记录。
图12是表示本实施方式的另外的其它实施例中的磁元件的立体图。
本实施例的磁元件是图11涉及的上述元件的变化例。即，作为第一自旋振荡层，由磁化沿膜水平方向取向的第七磁性层12a和磁化沿膜垂直方向取向的第三磁性层11a按照该顺序设置。另外，作为第二自旋振荡层，设有沿膜垂直方向取向的第六磁性层11b。
另外，自旋极化层30的磁化沿相对于膜面大致垂直方向或大致平行方向取向。
在本实施例中也是通过设置使用膜厚为数nm左右的CoFe等极薄软磁性层的第七磁性层12a，从而本实施例中的一对自旋振荡层即使在更低的直流电流51下也能得到易于产生一对自旋振荡层的高频振荡频率的效果，而且通过改变该电流值，高频振荡频率能够实现可变即可调谐。这样，即使改变磁记录介质的材料特性，通过与此相应地适当调节电流51，也可以恰当地实现高频辅助磁记录。
以上说明了本实施方式的磁元件的实施例。
接着说明本实施方式的磁头的实施例。
图13是表示本实施方式的实施例的磁头的要部的立体图。
在图1～图12涉及的上述任一个磁元件10上设置的一对自旋振荡层产生的高频磁场的介质水平方向成分的分布可以实现微细化陡峭化，记录的分辨率基本由该高频磁场分布决定。因此，如图13所示，记录磁极61的前侧上即使邻近配置具有一对自旋振荡层的磁元件10也完全没有妨碍。也就是说，即使这样做，磁记录的分辨率也能够由磁元件10上设置的一对自旋振荡层决定。另外，从这个意思出发，记录磁极的磁道方向的宽度比磁元件10上设置的一对自旋振荡层的磁道宽度方向的宽度宽也完全没有妨碍。
图14是表示本实施方式的其它的实施例的磁头的要部的立体图。
另外，图15是表示从环形磁记录头施加给记录介质的记录磁场的介质水平方向成分Hx(X)和介质垂直方向成分Hy(X)的分析结果的一例的示意图。在此，图中的g意味着间隙长度，H0意味着间隙中磁场强度。
另外，图16和图17分别是表示本实施例中的一对自旋振荡层的设置位置的磁头要部的扩大剖视图。
如图14所示，在本实施例中，沿介质运动方向85，在磁头滑块3的侧壁上，屏蔽型的GMR头70，以及包括主磁极61、辅助磁极62、磁间隙66、线圈63的记录头60，按照该顺序形成。另外，具有一对自旋振荡层的磁元件10配置在记录头60的主磁极61和辅助磁极62之间形成的磁间隙之间。即，主磁极61的前侧上配置具有一对自旋振荡层的磁元件10。
在本实施例中也假设磁记录介质80为垂直磁记录介质。另外，在磁元件10上设置的一对自旋振荡层产生的高频磁场的介质水平方向成分的分布为微细且陡峭的，所以高频辅助磁记录的记录分辨率由该高频磁场的空间分布决定。因而，与一对自旋振荡层10的三维尺寸相比能够充分扩大记录头60的三维尺寸，即主磁极61和辅助磁极62的宽度、厚度等尺寸和磁间隙的宽度(g)。因而，在磁间隙的磁道宽度方向的中间位置附近，如果配置具有一对自旋振荡层的磁元件10，就可以在使用磁元件10来辅助的介质记录部位上施加均匀且充分大的记录磁场。
另外，垂直磁记录介质的情况下，可以认为构成记录层的磁性粒子基本是单磁区粒子，所以磁性粒子的矫顽力Hc在记录磁场Hw和磁性粒子的磁化M平行时达到最大，Hw和M所成角度为45度时Hc减半。这意味着相对于介质磁化M斜着施加记录磁场时能够在较小的磁场下实现磁化反转(记录)。
如图15所示，可知从具有磁间隙的环形磁记录头的磁间隙对介质记录层施加的记录磁场的介质水平方向成分(图14的X方向即介质运动方向)Hx(X)和介质垂直方向成分Hy(X)，在用X＝0表示的磁间隔中心位置开始偏离大致±g/10的位置上Hx(X)和Hy(X)的绝对值相等。即在X＝±g/10附近垂直磁化介质的磁化受到倾斜45度的记录磁场。因而，如图16或图17所示，如果将磁元件10的一对自旋振荡层的中心位置(即隔开一对自旋振荡层的非磁性层21的位置)设置在磁间隙66中为X＝±g/10处，则可以在施加有高频磁场Hrf(X)的介质记录部位上施加45度的倾斜记录磁场，与在通常的垂直方向上施加记录磁场的情况相比记录效率倍增。
另外，这样的记录效率提高的效果，在图2或图13所示的实施例中也可以通过恰当地确定相对于主磁极61或辅助磁极62的磁元件10的一对自旋振荡层的位置而容易地得到。
图18是表示本实施方式的另外的其它本实施例的磁头的要部的立体图。
本实施例的磁记录头5具有主磁极61和与其形成磁芯(其整体未图示)的辅助磁极62，和耦合主磁极61及辅助磁极62的线圈(未图示)，磁记录介质假设为垂直磁记录介质。在本实施例中，图1～图12涉及的具有上述一对自旋振荡层的磁元件10在主磁极61的磁道宽度方向的侧方且辅助磁极62的上方，与主磁极61和辅助磁极62两者邻近配置。
根据本实施例，特别是磁记录头的尺寸与一对自旋振荡层10相比在三维上充分大的情况下，在由磁元件10上设置的一对自旋振荡层进行高频辅助的介质记录部位上可以施加充分强而且相对于介质记录层的磁化M(y方向)倾斜方向(角度：θ)的记录磁场Hw。相对于主磁极61及辅助磁极62，通过恰当地确定磁元件10的一对自旋振荡层的位置关系，可以对介质记录部位施加θ＝45°的Hw。通过这样，与图14～图17涉及的上述实施例相同，可以实现高效率的信息记录。
接着说明本发明的实施的方式涉及的磁记录装置。即，图1～图18涉及说明的本发明的磁元件10或磁记录头能够装入例如记录再生一体型的磁头组件，搭载在磁记录再生装置上。
图19是例示这样的磁记录再生装置的概略结构的要部立体图。即，本发明的磁记录再生装置150是使用旋转式致动器的形式的装置。在同图中，记录用介质盘180安装了主轴152，通过对来自未图示的驱动装置控制部的控制信号进行应答的未图示的电动机沿箭头A的方向转动。本发明的磁记录再生装置150也可以具有多个介质盘180。
进行介质盘180中收藏的信息的记录再生的磁头滑块3具有图3涉及的如上所述的结构，被安装在薄膜状的悬架154的前端。在此，磁头滑块3在其前端附近搭载有例如上述任一个实施方式涉及的磁元件10或磁记录头。
介质盘180转动时，磁头滑块3的介质相对面()从介质盘180的表面维持规定的悬浮量。或者滑块也可以与介质盘180接触即所谓的“接触运动型”。
悬架154连接在具有维持未图示的驱动线圈的线轴部等的驱动臂155的一端。驱动臂155的另一端上设有作为直线电动机的一种的音圈电动机156。音圈电动机156由被卷在驱动臂155的线轴部上的未图示的驱动线圈和包括把该线圈夹在中间般相对配置的永磁石及相对支架的磁电路构成。
驱动臂155能够通过在主轴157的上下两处设置的未图示的滚珠维持，通过音圈电动机156自由地旋转滑动。
图20是从盘侧观察从驱动臂155向前面的磁头组件的扩大立体图。即，磁头组件160具有例如具有维持驱动线圈的线轴部等的驱动臂155，在驱动臂155的一端连接有悬架154。
在悬架154的前端安装有具备图1～图18涉及的上述任一个磁元件10或磁记录头的磁头滑块3。悬架154具有信号写入及读出用的导线164，该导线164和装入磁头滑块3的磁头的各电极被电连接。图中165是磁头组件160的电极焊盘。
根据本发明，通过具备图1～图18涉及的如上所述的本发明的磁元件10或磁记录头，能够以比现在更高的记录密度在垂直磁记录型的介质盘180上准确地记录信息。
图21是例示能够在本实施方式中使用的磁记录介质的示意图。
即，本具体例的磁记录介质1具有由非磁性体87相异分离的离散磁道86。该介质1通过主轴电机4转动并向介质运动方向85运动时，能够通过图1～图18涉及的上述磁记录头5，形成记录磁化84。
图22是例示能够在本实施方式中使用的另一个磁记录介质的示意图。
即，本具体例的磁记录介质1具有由非磁性体87相异分离的磁性离散磁粒88。该介质1通过主轴电机4转动并向介质运动方向85运动时，能够通过图1～图18涉及的上述磁记录头5，形成记录磁化84。
根据本发明，如图21及图22所示，在离散型磁记录介质1中，能够对具有高矫顽力的记录层准确地记录，可以实现高密度且高度的磁记录。
以上参照具体例说明了本发明的实施的方式。但是，本发明并不局限为上述各具体例。例如，在技术上可能的范围里组合图1～图22涉及的上述各具体例的任两个或其以上，也包含在本发明的范围内。
即，本发明并不局限为各具体例，在不脱离其主旨的范围内，可以实施各种变形，这些全部包含在本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种磁元件，其特征在于，具有：
第一自旋振荡层，具有至少1层的磁性体层；
第二自旋振荡层，具有至少1层的磁性体层；
第一非磁性体层，设在上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层之间；
自旋极化层，包含磁化方向固定的强磁性体；及
一对电极，可以对具有上述第一及第二自旋振荡层、上述非磁性体层和上述自旋极化层的层叠体通以电流。
2.如权利要求1所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层相互产生反强磁耦合及/或静磁耦合。
3.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层的磁各向异性能大致等于上述第二自旋振荡层的磁各向异性能。
4.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
设上述第一自旋振荡层的饱和磁化为Ms1、膜厚为t1，
上述第二自旋振荡层的饱和磁化为Ms2、膜厚为t2时，
Ms1×t1与Ms2×t2大致相等。
5.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
在从上述第二自旋振荡层看与上述第一自旋振荡层相反的一侧上，间隔着第三非磁性体层而层叠有自旋反射层。
6.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层的磁化沿相对于膜面大致平行方向取向，
上述自旋极化层的磁化沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向。
7.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层和上述第二自旋振荡层的磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向，
上述自旋极化层的磁化沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向。
8.如权利要求1或2所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层具有磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的第三磁性层和磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的第四磁性层，
上述第二自旋振荡层具有磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的第五磁性层和磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的第六磁性层，
在上述第四磁性层和上述第五磁性层之间层叠有上述第一非磁性体层，
上述自旋极化层的磁化沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向。
9.如权利要求8所记载的磁元件，其特征在于，
上述第三磁性层与上述第六磁性层的磁各向异性能大致相等，
上述第四磁性层与上述第五磁性层的磁各向异性能大致相等，
上述第四磁性层和上述第五磁性层的磁各向异性能，比上述第三磁性层和上述第六磁性层的任一个的磁各向异性能还小，
上述第四磁性层和上述第五磁性层的膜厚，比上述第三磁性层和上述第六磁性层的任一个的膜厚还小。
10.如权利要求8所记载的磁元件，其特征在于，
上述第四磁性层和上述第五磁性层的磁各向异性能，比上述第三磁性层和上述第六磁性层的任一个的磁各向异性能还小，
设上述第三磁性层的饱和磁化为Ms3、膜厚为t3，
上述第四磁性层的饱和磁化为Ms4、膜厚为t4，
上述第五磁性层的饱和磁化为Ms5、膜厚为t5，
上述第六磁性层的饱和磁化为Ms6、膜厚为t6时，
Ms3×t3与Ms4×t4之和大致等于Ms5×t5与Ms6×t6之和。
11.如权利要求1所记载的磁元件，其特征在于，
上述第一自旋振荡层由磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的第七磁性层、磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的第三磁性层、磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的第四磁性层按照该顺序层叠形成，
上述第二自旋振荡层由磁化沿相对于膜面大致平行方向取向的第五磁性层、磁化沿相对于膜面大致垂直方向取向的第六磁性层按照该顺序层叠形成，
上述自旋极化层的磁化沿相对于膜面大致平行方向或大致垂直方向取向。
12.如权利要求11所记载的磁元件，其特征在于，
设上述第三磁性层的饱和磁化为Ms3、膜厚为t3，
上述第四磁性层的饱和磁化为Ms4、膜厚为t4，
上述第五磁性层的饱和磁化为Ms5、膜厚为t5，
上述第六磁性层的饱和磁化为Ms6、膜厚为t6，
上述第七磁性层的饱和磁化为Ms7、膜厚为t7时，
Ms7×t7与Ms3×t3与Ms4×t4之和大致等于Ms5×t5与Ms6×t6之和。
13.一种磁记录头，其特征在于，具有：
记录磁极；
与上述记录磁极并行设置的权利要求1所记载的磁元件；及
磁再生元件。
14.如权利要求13所记载的磁记录头，其特征在于，
在上述记录磁极的尾侧设置有上述磁元件。
15.如权利要求13所记载的磁记录头，其特征在于，
在上述记录磁极的前侧设置有上述磁元件。
16.如权利要求13至15中的任一项所记载的磁记录头，其特征在于，
上述记录磁极的记录磁道宽度方向的宽度比上述第一及第二自旋振荡层的记录磁道宽度方向的宽度大。
17.如权利要求13所记载的磁记录头，其特征在于，
上述记录磁极具有主磁极和辅助磁极，
在上述主磁极和上述辅助磁极之间设置有上述磁元件。
18.如权利要求13所记载的磁记录头，其特征在于，
上述记录磁极具有主磁极和辅助磁极，
在上述主磁极的记录磁道宽度方向的侧方即上述辅助磁极的尾侧设置有上述磁元件。
19.一种磁记录装置，其特征在于，具有：
垂直磁记录介质；
如权利要求13所记载的磁记录头；
可动构件，能够使上述磁记录介质和上述磁记录头在分离或接触的状态下边对峙边相对运动；
控制构件，使上述磁记录头定位于上述磁记录介质的规定记录位置；及
信号处理构件，使用上述磁记录头，进行对上述磁记录介质的信号的写入和读出；
上述一对自旋振荡层的振荡频率大致等于构成上述磁记录介质的记录磁性层的记录磁性粒或记录磁性点的强磁共振频率。
20.如权利要求19所记载的磁记录装置，其特征在于，
上述垂直磁记录介质为互相邻近的记录磁道间隔着非磁性构件而形成的离散磁道介质。
21.如权利要求19所记载的磁记录装置，其特征在于，
上述垂直磁记录介质为有规则地排列形成了间隔着非磁性构件而孤立的记录磁性点的离散磁粒介质。
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