CN101919000A - 磁性记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性记录介质(100)。本发明特别适用于存储在硬盘上的数据的领域。介质(100)包括布置在衬底(102)上的磁性区域的集合，每个磁性区域至少包括第一磁性层(C’1)和第二磁性层(C’2)，其由非磁性层(NM’)彼此隔开。而且，所述第一磁性层(C’1)具有与所述衬底(102)的平面基本上平行定向的磁化；所述第二磁性层(C’2)具有与所述衬底(102)的平面基本上垂直定向的磁化。

Description

磁性记录介质
技术领域
本发明涉及磁性记录介质。本发明找到一种硬盘上的数据存储领域中尤为引人注意的应用。
背景技术
磁性记录始终是用于以二进制形式来可恢复地存储和重新读取海量数据的最为可靠和经济的技术。磁性记录以磁性层的使用为基础，磁性层的属性针对最大写入密度而优化，从而使写入和读取过程是有效的，并且存储的信息具有足够和可预知的生命周期(通常为10年)。
计算机硬盘(也即，磁性记录介质)的存储密度在大约15年中以每年60％的速率增长。在50年内，存储容量已经从2K比特/平方英寸变为接近400G比特/平方英寸(1英寸＝2.54厘米)。
目前，磁性记录介质是最常见的连续介质，其包括至少一个磁敏感层，沉积在通常以铝合金或者玻璃制成的衬底上。
现在，该敏感层包括连续的多晶合金膜CoPtCrX，其具有hcp六边形密集结构，其沿平面中或者与平面垂直的方向上定向的c轴(称为容易轴)呈现出高的磁晶各向异性。该层由纳米大小的多个晶体形成。附加的X元素是Ta或P或B，并且对粒子的去耦合和/或其定向起作用。Pt的目的是加强介质的磁各向异性。目前的数据密度处于150G比特/平方英寸的量级；晶体的大小处于8nm的量级，并且倾向于与存储容量的增加一样多地减小。每比特数据通常包括数百粒子(也即，比特的大小通常对应于200nm×40nm)，并且其平均磁化的定向定义了二进制值0或1。因此，这些存储层的各向异性是单轴的，并且写入数据的稳定性取决于数据的幅度、介质的磁化(由于消磁化场效应)以及粒子的大小。
为了增加存储密度，在已知方式中，必须降低数据比特的大小。目前，已经达到了150nm×30nm量级的比特大小，并且尽力缩小纵横比(代表数据比特的磁性域的纵横比)到4和5之间的比，每比特的粒子数目约为100。
然而，为了保持充足的信噪比，比特不能具有少于50个粒子(如若不然，统计的比特到比特波动变得过大)，并且层必须具有足够大的磁化强度。
一个解决方案可以是降低粒子大小，每比特的粒子数目保持大于或等于50，以便维持读取期间的足够的信噪比。
然而，由于半导体部件领域的摩尔定律，降低粒子大小具有公知为超顺磁限制的物理限制。如果粒子的体积V变得过小而使得KV＜40kBT，其中kB是波尔兹曼常数、T是温度而K是磁晶各向异性，则数据变得不稳定(注意，稳定性标准是大约10年)。在这种情况下，数据比特(也就是说，磁性粒子的磁化方向)或者比特之间的跃迁在消磁化场和热波动的结合作用下无定向，并且存储的值丢失。对于通常的平面磁化介质来说，超顺磁大约出现在200G比特/平方英寸的量级的密度上。
推动进一步的超顺磁限制的第一种解决方案包括选择呈现出较高磁晶各向异性的材料。
然而，通过增加材料的磁晶各向异性，材料的矫顽场(coercivefield)也会增加。继而将变得难以写入数据，因为可以利用写入头产生的场受限于包括头的极性部分在内的材料的饱和磁化。该增加可能变成禁止的，因为用于在几纳秒中写入数据的环境温度所需的写入场值可能变得大于公知为写入头所产生的磁场(通常处于1.7-1.8T量级)。通过与具有软材料(例如，NiFe合金)底层的平面相垂直的磁化的介质允许通过进一步集中头的写入极之下的场线并由此稍微偏移超顺磁限制，来提高写入效率。而且，对于热辅助记录的正在进行中的研究旨在通过恰在写入时间期间局部加热介质以及在介质返回环境温度时确保良好的热稳定性，来暂时降低介质的磁各向异性。正在研究中的还有尝试通过射频波来辅助写入。
然而，这些解决方案有时难以在技术上实现。
已提出若干年的第二种解决方案包括使用公知为离散介质的其他类型的磁性记录介质，其包括不同的也即物理上分离的磁区域(即，将敏感层去耦合为纳米级磁点)。在所有离散介质中，基本数据比特降低为区域(点)的大小。由于区域之间的间隔，比特彼此去耦合。这使得有可能每个比特具有单个粒子，并且由此粒子比连续介质的情况中大得多，这又带回了超顺磁限制问题，并且有助于材料的选择。与颗粒状连续介质不同，在此类系统中，比特之间跃迁的宽度不再与介质的粒度(也就是说，粒子大小)有关，而是与材料的纳米构造所定义的点之间的物理间隔有关。这种新技术的预期密度在0.5T比特/平方英寸之上，也就是说，小于35nm的点周频。
目前正在研究用于获得离散介质的不同方法。某些方法是基于磁纳米结构的集合的自组织现象(参见Monodisperse FePt nanograinsand ferromagnetic FePt nanocrystal superlattices，S.Sun et al.，Science287(2000)1989)。这些方法允许获得局部尺度(通常为1微米)的良好规则性，但是大尺度处(1厘米量级)的缺陷的密度对于超高密度的磁性存储所需要的要求来说过大。其他技术以由磁性层的电子的或者聚焦电子束光刻进行的直接纳米结构形成为基础，但是这些技术成本高、实现慢并且不适于大表面。
文章“Magnetic properties of Co/Pt multilayers deposited on silicondots arrays”(Phys.Rev.B，62，12271(2000)S.Landis et al.)中提出了用于获得离散介质的另一方法。该方法使用预刻蚀硅点的阵列L：该阵列由纳米印刷或者任何其他光刻方法获得。纳米印刷技术包括制作包含希望制作的压印的塑模。继而仅将聚合物抗蚀剂层置于光滑衬底之上，抵靠抗蚀剂来按压塑模使得点的形状转移到抗蚀剂上，继而移除塑模。刻蚀步骤继而允许抗蚀剂中印刷的图案转移到衬底中。继而化学地或者在等离子的作用下移除抗蚀剂。继而在这样预刻蚀的硅点顶上沉积磁性材料。在磁性材料的沉积之后，不需要光刻或者刻蚀步骤。一个特定的优点是纳米结构形成步骤与沉积步骤的去耦合，使得过程更为通用。第二个较大的优点是使用纳米印刷，这允许在大表面(通常是直径为3.5英寸的盘)上快速和廉价地复制结构，该技术可以在工业领域容易地转化。目前的研究兴趣是通过在自然表面氧化的硅上的点阵上的磁性层的磁控管溅射的沉积。每个层由Si/SiO2点的阵列上的Pt/(Co/Pt)n类型的Pt和Co或者PtCo或者FePt合金(高垂直各向异性的)的子层或者“多层”交替形成。这些系统在每个点上具有两个与层平面垂直的稳定的磁化状态：“向上”磁化或者“向下”磁化。其他材料也可以用于这些面外磁化的离散介质：它们可以是六边形结构的CoPtCrX合金，其c轴朝向面外；或者L10结构的有序合金，诸如FePt；或者甚至包括Co和Ni的交替层的多层(例如，Co 0.3nm/Ni 0.3nm)。离散介质的使用将允许获得大于兆兆比特/平方英寸(1000G比特/平方英寸，也即，关于对应于25nm点的周频的连续介质而言为2.5因数倍)的存储容量。然而，离散介质的存储容量受限于磁性点制造工艺。
为了增加存储容量，专利申请FR2859306提出使用离散介质作为多层级支持。传统的离散存储是二进制存储，其中每个点只能取两个可能的磁性状态(也即，1个点＝1比特)。多层级存储确保了每个点可以取不止两个可能的磁性状态，从而携带大于1比特的数据。为此，已经提出了以下可能，即包括在每个点上叠置表示不同矫顽属性的N(N＞1)个层，以便在同一结构上存储多于两个状态，并且还大量增加密度。图1中示出了这样的配置10。衬底2包括独立亚微粒点1的阵列。磁性区域置于每个点1的顶部3上；继而由对应于点间隔的空间隔开两个相邻的磁性区域。每个磁性区域包括第一磁性层C1和第二磁性层C2的叠置，C1和C2分别具有不同的矫顽场Hc1和Hc2以及不同的剩余磁矩(定义为剩余磁化与相关层的磁体积的乘积)值m1和m2。磁性层C1和C2是未耦合或者弱耦合的，并且具有优选地与衬底2垂直定向的磁各向异性轴A1(易磁化轴)，并且由非磁性层NM隔开。每个磁化区域的磁矩继而是第一和第二相应层C1和C2的磁矩之和。磁性区域的磁性层C1和C2的磁化可以定向在相同的方向(平行)或者相对的方向(逆平行)。由此，每个区域的剩余磁矩m可以取两个不同的绝对值|m|和两个不同的定向，分别为正和负。由此，每个磁性区域的磁矩m可以取4个不同值。由此，每个区域的磁矩允许表示通过四个值来编码的数据。
然而，这种多层级方法的实现具有多个困难。
由此，第一个困难在于记录介质上的写入的实现。实际上，写入方法(也就是说，所述介质的选定磁性区域的磁化方法)假定磁性写入场的相对复杂的应用序列，这需要两个连续步骤，其具有绝对值降低的两个连续的磁场H。在第一步骤中，施加大于Hc2的磁场H，改变两个层C1和C2的磁化定向，矫顽场Hc2大于矫顽场Hc1。继而，第二次施加的H大于Hc1但是小于Hc2，其允许选择第一磁性层C1的磁化方向。磁场H沿易磁化轴A1的方向施加。
而且，第二个困难在于记录介质上读取的实现。读取方法实际上需要执行不同杂散场值之间的有效区分，并且由此需要呈现出非常好敏感性的读取头。
发明内容
在此上下文中，本发明的目的是提供一种磁性记录介质，旨在避免上述问题从而增加存储密度。
为此目的，本发明提出一种磁性记录介质，包括布置在衬底上的磁性区域的集合，每个磁性区域至少包括第一磁性层和第二磁性层，其由非磁性层彼此隔开，所述介质的特征在于：
-所述非磁性层是确保所述第一磁性层与第二磁性层之间的磁性去耦合的层；
-所述第一磁性层呈现出与所述衬底的平面基本上平行定向的磁化；
-所述第二磁性层呈现出与所述衬底的平面基本上垂直定向的磁化；
所述第一磁性层和第二磁性层的所述磁化定向允许表示通过每个区域四个值来编码的数据。
单独考虑或者按照所有技术上可能的组合，按照本发明的磁性记录介质还可以具有以下一个或多个特征：
-所述第二垂直磁化层位于所述第一平行磁化层之上。
-所述第一磁性层是由以下合金之一制成的单层：
○CoPt或者CoPd或者CoFeNi合金；
○FePt或者FePd化学有序合金；
○CoCr或者CoPtCr或者CoPtCrX，其中X表示Ta或P或B；
-所述第一磁性层由两个磁性子层形成，其具有逆平行磁化，由诸如Ru的材料制成的、能够引起两个相邻子层之间的反铁磁性耦合的非磁性子层隔开；
-优选地，所述磁性子层的厚度是不同的；
-所述第二磁性层是磁性多层；
一所述磁性多层是通式为(Co/Pt)m的钴/铂多层或者通式为(Co/Pd)n的钴/钯多层或者通式为(Co/Ni)p的钴/镍多层，m、n和p表示与Co/Pt、Co/Pd和Co/Ni双层的各自重复的数目相对应的自然数；
-所述第二磁性层是由以下合金之一制成的单层：
○CoPt或者CoPd合金；
○FePt或者FePd化学有序合金；
○CoCr或者CoPtCr或者CoPtCrX合金，其中X表示Ta或P或B；
-所述非磁性层由选自诸如Pt、Cr、Ru或Cu的非磁性金属或者诸如Al2O3、MgO、HfO2或Ta2O5的氧化物的材料制成；
-所述第一磁性层是CoPtCr层，所述非磁性层是Pt层，并且所述第二磁性层是Co/Pt多层；
-每个磁性区域包括平面磁化的软磁性层，其厚度小于所述第一磁性层和第二磁性层的厚度，所述软层位于所述第二层之上或者之下，并且磁性交换耦合至所述第二层，以促进所述第二层中的写入；
-所述衬底包括点集合，每个磁性区域分别布置在每个点的顶部；
-所述记录介质包括多个同心的读取/写入轨道，所述磁性区域位于其上，每个轨道与下一个轨道距离预定的间隔；
-所述第一平行磁化层呈现出沿所述第一层所属的轨道的磁化定向；
-所述磁性区域的每一个包括第三层，其呈现出与所述衬底的平面基本上平行、且与所述第一层的磁化方向垂直(也就是说，与头扫描的方向垂直)而定向的磁化。
本发明的另一目的是一种通过读取头在按照本发明的磁性记录介质上进行读取的方法，包括以下步骤：
-所述读取头通过相邻磁性区域的后继的正上方；
-由所述读取头检测所述通过期间辐射的场的垂直分量；
-根据在这些不同相继磁性区域的正上方获得的垂直分量的信号的形式，来确定与不同相继磁性区域的所述第二磁性层相对应的比特的值；
-根据在不同相继磁性区域之间获得的垂直分量的信号的形式，来确定与不同相继磁性区域的所述第一磁性层相对应的比特的值。
本发明的另一目的是通过包括前极性部件和后极性部件的写入头对按照本发明的记录介质的磁性区域进行磁化的方法，对于要寻址的每个所述区域，所述方法包括以下步骤：
-在所述写入头的缺口通过所述磁性区域的正上方期间，磁化所述第一磁性层；
-在后极性部件“后缘”通过所述磁性区域的正上方期间，磁化所述第二磁性层。
附图说明
通过下面给出的描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，所述描述出于说明而非限制目的而参考附图，其中：
图1是按照现有技术的磁性记录介质的简化示意表示；
图2是按照本发明的磁性记录介质的简化示意表示；
图3a和图3b表示分别具有平面和垂直磁化的点的垂直杂散场；
图4表示针对具有平面磁化的两个相邻点以及针对这两个相邻平面比特的平行(图4a)和逆平行(图4b)配置而计算的杂散场的垂直分量；
图5表示来自按照本发明的记录介质的四个磁性点的集合的泄漏场的垂直分量的三维视图；
图6a到图6c每个表示针对三个不同配置在按照本发明的记录介质上的相同轨道的两个相继点的情况下计算的杂散场信号；
图7示出了用于在按照本发明的记录介质上进行写入的方法。
在所有附图中，共同的元素具有相同的标号。
具体实施方式
图1已经参考现有技术进行了描述。
图2是按照本发明的磁性记录介质100的简化示意表示。
该介质100由包括分离的亚微粒点101的集合的衬底102形成。磁性区域布置在每个点101的顶部103之上，两个相邻磁性区域由与点的间隔相对应的空间隔开。每个磁性区域包括第一磁性层C’1和第二磁性层C’2的叠置，两个磁性层由非磁性材料制成的层NM’隔开。第一磁性层C’1具有与衬底102平行布置的磁晶各向异性轴(易磁化轴)(层C’1称为平面或者水平磁化层)。第二磁性层C’2具有与衬底102垂直的磁性各向异性轴(层C’2称为垂直或者面外磁化层)。磁化区域的磁性层C’1和C’2的磁化定向允许表示在四个值上编码的数据。
这里，平面磁化层C’1位于叠置体的底部：通常，平面磁化材料具有高于面外磁化材料的磁化。因此，垂直磁化层C’2将优选地置于顶部(图2的情况)。然而，将注意到，还可以容易想到将平面磁化层置于垂直磁化层的顶部。
平面层C’1的厚度(通常从1纳米变化到几十纳米)必须优化，并且取决于点的侧面维度、读取头的浮动高度以及介质其他组成部分的厚度。可以使用不同的材料来制作该层C’1。例如，这些材料可以是CoPtCr合金或者CoPtCrX合金，X是Ta或P，或者水平磁化记录介质中使用的材料。还可以使用具有高平面内单轴各向异性的任何类型的铁磁材料，诸如CoPt、CoPd或者CoFeNi等合金，或者诸如FePt或FePd等化学有序合金。将会注意到，还可以通过两个逆平行的磁化磁性子层来形成第一合成磁性层，这两个子层由能够引起这两个磁性子层的反铁磁性耦合的、由诸如Ru等材料制成的非磁性子层隔开。两个子层例如由CoFeCr合金制成。由此，不是具有单个磁性层，而是具有两个磁性层(优选地，不同厚度)，其通过钌的薄层反铁磁性耦合：这种配置的优点在于，其允许磁性材料的体积增加，并且允许更好的热稳定性。这种配置的一个示例可以是厚度为2nm的CoFeCr合金的第一磁性层，其上叠置有厚度为0.9nm的Ru层，其上叠置有厚度为4nm的CoFeCr合金的第二磁性层。
在两个层C’1与C’2之间插入的非磁性层NM’的作用是确保其磁性去耦合。可以使用不同的材料来制作该NM’层。这些材料可以是Pt、Cu或者诸如Cr或Ru等任何其他非磁性金属。还可以使用足够厚度的(通常在大于1nm的量级)诸如Al2O3的绝缘体或者诸如HfO2、Ta2O5或MgO的任何其他非磁性绝缘体，以确保记录介质的两个磁性层C’1和C’2的去耦合。
垂直磁化层C’2具有应当按照读取头的浮动高度而优化的厚度，如同平面磁化层C’1的情况一样。而且，在这种情况下，可以使用不同的材料。这些例如可以是CoPtCr合金或者CoPtCrX合金，X是Ta或P。还可以使用通式为(Co/Pt)m的钴/铂(叠置有铂层的钴层)类型、通式为(Co/Pd)n的钴/钯类型或者通式为(Co/Ni)p的钴/镍类型的多层，其中m、n和p分别对应于Co/Pt、Co/Pd和Co/Ni双层的重复的数目。还可以使用具有高垂直到平面各向异性的任何类型的铁磁性材料，例如，诸如CoPt或CoPd的合金，或者诸如FePt或者FePd的化学有序合金。而且，可以插入位于垂直到平面磁性层之下或者之上的薄的、软的平面磁化层。关于对层的磁化进行反转所需的磁场的值来定义磁化层的“软度”(或者“硬度”)。由此，如果磁性层的矫顽场较小，则这种磁性层将被认为是“软体”。该平面磁化层通过交换磁耦合至垂直磁化层，从而在由垂直磁化层和平面磁化薄层的组合形成的双层的厚度中形成磁性部分墙。添加该平面磁化层的目的是为了降低对垂直层的磁化进行反转所需的磁场。实际上，当施加与平面垂直的场以便反转垂直磁化层的磁化时，该场对平面层的磁化施加显著的扭矩，因为后者的磁化接近于与场的方向垂直。由此，通过将平面保留在所施加的垂直场的方向中，平面层的磁化倾向于旋转，这启动了与其耦合的垂直磁化层的磁化的反转。当然，软层的厚度必须小于磁化层C’1和C’2的厚度，从而不要过分干扰平面磁化层C’1所辐射的场。这种层的使用例如允许在平面磁性层之下放置垂直磁性层。
作为示例，结合平面磁化层和垂直磁化层的可行配置可以是：
CoPtCr10nm/Pt2nm/(Co0.5nm/Pt1.8nm)4
其中10nm表示由CoPtCr合金制成的平面磁化层C’1的厚度，2nm表示由Pt制成的NM’层的厚度，0.5nm和1.8nm分别表示层Co和Pt的厚度，而4表示形成垂直磁化层C’2的Co/Pt双层的重复的数目。
在现有技术已知的配置中，离散磁性系统呈现出垂直于平面的磁化或者水平磁化。
通常，根据读取头的操作原理，读取头检测记录介质的杂散场(泄漏场)的面外分量。垂直于平面的磁化具有将杂散场定位在点的正上方的效应：该现象在图3b中示出，其表示在具有针对分别为15nm、20nm和30nm的不同读取头浮动高度而计算的垂直磁化(也即，杂散场的垂直分量)的点的正上方的杂散场。在此几何图形中，观察到点的正上方的单个峰值，并且由此点之间的间隔(也即，点之间的沟槽)是用于存储的丢失空间。另一方面，在平面磁化层的情况下，杂散场位于结构的端部：该现象在图3a中示出，其表示针对分别为5nm、15nm和20nm的不同读取头浮动高度而计算的具有平面磁化的点的垂直杂散场。在此几何图形中，最大杂散场在点端部。
由此，读取头充分地检测水平磁化介质的点之间的转换以及垂直磁化介质的点本身的数据比特。
本发明提出在相同的结构上叠置平面层和垂直层，以便更好地利用记录介质的全部表面。本发明提出的方法防止了沟槽之上的空间在数据存储的角度看成为丢失的空间。实际上，由平面结构产生的泄漏场的垂直分量将大多部分地位于作为隔开比特的区域的沟槽正上方；而垂直结构所产生的泄漏场的垂直分量将大多部分地位于点本身的正上方。由此，可以读取点的正上方的垂直层的比特的值，以及点两侧的沟槽的正上方的平面比特的值。图4给出了针对具有平面磁化的两个点以及针对这两个相邻平面比特的平行(图4a)和逆平行(图4b)配置而计算的杂散场的垂直分量。观察到，比特之间的转换信号(加框的)的形式(特别是其奇偶性)明显依赖于其各自的配置。该信号在图4a的情况下(平行配置)为奇，并且在图4b的情况下(逆平行配置)为偶。随后，将会看到，在按照本发明的记录介质的情况下，还可以使用该信号形式来区分两个相继点之间的平行或者逆平行配置。
图5表示按照本发明的记录介质的四个磁性点的集合的杂散场的垂直分量Hz的三维视图，其中该记录介质包括厚度为10nm的平面层C’1、厚度为2nm的非磁性层NM’以及厚度为1nm的垂直层C’2。如强度标尺所指示的，泄漏场的垂直分量Hz总是更强，因为映射区域是白(强正分量)或者黑(强负分量)。点是正方形的(边长30nm)，并且间隔15nm。这里的垂直磁化沿着z轴，并且水平磁化沿着y轴。沿y轴的每行点属于相同的读取轨道。平面层的各向异性沿着这些轨道，也就是说，平面磁化分量位于读取头的扫描方向上。
与点相垂直观测到白色区域(对应于强杂散场)：位于叠置体之上的垂直层的正杂散场相对较强。在每个点之间，沿着轨道(也即，沿着y轴)，观查到黑色区域(也对应于强泄漏场)，这归因于沟槽两侧上的点的平面磁化层。由此，可以在点和沟槽形成的可用空间上优化存储。注意到，沿x轴的每个轨道之间的区域中的信号缺失可以用作用于写入/读取头(轨道)的头引导源。实际上，使用离散系统作为存储介质需要完好的头引导，因为后者必须将写入场脉冲发送到点的特定位置。
将会注意到，还可以在第一磁性层和第二磁性层之下向点上添加第三磁性层，该层具有与衬底的平面平行且与第一层C’1的磁化定向垂直的磁化；换言之，参考图5，该层的磁化可以沿着x轴：这种配置将允许有益地利用位于属于两个连续轨道的每个相邻点之间的区域。在这种配置中，允许头引导的沿轨道定位的区域(上面提到的)减少得很多但是仍然保留，然而，该区域的一部分在实践上不具有与图5中表示的映射的中心区域C相对应的辐射场。这些区域对应于沿x轴定向的沟槽与沿y轴定向的沟槽的交叉。
图5还表示沿穿过点之上的高度为4nm的点的中部的线的杂散场的分量Hz的部分。该部分的净不对称Hz(y)用来检测平面信号，这将结合图6a到图6c来示出。
图6a到图6c的每个表示在按照本发明的记录介质上的相同轨道的两个相继点的情况下计算的杂散场信号形式(辐射场的垂直分量)，其针对三种不同的配置：
-第一配置(图6a)，两个相继点的平面层和垂直层的磁化是平行的；
-第二配置(图6b)，两个相继点的平面层的磁化是平行的，并且两个相继点的垂直层的磁化是逆平行的；
-第三配置(图6c)，两个相继点的平面层和垂直层的磁化是逆平行的。
将会注意到，图6a的信号形式基本上与图5的信号形式相同，两个点呈现出相同的磁化配置。
两个相继点的垂直层具有1nm的厚度，并且平面层具有10nm的厚度。非磁性层具有2nm的厚度。浮动高度为4nm。点是正方形的，边长为15nm并且间隔为15nm。
如前所述，从垂直层中包含的比特读取数据(对应于垂直层所辐射的场的垂直分量)是通过测量杂散场而在每个点的正上方完成的：实际上，按照磁化的向上或者向下方向，可以观察到向上或者向下的信号峰值。这些峰值直接对应于比特的值。
对于平面层来说，转换信号的奇偶性(图6a到图6c中以虚线框出)将允许为相邻的比特赋值。
由此，当两个相继平面层的比特(平面磁化)为逆平行时，转换信号基本上为偶。这是图6c所示配置的情况。
反之，当两个相继平面层的比特为平行时，转换信号为奇。这是图6a或图6b所示配置的情况。
表征这些信号的另一方式包括考虑其斜率(而不是信号的奇偶性)。
由此，可以观察到，对于逆平行平面磁化(曲线6c)，信号在沟槽的中部正上方几乎不具有斜率(几乎平坦的信号)。
另一方面，可以观察到，对于两个平行的平面磁化(曲线6a和6b)，在沟槽中部的正上方，信号变化得非常锐利，并且具有显著的斜率。
将读取头的模拟信号转换为数字信号需要实现使用Viterbi解码器类型算法的适当解码器。后者可以使用上面给出的特性，也即，与面外磁化层相关联的比特将根据在点的正上方接收到的模拟信号的值来提取，而与平面磁化层相关联的比特将根据隔开点的沟槽的正上方接收到的模拟信号的斜率或者奇偶性来提取。
而且，考虑平面和水平状态的寻址(写入)，可以使用适用于平面磁化的传统写入头，诸如图7中所示的头200。该适用于水平记录介质的头200是微型电磁体，其包括两个极性部件(一个前极性部件201和一个后极性部件202)以及测微维度的Cu线圈(未示出)。如图7所示，缺口中的杂散场的轮廓几乎是非常平的，其定向在写入极201和202之下是垂直的。
由此，在缺口通过点的正上方期间，寻址平面层C’1(也即，一个方向或者另一方向中的磁化定向)，而在后部件202通过点的正上方期间，寻址垂直层C’2。由此，读取头所辐射的场的轮廓允许寻址所有状态(在极之下为垂直的，在缺口中为平的)。在每种情况下，通过施加大于待寻址层的矫顽场的磁场来完成寻址。
在500G比特/平方英寸之上，对于超高密度磁性存储来说，离散介质将变得不可靠。将离散介质用于垂直记录允许预期存储密度大于每平方英寸兆兆比特。
按照本发明的介质涉及离散介质上的磁性记录，并且基于结合水平层和垂直层的系统。本发明的特定特征依赖于通过利用点之间的空间来增加离散介质中的可用存储表面。这是通过以下方式完成的：在每个点上，将其杂散场基本上从点垂直的面外磁化材料的层与沿轨道定向的、其杂散场基本上位于隔开沿轨道的相邻点的空间中的平面磁化层相关联。由此，通过在离散介质上的不同方向中定向的各向异性的磁性材料来构成多层级系统，是获得关于当前考虑的离散介质(一个磁性层的点)的因数倍为2的所存储数据的增加密度、更好地使用可用盘空间以及介质写入和读取这两个领域中的简化实现的一条有益途径。

Claims (17)

1.一种磁性记录介质(100)，包括布置在衬底(102)上的磁性区域的集合，每个磁性区域至少包括叠置的第一磁性层(C’1)和第二磁性层(C’2)，其由非磁性层(NM’)彼此隔开，所述介质(100)的特征在于：
-所述非磁性层(NM’)是确保所述第一磁性层(C’1)与第二磁性层(C’2)之间的磁性去耦合的层；
-所述第一磁性层(C’1)呈现出与所述衬底(102)的平面基本上平行定向的磁化；
-所述第二磁性层(C’2)呈现出与所述衬底(102)的平面基本上垂直定向的磁化；
所述第一磁性层(C’1)和第二磁性层(C’2)的所述磁化定向允许表示通过每个区域四个值来编码的数据。
2.根据权利要求1所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第二垂直磁性层(C’2)位于所述第一平行磁性层(C’1)之上。
3.根据任一前述权利要求所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第一磁性层(C’1)是由以下合金之一制成的单层：
οCoPt或者CoPd或者CoFeNi合金；
οFePt或者FePd化学有序合金；
οCoCr或者CoPtCr或者CoPtCrX合金，其中X表示Ta或P或B。
4.根据权利要求1或2之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第一磁性层(C’1)由两个逆平行磁化磁性子层形成，所述逆平行磁化磁性子层由诸如Ru等材料制成的、能够引起所述两个相邻子层之间的反铁磁性耦合的非磁性子层隔开。
5.根据前述权利要求所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述磁性子层的厚度是不同的。
6.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第二磁性层(C’2)是磁性多层。
7.根据前述权利要求所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述磁性多层是通式为(Co/Pt)m的钴/铂多层或者通式为(Co/Pd)n的钴/钯多层或者通式为(Co/Ni)p的钴/镍多层，m、n和p表示与Co/Pt、Co/Pd和Co/Ni双层的各自重复的数目相对应的自然数。
8.根据权利要求1到5之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第二磁性层(C’2)是由以下合金之一制成的单层：
οCoPt或者CoPd合金；
οFePt或者FePd化学有序合金；
οCoCr或者CoPtCr或者CoPtCrX合金，其中X表示Ta或P或B；
9.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述非磁性层(NM’)由选自诸如Pt、Cr、Ru或Cu的非磁性金属或者诸如Al2O3、MgO、HfO2或Ta2O5的氧化物的材料制成。
10.根据权利要求1或2所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述第一磁性层(C’1)是CoPtCr层，所述非磁性层(NM’)是Pt层，并且所述第二磁性层(C’2)是Co/Pt多层；
11.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，每个磁性区域包括面内磁化的软磁性层，其厚度小于所述第一磁性层和第二磁性层的厚度，所述软磁性层位于所述第二磁性层之上或者之下，并且通过交换而磁性耦合至所述第二磁性层，以促进所述第二磁性层中的写入；
12.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，所述衬底(102)包括点的集合(101)，每个磁性区域布置在点的顶部(103)上；
13.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，其包括多个隔开的且同心的读取/写入轨道，所述磁性区域位于所述轨道之上；
14.根据前述权利要求所述的磁性记录介质，其特征在于，每个所述第一平面磁化层沿写入头的扫描方向来定向。
15.根据前述权利要求之一所述的磁性记录介质(100)，其特征在于，每个所述磁性区域包括第三层，所述第三层呈现出与所述衬底的平面基本上平行、且与所述第一层的磁化方向垂直定向的磁化。
16.一种通过读取头来读取根据权利要求1到15之一的磁性记录介质的方法，包括以下步骤：
-将所述读取头通过相邻磁性区域的相继的正上方；
-由所述读取头检测所述通过期间辐射的场的垂直分量；
-根据在这些不同的相继磁性区域的正上方获得的垂直分量的信号的形式，来确定与不同的相继磁性区域的所述第二磁性层相对应的比特的值；
-根据在不同的相继磁性区域之间获得的垂直分量的信号的形式，来确定与不同的相继磁性区域的所述第一磁性层相对应的比特的值。
17.一种通过包括前极性部件(201)和后极性部件(202)的写入头(200)对根据权利要求1到15之一所述的记录介质的磁性区域进行磁化的方法，对于要寻址的每个所述区域，所述方法包括以下步骤：
-在所述写入头(200)的缺口通过所述磁性区域的正上方期间，磁化所述第一磁性层(C’1)；
-在所述后极性部件(202)通过所述磁性区域的正上方期间，磁化所述第二磁性层(C’2)。
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