CN111276166B - 巨磁自旋-塞贝克效应诱导的磁控转移扭矩辅助的mamr - Google Patents

巨磁自旋-塞贝克效应诱导的磁控转移扭矩辅助的mamr Download PDF

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Abstract

本申请涉及巨磁自旋‑塞贝克效应诱导的磁控转移扭矩辅助的MAMR，并公开了一种磁记录装置，其包括主磁极、围绕主磁极的线圈、后罩以及位于主磁极与后罩之间的自旋扭矩振荡装置。自旋扭矩振荡装置包括一个或多个第一层、间隔层和场产生层。一个或多个第一层位于主磁极上方。一个或多个第一层具有第一导热率或包括低导热率材料。间隔层位于一个或多个第一层上方。场产生层位于间隔层上方。散热器与后罩接触。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于一个或多个第一层的第一导热率。

Description

巨磁自旋-塞贝克效应诱导的磁控转移扭矩辅助的MAMR
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月4日提交的美国临时专利申请序列号62/775,376的权益，该临时专利申请通过引用并入本文中。
背景技术
技术领域
本公开的实施方案总体涉及数据存储装置，更具体地，涉及在微波辅助磁记录(MAMR)装置中采用温度梯度的磁介质驱动器。
相关技术的描述
计算机的功能和能力的核心是将数据存储并写入数据存储装置，诸如硬盘驱动器(HDD)。计算机处理的数据量正在迅速增加。需要更高记录密度的磁记录介质以增加计算机的功能和能力。
为了实现更高的记录密度，诸如，对于磁记录介质，记录密度超过1Tb/英寸2，缩小了写入轨道的宽度和间距，因此缩小了每个写入轨道中编码的对应磁性记录位。缩小写入轨道的宽度和间距的一个挑战是减小记录介质的空气支承表面上的磁性记录头的主磁极的表面积。随着主磁极变小，记录场也变得更小，从而限制了磁性记录头的有效性。
热辅助磁性记录(HAMR)和微波辅助磁性记录(MAMR)是提高磁记录介质(诸如HDD)的记录密度的两种类型的能量辅助记录技术。在MAMR中，振荡元件或装置位于写入元件的旁边或附近，以便诸如在微波频带中产生高频磁场。高频磁场(除了写入元件的主磁极发出的记录磁场之外)降低了用于存储数据的磁性记录介质的有效矫顽磁力，并且允许在写入极发出的较低磁场下写入磁记录介质。因此，可以通过MAMR技术实现更高记录密度的磁记录介质。因此，本领域需要一种磁性记录头来实现更高记录密度的磁记录介质。
发明内容
本公开的实施方案总体涉及在微波辅助磁记录(MAMR)装置中采用温度梯度的磁介质驱动器。
在一个实施方案中，磁记录装置包括主磁极、围绕主磁极的线圈、具有凹口的后罩以及位于主磁极与后罩的凹口之间的自旋扭矩振荡装置。自旋扭矩振荡装置包括非磁性导电层和场产生层。非磁性导电层位于主磁极上方。非磁性导电层具有第一导热率或包括低导热率材料。场产生层位于非磁性导电层与后罩的凹口之间。散热器包在后罩的凹口周围。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于非磁性导电层的第一导热率。
在另一个实施方案中，磁记录装置包括主磁极、围绕主磁极的线圈、后罩以及位于主磁极与后罩之间的自旋扭矩振荡装置。自旋扭矩振荡装置包括一个或多个第一层、间隔层和场产生层。一个或多个第一层位于主磁极上方。一个或多个第一层具有第一导热率或包括低导热率材料。一个或多个第一层可以是非磁性导电层和/或自旋极化层。间隔层位于一个或多个第一层上方。场产生层位于间隔层上方。散热器与后罩接触。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于一个或多个第一层的第一导热率。
在一个实施方案中，一种将数据写入磁介质的方法包括向主磁极周围的线圈提供写电流以产生记录场。从主磁极通过自旋扭矩振荡装置的场产生层向后罩提供电子电流以产生微波辅助场。在沿从主磁极到后罩的方向在场产生层上产生从热到冷的温度梯度。由温度梯度产生磁控自旋电流。磁控自旋电流有助于使场产生层的磁化方向反转。
在又一个实施方案中，磁记录装置包括用于提供写入磁场的写入设备。自旋扭矩振荡设备产生微波辅助场。温度梯度设备产生磁控自旋电流以帮助反转自旋扭矩振荡设备的磁化方向。
附图说明
因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。
图1为包括磁记录头的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。
图2为面对磁盘的头部组件的横截面侧视图的某些实施方案的示意图。
图3是图2的MAMR头的面向介质的表面的平面图的某些实施方案的示意图，其中STO装置沿轨道方向位于主磁极与后罩之间。
图4是STO装置的面向介质的平面图的某些实施方案的示意图，该STO装置包括在后罩的凹口上方形成的场产生层。
图5是STO装置的面向介质的平面图的某些实施方案的示意图，该STO装置包括形成在后罩的凹口上方的自旋极化层和场产生层。
图6是STO装置的面向介质的平面图的某些实施方案的示意图，该STO装置包括形成在没有凹口的后罩上方的自旋极化层和场产生层。
图7是提供给主磁极的q写线圈的写电流波形和施加到STO装置的偏置电流波形的某些实施方案的示意图。
为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想的是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。
如本文所用，术语“在…上方”、“在…下方”、“在…之间”、“在…上”和其他类似术语是指一层相对于其他层的相对位置。因此，例如，设置在另一层上方或下方的一层可直接与另一层接触，或者可具有一个或多个中间层。此外，设置在层之间的一层可直接与两层接触，或者可具有一个或多个中间层。相反，“在第二层上”的第一层与第二层接触。术语的相对位置不将层限定或限制于层的矢量空间取向。
术语“包括/包含”包括“由…组成/基本上由…组成”的子集含义，并且包括“包含/由…组成”的子集含义。
在某些实施方案中，本发明的MAMR头包括位于主磁极与后罩之间的自旋扭矩振荡(STO)装置。STO装置包括靠近主磁极的一个或多个第一层。一个或多个第一层具有第一导热率或包括低导热率材料。散热器包在后罩的凹口周围。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于一个或多个第一层的第一导热率。散热器的高导热率和一个或多个第一层的低导热率在STO装置上沿主磁极到后罩的方向产生从相对热到相对冷的温度梯度。由温度梯度产生磁控自旋电流。磁控自旋电流有助于反转STO装置的场产生层和/或自旋极化层的磁化方向。
图1为包括磁记录头(诸如MAMR头)的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。这种磁介质驱动器可以是单个驱动器/装置或包括多个驱动器/装置。为了便于说明，根据一个实施方案示出了单个磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括支撑在主轴114上并且由驱动马达118旋转的至少一个可旋转磁盘112。每个磁盘112上的磁性记录的形式为任何合适的数据轨道图案，诸如磁盘112上的同心数据轨道(未示出)的环形图案。
至少一个滑块113定位在磁盘112附近。每个滑块113支撑头部组件121，该头部组件包括一个或多个读取/写入头，诸如包括STO装置的MAMR头。当磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向地移入移出，使得头部组件121可以访问写入期望数据的磁盘112的不同轨道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹簧力，该弹簧力使滑块113朝着磁盘表面122偏置。每个致动器臂119附接到致动器127。如图1所示的致动器127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括能够在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制单元129供应的马达电流信号来控制。
在磁盘驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113与磁盘表面122之间产生空气轴承，该空气轴承在滑块113上施加向上的力或升力。因此，空气轴承抗衡悬架115的轻微弹簧力，并在正常操作期间以小的、基本上恒定的间距支撑滑块113离开并稍微高于磁盘表面122。
磁盘驱动器100的各种部件在操作中由控制单元129所产生的控制信号来控制，诸如访问控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储设备和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，诸如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头位置和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布，以最佳地将滑块113移动和定位到磁盘112上的期望数据轨道。写入信号和读取信号通过记录通道125传送到头部组件121和从头部组件传送。图1的磁介质驱动器的某些实施方案还可包括多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2为面对磁盘112的头部组件200的横截面侧视图的某些实施方案的示意图。头部组件200可对应于图1中描述的头部组件121。头部组件200包括面向介质的表面(MFS)212，诸如面向磁盘112的空气承载表面(ABS)。如图2中所示，磁盘112沿箭头232所示的方向相对运动，并且头部组件200沿箭头233所示的方向相对运动。
在一些实施方案中，头部组件200包括磁性读取头211。磁性读取头211可包括设置在护罩S1与S2之间的感测元件204。在某些实施方案中，感测元件204是磁阻(MR)感测元件，这种元件施加隧道磁阻(TMR)效应、磁阻(GMR)效应、异常磁阻(EMR)效应或自旋扭矩振荡器(STO)效应。磁盘112中的磁化区域的磁场(诸如垂直记录位或纵向记录位)可被感测元件204检测为所记录的位。
头部组件200包括写入头210，诸如MAMR头。在某些实施方案中，写入头210包括主磁极220、前导护罩206、后罩240以及设置在主磁极220与后罩240之间的自旋扭矩振荡器装置230。主磁极220用作第一电极并且在ABS处具有前部。
主磁极220包括磁性材料，诸如CoFe、CoFeNi或FeNi、其他合适的磁性材料。在某些实施方案中，主磁极220包括无规纹理的磁性材料小颗粒，诸如形成为无规纹理的体心立方(BCC)材料。例如，主磁极220的随机纹理可通过电沉积(诸如电镀)形成。写入头210包括围绕主磁极220的线圈218，该线圈激励主磁极220，从而产生用于影响可旋转磁盘112的磁介质的写入磁场结构。线圈218可以是螺旋结构或一组或多组薄饼结构。
在某些实施方案中，主磁极220包括尾部锥形件242和前导锥形件244。尾部锥形件242从MFS 212内凹的位置延伸到MFS 212。前导锥形件244从MFS 212内凹的位置延伸到MFS212。尾部锥形件242和前导锥形件244可以相对于主磁极220的纵向轴线260具有相同的锥数或不同的锥度。在一些实施方案中，主磁极220不包括尾部锥形件242和前导锥形件244。相反，主磁极220包括尾部侧(未示出)和前导侧(未示出)，其中尾部侧和前导侧基本平行。
后罩240是用作主磁极220的第二电极和返回极的磁性材料，诸如CoFe、CoFeNi、FeNi或其他合适的磁性材料。前导护罩206可以提供电磁屏蔽并且通过前导间隙254与主磁极220分离。
STO装置230位于主磁极220附近并降低磁介质的矫顽磁力，使得可以使用较小的记录场来记录数据。从功率源270向STO装置230施加电子电流以产生微波场。电子电流可以是直流(DC)波形、脉冲DC波形和/或流向正电压和负电压的脉冲电流波形。STO装置230可以电耦接到主磁极220和后罩240，其中主磁极220和后罩通过绝缘层272分开。功率源270可以通过主磁极220和后罩240向STO装置230提供电子电流。对于直流电或脉冲电流，功率源270可以使电子电流通过STO装置230从主磁极220流到后罩240，或者可以根据STO装置230的取向使电子电流通过STO装置230从后罩240流到主磁极220。在其他实施方案中，STO装置230可以耦接到电引线，从而提供除主磁极和/或后罩之外的电子电流。
图3是图2的MAMR头210的面向介质的表面的平面图的某些实施方案的示意图，其中STO装置230沿轨道方向位于主磁极220与后罩240之间。MAMR磁性记录头210的主磁极220可为任何合适的形状(即梯形、三角形等)和合适的尺寸。STO装置230可形成为任何合适的形状、任何合适的尺寸并且形成在主磁极220与后罩240之间的任何合适的位置。例如，STO装置230的宽度230W可以大于、等于或小于与STO装置230的接口处的主磁极220的宽度220W。STO装置230位于主磁极220附近并降低磁介质的矫顽磁力，使得可以使用较小的记录场来记录数据。从图2的功率源270施加到STO装置230的偏置电流产生辅助磁场，诸如微波场。偏置电流可以是直流(DC)波形、脉冲DC波形和/或流向正电压和负电压的脉冲电流波形。在某些实施方案中，STO装置230形成在凹口269上方。凹口269可以是通过后罩240的图案化和光刻工艺形成的附接凹口，以使凹口269形成为任何合适的尺寸。在其他实施方案中，凹口269可以是分离的凹口，其中凹口由后罩240上方的沉积层形成。为了便于描述，附接的凹口和分离的凹口统称为凹口269。凹口269有助于减轻跨轨道干扰并最小化杂散场的形成。
STO装置230包括靠近主磁极220和/或与主磁极220接触的一个或多个低导热层290。低导热层290包括具有低热导率的材料，该低热导率在25℃在大气压下测量为约90W/m·K或更低，诸如60W/m·K或更低或诸如30W/m·K或更低。
在某些实施方案中，散热器280形成为包裹凹口269。在某些实施方案中，散热器280包括高导热率导电材料，诸如银、铜、金、铝、钨、它们的合金、石墨、碳纳米管以及它们的多个层。在某些实施方案中，散热器280包括具有高热导率的高导热率导电材料，该高热导率在25℃在大气压下测量为约130W/m·K或更高，诸如约150W/m·K或更高，或诸如约170W/m·K或更高。在某些实施方案中，散热器280包括高导热电绝缘材料，诸如氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、类金刚石碳、其他高导热介电陶瓷以及它们的多个层。在某些实施方案中，散热器280包括具有在25℃在大气压下测量的约130W/m·K或更高(诸如约150W/m·K或更高，或诸如约170W/m·K或更高)的热导率的高导热电绝缘材料。
STO装置230的低导热层290和散热器280在STO装置230上形成温度梯度295。STO装置230的温度梯度295包括靠近主磁极220的相对热的区域和靠近后罩240的相对冷的区域。
前导护罩206可以定位在主磁极220的中间有前导间隙254的一侧或多侧上。侧间隙246可以定位于STO装置230的侧面上。前导间隙254和侧隙246可包括绝缘材料。
图4至图6是面向图2和图3的MAMR头210的STO装置230的介质的平面图的某些实施方案的示意图，并且为了便于描述，使用了类似的数字。STO装置230可以通过在主磁极220上方沉积或层合材料以及图案化和光刻工艺或者通过在后罩240的凹口269上方沉积或层合材料以及图案化和光刻工艺来形成。
图4至图6的每个STO装置230包括场产生层(FGL)440。FGL 440可以包括FeCo、NiFe、CoPt、CoCr、CoIr、CoFeAli、CoFeGe、CoMnGe、CoFeAl、CoFeSi、CoMnSi、TbFeCo和其他磁性材料。
在图4中，STO装置230形成在主磁极220与后罩240的凹口269之间。STO装置230包括在主磁极220上方或上的非磁性导电(NMG)层410、在NMG层410上方或上的FGL 440以及在FGL 440上方或上的间隔层450。散热器280包在后罩240的凹口269周围。
在某些实施方案中，NMG层410包括NiCr、Cr、Pt、Ir、Cu、Ta、Ru、其他非磁性导电材料、它们的合金以及它们的多个层。NMG层410包括导电材料，使得偏置电子电流可以通过STO装置230从主磁极220流到后罩240的凹口269。
位于FGL 268与凹口269之间的间隔层450包括一种或多种非磁性导电材料，诸如Au、Ag、Pt、Ta、Ir、Al、Si、Ge、Ti、Cu、Pd、Ru、Mo、W、AgSn、其他非磁性导电材料、它们的合金以及它们的多个层。
从主磁极220施加到STO装置230的记录磁场保持FGL 440的磁化方向，使得FGL440可以振荡以产生微波场。后罩240的凹口269用作参考层。当电子电流(诸如大约1x108A/cm2的电流密度)流过STO装置230时，诸如从主磁极220流到后罩240，通过FGL 440的电子将自旋扭矩赋予FGL 440，从而使FGL 440发射高频旋转或振荡磁场，诸如微波场。发射到磁记录介质的微波场通过降低矫顽磁力和降低记录介质的切换场阈值来辅助记录磁场。
在某些实施方案中，NMG层410包括低导热率材料。非磁性导电(NMG)层410的低导热率材料的示例包括钌、钽、非磁性镍合金、非磁性铁合金、它们的合金和它们的多个层。
低导热率NMG层410和散热器280形成温度梯度295。在FGL 440上形成温度梯度295，其中NMG层410的温度比间隔层450的温度相对更热。由于巨磁自旋-塞贝克效应，温度梯度295引起通过FGL 440的热自旋电流或磁控自旋电流。磁控自旋电流的大小与温度梯度295的大小成比例。磁控自旋电流的方向是在从主磁极220到后罩240的方向上从热到冷的温度梯度295的方向。
在某些实施方案中，包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度等于或小于凹口269的厚度269T。在某些实施方案中，散热器280形成为小于凹口269的厚度269T的厚度280T，以帮助确保电子电流从主磁极220通过NMG层410、通过FGL 440、通过间隔层450并且到达凹口269。如果包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度大于凹口269的厚度269T，则一些电子电流可能不期望地绕过凹口269并直接流过散热器280。绕过凹口269的电子电流将不期望地减少向FGL 440传递自旋电流，并且会不期望地减少所产生的高频辅助磁场，诸如微波场。
在某些实施方案中，与凹口269的厚度相比，包括高导热率电绝缘材料的散热器280形成为任何合适的厚度280T，诸如，小于、等于或大于凹口269的厚度269T。例如，散热器280可以形成为大于凹口269的厚度的厚度280T，以增加凹口269的散热。对于其中散热器280包括高导热率电绝缘材料的实施方案，电子电流从主磁极220穿过NMG层410，穿过FGL440，穿过间隔层450，并且到达凹口269，而不绕过凹口269，因为散热器280是电绝缘的。在某些实施方案中，包括高导热率电绝缘材料的散热器280的厚度280T大于凹口269的厚度269T，但是小于间隔层450的厚度450T加上凹口269的厚度269T。
在图5中，STO装置230形成在主磁极220与后罩240的凹口269之间。STO装置230包括在主磁极220上方或上的非磁性导电(NMG)层410、在NMG层410上方或上的自旋极化层(SPL)420、在SPL 420上方或上的第一间隔层430、在间隔层430上方或上的FGL 440以及在FGL 440上方或上的第二间隔层450。散热器280包在后罩240的凹口269周围。
在某些实施方案中，NMG层410包括NiCr、Cr、Pt、Ir、Cu、Ta、Ru、其他非磁性导电材料、它们的合金以及它们的多个层。NMG层410包括导电材料，使得偏置电子电流可以通过STO装置230从主磁极220流到后罩240的凹口269。
在某些实施方案中，SPL 420包括NiFe、CoFe、CoFeNi、CoMnGe、NiCo、NiFeCu、CoFeMnGe、CoMnSi、CoFeSi、其他高磁各向异性材料、其他Heusler合金、其他合适的磁性层、以及它们的多个层。SPL 420可包括具有沿垂直于或横贯SPL 420的膜平面的方向取向的磁各向异性的材料。SPL 420将自旋扭矩传递到FGL 440，使得FGL 440的磁化在平面中高速振荡，从而产生高频磁场，诸如微波场。SPL 420的磁化方向可通过写磁极220的记录场切换。反转SPL 420的磁化方向将注入的电子的磁化方向切换到FGL 440中。
从SPL 420传输到FGL 440的自旋扭矩引起FGL 440的磁化振荡，从而产生高频磁场，诸如微波场。从主磁极220施加到STO装置230的记录磁场保持SPL 420和FGL 440的磁化方向，使得FGL 440可以振荡以产生微波场。当电子电流从SPL 420(诸如从主磁极220)流过STO装置230到达后罩240时，经过SPL 420的电子被极化。从SPL 420到FGL 440的极化电子流赋予FGL 440自旋扭矩，从而使FGL 440向磁记录介质发射高频磁场，进而降低矫顽磁力并降低记录介质的切换场阈值。从SPL 420传输到FGL 440的自旋扭矩连同由作为参考层的凹口269产生的自旋电流一起产生微波辅助场。
位于SPL 420与FGL 440之间的第一间隔层430可以包括一种或多种非磁性导电材料，诸如Au、Ag、Pt、Ta、Ir、Al、Si、Ge、Ti、Cu、Pd、Ru、Mo、W、AgSn、其他非磁性导电材料、它们的合金以及它们的多个层。第一间隔层430可以减少SPL 420和FGL 440之间的交换耦合。第一间隔层430可以由具有高自旋透射率的材料制成，用于从SPL 420到FGL 440的自旋扭矩传递。
位于FGL 268与凹口269之间的第二间隔层450可以包括一种或多种非磁性导电材料，诸如Au、Ag、Pt、Ta、Ir、Al、Si、Ge、Ti、Cu、Pd、Ru、Mo、W、AgSn、其他非磁性导电材料、它们的合金以及它们的多个层。
在某些实施方案中，NMG层410包括低导热率层。非磁性导电(NMG)层410的低导热率材料的示例包括钌、钽、非磁性镍合金、非磁性铁合金、它们的合金和它们的多个层。在某些实施方案中，SPL 420包括低导热率材料。SPL 420的低导热率材料的示例包括磁性镍合金、磁性铁合金、它们的合金和它们的多个层。在某些实施方案中，NMG层410和SPL 420都包括低导热率层。
低导热率层(NMG层410和/或SPL 420)和散热器280形成温度梯度295。在SPL 420和FGL 440上形成温度梯度295，其中NMG层410的温度比第一间隔层430的温度相对更热，并且其中第一间隔层430比第二间隔层450相对更热。由于巨磁自旋-塞贝克效应，温度梯度295引起通过FGL 440的热自旋电流或磁控自旋电流。磁控自旋电流的大小与温度梯度295的大小成比例。磁控自旋电流的方向是在从主磁极220到后罩240的方向上从热到冷的温度梯度295的方向。
在某些实施方案中，包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度等于或小于凹口269的厚度269T。在某些实施方案中，散热器280形成为小于凹口269的厚度269T的厚度280T，以帮助确保电子电流从主磁极220通过NMG层410、通过SPL 420、通过第一间隔层430、通过FGL 440、通过第二间隔层450并且到达凹口269。如果包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度大于凹口269的厚度269T，则一些电子电流可能不期望地绕过凹口269并直接流过散热器280。绕过凹口269的电子电流将不期望地减少向FGL440传递自旋电流，并且会不期望地减少所产生的高频辅助磁场，诸如微波场。
在某些实施方案中，与凹口269的厚度相比，包括高导热率电绝缘材料的散热器280形成为任何合适的厚度280T，诸如，小于、等于或大于凹口269的厚度269T。例如，散热器280可以形成为大于凹口269的厚度的厚度280T，以增加凹口269的散热。对于其中散热器280包括高导热率电绝缘材料的实施方案，电子电流从主磁极220通过NMG层410、通过FGL420、通过第一间隔层430、通过FGL 440、通过第二间隔层450并且到达凹口269，而不绕过凹口269，因为散热器280是电绝缘的。在某些实施方案中，包括高导热率电绝缘材料的散热器280的厚度280T大于凹口269的厚度269T，但是小于第二间隔层450的厚度450T加上凹口269的厚度269T，以帮助确保温度梯度295在沿主磁极220到后罩240的方向从相对热到冷。
在图6中，STO装置230形成在没有凹口的后罩240上方。STO装置230包括在主磁极220上方或上的非磁性导电(NMG)层410、在NMG层410上方或上的自旋极化层(SPL)420、在SPL 420上方或上的间隔层430、在间隔层430上方或上的FGL 440以及在FGL 440上方或上的封盖层460。除了STO装置230形成在没有凹口的后罩240上方之外，图5和图6的STO装置230是类似的。
如图6所示，在FGL 440与后罩240之间形成封盖层460。封盖层460可包括一个或多个非磁性导电层或它们的组合。封盖层460的非磁性导电层的示例包括NiCr、Cr、Pt、Ir、Ta、Ru、其他非磁性导电材料以及它们的合金。在某些实施方案中，封盖层460在STO装置的形成和磁写入头210的形成期间保护STO装置230，诸如在沉积、图案化、清洁等期间。
在某些实施方案中，NMG层410包括低导热率层。非磁性导电(NMG)层410的低导热率材料的示例包括钌、钽、非磁性镍合金、非磁性铁合金、它们的合金和它们的多个层。
在某些实施方案中，SPL 420包括低导热率材料。SPL 420的低导热率材料的示例包括磁性镍合金、磁性铁合金、它们的合金和它们的多个层。
在某些实施方案中，NMG层410和SPL 420都包括低导热率层。低导热率层(NMG层410和/或SPL 420)和散热器280形成温度梯度295。在SPL 420和FGL 440上形成温度梯度295，其中NMG层410的温度比间隔层430的温度相对更热，并且其中间隔层430比封盖层460相对更热。由于巨磁自旋-塞贝克效应，温度梯度295引起通过FGL 440的热自旋电流或磁控自旋电流。磁控自旋电流的大小与温度梯度295的大小成比例。磁控自旋电流的方向是在从主磁极220到后罩240的方向上从热到冷的温度梯度295的方向。
在某些实施方案中，包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度等于或小于凹口269的厚度269T。在某些实施方案中，散热器280形成为小于封盖层460的厚度460T的厚度280T，以帮助确保电子电流从主磁极220通过NMG层410、通过SPL 420、通过第一间隔层430、通过FGL 440、通过第二间隔层450并且到达凹口269。如果包括高导热率导电材料的散热器280形成为厚度280T，该厚度大于封盖层460的厚度460T，则一些电子电流可能不期望地绕过封盖层460并流过散热器280。绕过封盖层460的电子电流将不期望地减少向FGL 440传递自旋电流，并且会不期望地减少所产生的高频辅助磁场，诸如微波场。
在某些实施方案中，与封盖层460的厚度460T相比，包括高导热率电绝缘材料的散热器280形成为任何合适的厚度280T，诸如，小于、等于或大于封盖层460的厚度460T。例如，散热器280可以形成为大于封盖层460的厚度460T的厚度280T，以增加封盖层460的散热。对于其中散热器280包括高导热率电绝缘材料的实施方案，电子电流从主磁极220通过NMG层410、通过SPL 420、通过第一间隔层430、通过FGL 440、通过封盖层460并且到达后罩240，而不绕过封盖层460，因为散热器280是电绝缘的。在某些实施方案中，包括高导热率电绝缘材料的散热器280的厚度280T大于封盖层460的厚度460T，但是小于FGL 440的厚度440T加上封盖层460的厚度460T。
在图4至图6中，产生温度梯度295，使得STO装置330在沿主磁极220到后罩240的方向在FGL 440上从相对热到相对冷。在图5至图6中，还产生温度梯度295，使得STO装置330在沿主磁极220到后罩240的方向在SPL 420上从相对热到相对冷。当偏置电流被施加到STO装置230上时，STO装置230的层经历焦耳加热，以产生微波辅助场以辅助记录场。STO装置230的低导热率层(诸如NMG层和/或SPL 420)导致靠近主磁极220的STO装置230相对地保持热量并且变成相对热的温度。包括高导热率材料(导电或电绝缘)的散热器280导致靠近后罩240的STO装置230耗散热量并变成相对冷的温度。在某些实施方案中，在STO装置230上从NMG层410到间隔层450(参照图4和图5)并且在STO装置230上从NMG层410到封盖层460(参照图6)产生1.0开尔文/nm或更高的温度梯度295。在某些实施方案中，在STO装置230上从NMG层410到间隔层450(参照图4和图5)并且在STO装置230上从NMG层410到封盖层460(参照图6)产生1.5开尔文/nm或更高的温度梯度295。1.0开尔文/nm的温度梯度产生的磁控自旋电流在约1×1010A/m2至约1×1011A/m2的范围内，对于图4至图6的FGL 440和图5至图6的SPL420的磁化反转或切换，这是约5×10 A/m2的临界电流密度Jc的可比较幅度。磁控自旋电流由温度梯度295产生，而不是由温度本身产生。换句话说，STO装置230整体可以是冷的，但是，沿从主磁极220到后罩240的方向，在FGL 440和/或SPL 420上相对热至相对冷的温度梯度295将产生磁控自旋电流。
在某些实施方案中，电流驱动的自旋电流和磁控自旋电流产生更大的微波辅助场以降低记录介质的矫顽磁力。在某些实施方案中，磁控自旋电流根据来自主磁极220的记录场的方向降低用于FGL 440和/或SPL 420的反转的临界电流。
关于图4至图6，FGL 440的磁化方向被反转以切换由FGL 440产生的振荡场的方向。当记录场从写磁极220的极化切换改变以用于低写入错误时，切换FGL 440的振荡场的方向提供了更一致的微波辅助场。FGL 440的反转延迟可能不期望地导致更长的写入时间和/或可能增加写入错误。
关于图5至图6，SPL 420的磁化方向被反转以将注入的电子的磁化方向切换到FGL440中。切换从SPL 420注入电子的磁化方向和由FGL 440产生的振荡场的磁化方向产生用于低写入错误的更一致的微波辅助场。
图7是提供给主磁极220的写线圈218的写电流波形和施加到图4至图6的STO装置230的偏置电流波形的某些实施方案的示意图。
提供给写线圈218的波形710激励主磁极220以产生记录磁场以对准或切换与记录磁场对准的磁记录介质的介质位，诸如，垂直记录位或纵向记录位。
在某些实施方案中，将波形720提供给STO装置230以提供辅助微波磁场。波形720可以是恒定DC偏置波形720A，该波形保持开启，而与写入电流波形710的极性的变化无关。波形720可以是脉冲辅助波形720B。脉冲辅助波形720B包括脉冲722B以在每当写入电流波形710改变极性时大致对应。波形720可以是具有相反极性的脉冲722C的预脉冲辅助波形720C，以大致在写入电流波形710的极性变化之前。
在某些实施方案中，磁控自旋电流750是通过温度梯度295产生的，并通过FGL 440和/或SPL 420提供。由于STO装置230的焦耳加热，无论施加到STO装置230的偏置电流的波形720的形状如何，都将以各种水平产生磁控自旋电流750。只要在从主磁极220到后罩240的方向上存在从相对热到相对冷的温度梯度295，就将产生磁控自旋电流750。磁控自旋电流750有助于FGL 440和/或SPL 420的磁化方向的反转，从而减小滞后时间以建立FGL 440的稳定振荡，以在通过写入电流的波形710切换记录场之后产生辅助微波场。尽管在图7中示意性地以恒定水平示出了磁控自旋电流750，但是应当理解，在MAMR记录装置的操作期间，磁控自旋电流750可以处于任何水平(诸如增大、减小、起伏)。
实施例
表1列出了各种材料的热导率。除非在权利要求中具体阐述，否则这些热导率不得用于限制权利要求的范围。由于批量测量对薄膜测量，由于制备/沉积材料的差异，由于材料成分的差异，由于材料的后处理(诸如退火处理)的差异和/或由于其他因素，热导率可能变化。
Figure GDA0003285292630000151
在其他MAMR头中，散热器用于降低主磁极的温度，以增加产生的记录磁场的磁化。在一些其他MAMR头中，散热器用于降低STO装置的温度以减少STO装置的焦耳加热，从而增加STO装置的寿命和可靠性。在其他MAMR头中，形成温度梯度，其中凹口比SPL相对更热。
在某些实施方案中，本发明的MAMR头包括位于主磁极与后罩之间的自旋扭矩振荡(STO)装置。STO装置包括靠近主磁极的一个或多个第一层。一个或多个第一层具有第一导热率或包括低导热率材料。一个或多个第一层可以是低导热率非磁性导电层和/或低导热率自旋极化层。散热器包在后罩的凹口周围或包在没有凹口的后罩的封盖层周围。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于一个或多个第一层的第一导热率。散热器的高导热率和第一层的低导热率在STO装置上沿主磁极到后罩的方向产生从相对热到相对冷的温度梯度。由温度梯度产生磁控自旋电流。磁控自旋电流有助于反转STO装置的场产生层和/或自旋极化层的磁化方向。
在一个实施方案中，磁记录装置包括主磁极、围绕主磁极的线圈、具有凹口的后罩以及位于主磁极与后罩的凹口之间的自旋扭矩振荡装置。自旋扭矩振荡装置包括非磁性导电层和场产生层。非磁性导电层位于主磁极上方。非磁性导电层具有第一导热率或包括低导热率材料。场产生层位于非磁性导电层与后罩的凹口之间。散热器包在后罩的凹口周围。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于非磁性导电层的第一导热率。
在另一个实施方案中，磁记录装置包括主磁极、围绕主磁极的线圈、后罩以及位于主磁极与后罩之间的自旋扭矩振荡装置。自旋扭矩振荡装置包括一个或多个第一层、间隔层和场产生层。一个或多个第一层位于主磁极上方。一个或多个第一层具有第一导热率或包括低导热率材料。一个或多个第一层可以是非磁性导电层和/或自旋极化层。间隔层位于一个或多个第一层上方。场产生层位于间隔层上方。散热器与后罩接触。散热器具有第二导热率或包括高导热率材料。散热器的第二导热率高于一个或多个第一层的第一导热率。
在一个实施方案中，一种将数据写入磁介质的方法包括向主磁极周围的线圈提供写电流以产生记录场。从主磁极通过自旋扭矩振荡装置的场产生层向后罩提供电子电流以产生微波辅助场。在沿从主磁极到后罩的方向在场产生层上产生从热到冷的温度梯度。由温度梯度产生磁控自旋电流。磁控自旋电流有助于反转场产生层的磁化方向。
在又一个实施方案中，磁记录装置包括用于提供写入磁场的写入设备。自旋扭矩振荡设备产生微波辅助场。温度梯度设备产生磁控自旋电流以帮助反转自旋扭矩振荡设备的磁化方向。
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设想本公开的其他和另外的实施方案，并且本公开的范围由以下所附权利要求书确定。

Claims (21)

1.一种磁记录装置，所述磁记录装置包括：
主磁极；
线圈，所述线圈位于所述主磁极周围；
后罩，所述后罩具有凹口；
自旋扭矩振荡装置，所述自旋扭矩振荡装置位于所述主磁极与所述后罩的所述凹口之间，所述自旋扭矩振荡装置包括：
非磁性导电层，所述非磁性导电层位于所述主磁极上方，所述非磁性导电层具有第一导热率；和
场产生层，所述场产生层位于所述非磁性导电层与所述后罩的所述凹口之间；和
散热器，所述散热器包在所述后罩的所述凹口周围，所述散热器具有第二导热率，所述散热器的所述第二导热率高于所述非磁性导电层的所述第一导热率。
2.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述散热器的所述第二导热率为130W/m·K或更高的热导率。
3.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述非磁性导电层的所述第一导热率为90W/m·K或更低的热导率。
4.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述散热器包括选自由以下项组成的组的材料：银、铜、金、铝、钨、它们的合金、石墨、碳纳米管以及它们的多个层。
5.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述非磁性导电层包括选自由以下项组成的组的材料：钌、钽、非磁性镍合金、非磁性铁合金、它们的合金以及它们的多个层。
6.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述散热器和所述非磁性导电层在所述自旋扭矩振荡装置内在沿所述主磁极到所述后罩的方向形成从热到冷的温度梯度。
7.根据权利要求1所述的磁记录装置，其中所述凹口选自由附接凹口或分离凹口组成的组。
8.一种磁介质驱动器，所述磁介质驱动器包括根据权利要求1所述的磁记录装置。
9.一种磁记录装置，所述磁记录装置包括：
主磁极；
线圈，所述线圈位于所述主磁极周围；
后罩；
自旋扭矩振荡装置，所述自旋扭矩振荡装置位于所述主磁极与所述后罩之间，所述自旋扭矩振荡装置包括：
一个或多个第一层，所述一个或多个第一层在所述主磁极上方具有第一导热率；
间隔层，所述间隔层位于所述一个或多个第一层上方；和
场产生层，所述场产生层位于所述间隔层上方；和
散热器，所述散热器与所述后罩接触，所述散热器具有第二导热率，所述散热器的所述第二导热率高于所述一个或多个第一层的第一导热率。
10.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述一个或多个第一层包括非磁性导电层，所述非磁性导电层形成在所述主磁极上方。
11.根据权利要求10所述的磁记录装置，其中所述非磁性导电层包括选自由以下项组成的组的材料：钌、钽、非磁性镍合金、非磁性铁合金、它们的合金以及它们的多个层。
12.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述一个或多个第一层包括自旋极化层，所述自旋极化层形成在形成于所述主磁极与所述自旋极化层之间的非磁性导电层上方。
13.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述一个或多个第一层包括非磁性导电层和自旋极化层，所述非磁性导电层形成在所述主磁极上方，并且所述自旋极化层形成在所述非磁性导电层上方。
14.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述散热器包在所述后罩的凹口周围。
15.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述散热器包在所述场产生层与所述后罩之间形成的封盖层周围。
16.根据权利要求9所述的磁记录装置，其中所述散热器包括选自由以下项组成的组的材料：银、铜、金、铝、钨、它们的合金、石墨、碳纳米管以及它们的多个层。
17.一种磁介质驱动器，所述磁介质驱动器包括根据权利要求9所述的磁记录装置。
18.一种磁记录装置，所述磁记录装置包括：
写入设备，所述写入设备包括主磁极和返回极，所述写入设备用于提供写入磁场；
自旋扭矩振荡设备，所述自旋扭矩振荡设备用于产生微波辅助场；和
温度梯度设备，所述温度梯度设备用于在沿所述主磁极到所述返回极的方向在所述自旋扭矩振荡设备上形成从热到冷的温度梯度，并且基于所述温度梯度产生磁控自旋电流以帮助反转自旋扭矩振荡设备的磁化方向。
19.根据权利要求18所述的磁记录装置，其中所述磁控自旋电流帮助反转所述自旋扭矩振荡设备的场产生设备的磁化方向。
20.根据权利要求18所述的磁记录装置，其中所述磁控自旋电流帮助反转所述自旋扭矩振荡设备的自旋极化设备的磁化方向。
21.一种磁介质驱动器，所述磁介质驱动器包括根据权利要求18所述的磁记录装置。
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