CN116670761A - 具有负界面自旋散射的自旋电子装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的各方面大体上涉及一种磁介质驱动器的磁记录头。在一个实例中，磁记录头包含主极、后屏蔽件，以及安置于所述主极与所述后屏蔽件之间的自旋电子装置。所述自旋电子装置包括安置于所述主极上的负极化层(NPL)，所述NPL包括FeTi、FeV、FeCr或FeN；安置于所述NPL上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；安置于所述界面层上的间隔物层；以及安置于所述间隔物层上的自旋转矩层(FGL)。当将电流施加到所述自旋电子装置时，所述NPL和安置于所述NPL与所述界面层之间的第一界面具有负自旋极化，而所述FGL和安置于所述FGL与所述间隔物层之间的第二界面具有正自旋极化。

Description

具有负界面自旋散射的自旋电子装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月24日申请的美国申请第17/184,543号的优先权，所述美国申请要求2021年1月4日申请的美国临时专利申请第63/133,695号的权益，所述美国申请和美国临时专利申请两者以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开的各方面大体上涉及自旋电子装置的磁记录头，例如数据存储装置的写头，例如磁介质驱动器。
背景技术
计算机的运行和能力的核心是将数据存储和写入到数据存储装置，例如硬盘驱动器(HDD)。由计算机处理的数据量正在快速增加。需要较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(例如对于磁记录介质超过2Tbit/in2的记录密度)，写入磁道的宽度和间距变窄，且因此在每一写入磁道中编码的对应磁记录位变窄。使写入磁道的宽度和间距变窄的一个挑战是在面向介质表面(MFS)处减小磁写头的主极的表面积。随着主极变得更小，写入场也变得更小，从而限制磁写头的有效性。
热辅助磁记录(HAMR)和微波辅助磁记录(MAMR)是改善磁记录介质(例如HDD)的记录密度的两种类型的能量辅助记录技术。在MAMR中，自旋转矩振荡器(STO)装置紧邻或靠近写入元件定位，以便例如在微波频带中产生高频AC场。高频AC场降低用于存储数据的磁记录介质的有效矫顽性，且允许在从写入极发出的较低磁写入场处写入磁记录介质。因此，可通过MAMR技术来实现磁记录介质的更高记录密度。
能量辅助记录写头可需要非期望高电压和/或非期望高电流以产生写入场增强。高电压和/或高电流可通过降级写头的组件来影响写头的寿命和可靠性。降低电压或电流、能量辅助磁性层的力矩厚度乘积可妨碍写入器性能、降低面积密度能力(ADC)，和/或限制写头中使用的材料。
因此，需要简单且有效地促进写头性能可靠性和能量辅助磁性层的高力矩厚度乘积，同时促进较低电压或电流以促进有效且高效的磁记录和磁记录的高ADC的写头。
发明内容
本公开的各方面大体上涉及一种磁介质驱动器的磁记录头。在一个实例中，磁记录头包含主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层(NPL)，所述NPL包括FeTi、FeV、FeCr或FeN；安置于NPL上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；安置于界面层上的间隔物层；和安置于间隔物层上的场生成层(FGL)。当将电流施加到自旋电子装置时，NPL和安置于NPL与界面层之间的第一界面具有负自旋极化，而FGL和安置于FGL与间隔物层之间的第二界面具有正自旋极化。
在一个实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；安置于界面层上的第一间隔物层；和安置于第一间隔物层上的场生成层。
在另一实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于后屏蔽件上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的至少一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括Cr、V或Ru；界定于负极化层与界面层之间的第一界面；安置于界面层上的第一间隔物层；安置于第一间隔物层上的场生成层；和界定于第一间隔物层与场生成层之间的第二界面。磁记录头进一步包括配置成穿过自旋电子装置施加电流的电流源。
在另一实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的至少一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括Cr、V或Ru；界定于负极化层与界面层之间的第一界面；安置于界面层上的第一间隔物层；安置于第一间隔物层上的场生成层；和界定于第一间隔物层与场生成层之间的第二界面。磁记录头进一步包括用于穿过自旋电子装置施加电流的构件，其中当施加电流时，负极化层和第一界面具有负自旋极化且场生成层和第二界面具有正自旋极化。
附图说明
为了可以详细地了解本公开的上述特征，上文简短概述的本公开可以参考实施例加以更具体地描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开的典型实施例且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可以承认其它同等有效的实施例存在。
图1为根据一个实施方案的磁记录装置的示意图。
图2为根据一个实施方案的面向图1中展示的磁盘或其它磁性存储介质的磁头组合件的截面侧视图的示意图。
图3A到3B为根据各种实施方案的图2中展示的写头的MFS的示意图。
图3C示出根据一些实施例的用作在施加电流时测量图3A的自旋电子装置的结构内膜的界面自旋极化的手段的平面内电流(CIP)巨磁阻(GMR)技术。
图4为根据一个实施方案的图3A中所示的写头的自旋电子装置的横截面喉部视图的示意图。
图5A到5B为示出根据各种实施例的作为用作界面层的各种材料的百分比的平面内电流(CIP)巨磁阻(GMR)对比界面层的厚度(以埃为单位)的曲线图。
图6为示出根据各种实施例的作为用作NPL的各种材料的百分比的CIP-GMR对比NPL的材料类型和组成的曲线图。
图7为示出根据各种实施例的作为百分比的CIP-GMR对比界面层的厚度(以埃为单位)的曲线图。
为了便于理解，在可能的情况下已经使用相同的元件符号表示图中共有的相同元件。经考虑，一个实施例中公开的元件可有利地用于其它实施例中而无需特定叙述。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施例。然而，应理解，本公开不限于特定描述的实施例。实际上，不管是否与不同实施例相关，都考虑以下特征和元件的任何组合来实施和实践本公开。此外，尽管本公开的实施例可实现优于其它可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但特定优点是否由给定实施例实现并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例以及优点仅为说明性的且不视为所附权利要求书的要素或限制，除非明确地叙述于权利要求中。同样，对“本公开”的提及不应解释为本文中所公开的任何发明性主题的一般化，且不应视为所附权利要求书的要素或限制，除非明确地叙述于权利要求中。
本公开的各方面大体上涉及一种磁介质驱动器的磁记录头。在一个实例中，磁记录头包含主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层(NPL)，所述NPL包括FeTi、FeV、FeCr或FeN；安置于NPL上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；安置于界面层上的间隔物层；和安置于间隔物层上的场生成层(FGL)。当将电流施加到自旋电子装置时，NPL和安置于NPL与界面层之间的第一界面具有负自旋极化，而FGL和安置于FGL与间隔物层之间的第二界面具有正自旋极化。
图1为根据一个实施方案的磁记录装置100的示意图。磁记录装置100包含磁记录头，例如写头。磁记录装置100为磁介质驱动器，例如硬盘驱动器(HDD)。此类磁介质驱动器可为单个驱动器/装置或包含多个驱动器/装置。为了易于说明，在图1中所示出的实施方案中将单个磁盘驱动器展示为磁记录装置100。磁体记录装置100(例如，磁盘驱动器)包含支撑于主轴114上且由驱动电机118旋转的至少一个可旋转磁盘112。每一可旋转磁盘112上的磁记录呈任何合适的数据磁道模式，例如可旋转磁盘112上的同心数据磁道的环形模式的形式。
至少一个滑块113靠近可旋转磁盘112定位。每一滑块113支撑磁头组合件121。磁头组合件121包含一个或多个磁记录头(例如读/写头)，例如包含自旋电子装置的写头。当可旋转磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向移入和移出，使得磁头组合件121可在需要写入数据的地方存取可旋转磁盘112的不同磁道。每一滑块113借助于悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向磁盘表面122偏置的轻微的弹簧力。每一致动器臂119附接到致动器127。如图1所示的致动器127可以是音圈电机(VCM)。VCM包含可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度受由控制单元129供应的电机电流信号控制。
磁头组合件121，例如磁头组合件121的写头包含面向介质表面(MFS)，例如面向磁盘表面122的空气轴承表面(ABS)。在磁记录装置100的操作期间，可旋转磁盘112的旋转在滑块113与磁盘表面122之间产生对滑块113施加向上力或提升的空气或气体轴承。空气或气体轴承因此反平衡悬架115的轻微弹簧力，且在操作期间支撑滑块113以小的大体上恒定的间距离开磁盘表面122且在所述磁盘表面的稍微上方。
磁记录装置100的各种组件在操作中受由控制单元129生成的控制信号，例如存取控制信号和内部时钟信号控制。控制单元129包含逻辑控制电路、存储构件和微处理器。控制单元129生成控制信号以控制各种系统操作，例如线123上的驱动电机控制信号以及线128上的磁头定位和搜寻控制信号。线128上的控制信号提供所要电流分布曲线以最优地将滑块113移动和定位到可旋转磁盘112上的所要数据磁道。写入信号和读取信号借助于记录通道125传送进和传送出磁头组合件121。在可与其它实施例组合的一个实施例中，磁记录装置100可进一步包含多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2为根据一个实施方案的面向图1中展示的可旋转磁盘112或其它磁性存储介质的磁头组合件200的截面侧视图的示意图。磁头组合件200可以对应于在图1中描述的磁头组合件121。磁头组合件200包含面向介质表面(MFS)212，例如空气轴承表面(ABS)，面向可旋转磁盘112。如图2中所示，可旋转磁盘112在由箭头232指示的方向上相对地移动，且磁头组合件200在由箭头233指示的方向上相对地移动。
在可与其它实施例组合的一个实施例中，磁头组合件200包含磁读头211。磁读头211可包含安置于屏蔽件Sl与S2之间的感测元件204。感测元件204为磁阻(MR)感测元件，此元件施加隧穿磁阻(TMR)效应、磁阻(GMR)效应、异常磁阻(EMR)效应或自旋转矩振荡器(STO)效应。可旋转磁盘112中的磁化区的磁场(例如垂直记录位或纵向记录位)可由感测元件204检测为所记录位。
磁头组合件200包含写头210。在可与其它实施例组合的一个实施例中，写头210包含主极220、前屏蔽件206、后屏蔽件(TS)240，和安置于主极220与TS 240之间的自旋电子装置230。主极220充当第一电极。主极220、自旋电子装置230、前屏蔽物206以及后屏蔽物(TS)240中的每一个具有在MFS处的前部部分。
主极220包含磁性材料，例如CoFe、CoFeNi或FeNi、其它合适的磁性材料。在可与其它实施例组合的一个实施例中，主极220包含以随机纹理形成的体心立方(BCC)材料等呈随机纹理的磁性材料的小晶粒。在一个实例中，通过电沉积形成主极220的随机纹理。写头210包含围绕主极220的线圈218，其激励主极220以产生用于影响可旋转磁盘112的磁记录介质的写入磁场。线圈218可为螺旋结构或者一组或多组扁平形结构。
在可与其它实施例组合的一个实施例中，主极220包含后锥体242和前锥体244。后锥体242从从MFS 212凹入的位置延伸到MFS 212。前锥体244从从MFS 212凹入的位置延伸到MFS 212。后锥体242和前锥体244可相对于主极220的纵向轴线260具有相同程度或不同程度的锥度。在可与其它实施例组合的一个实施例中，主极220不包含后锥体242和前锥体244。在此实施例中，主极220包含后侧和前侧，其中后侧和前侧大体上平行。
TS 240包含充当用于主极220的第二电极和返回极的磁性材料，例如FeNi或其它合适的磁性材料。前屏蔽件206可以提供电磁屏蔽且通过前间隙254与主极220分离。
在一些实施例中，自旋电子装置230接近主极220定位，且减小磁记录介质的矫顽力，使得可使用较小写入场来记录数据。在此类实施例中，电子电流从电流源270施加到自旋电子装置230以产生微波场。电子电流可包含直流(DC)波形、脉冲DC波形和/或变成正电压和负电压的脉冲电流波形或其它合适的波形。在其它实施例中，电子电流从电流源270施加到自旋电子装置230以产生到介质的高频交流(AC)场。
在可与其它实施例组合的一个实施例中，自旋电子装置230电耦合到主极220和TS240。主极220和TS 240在一区域中通过绝缘层272分离。电流源270可通过主极220和TS 240将电子电流提供到自旋电子装置230。对于直流电或脉冲电流，电流源270可取决于自旋电子装置230的定向使电子电流从主极220穿过自旋电子装置230流到TS240，或可使电子电流从TS 240穿过自旋电子装置230流到主极220。在可与其它实施例组合的一个实施例中，自旋电子装置230耦合到电导线，从而提供除来自主极220和/或TS 240外的电子电流。
图3A到3B为根据各种实施例的图2中展示的写头210的MFS视图的示意图。图3A的写头210包含磁道方向上处于主极220与TS 240之间的自旋电子装置395。自旋电子装置395可用作图2中展示的自旋电子装置230。图3B的写头210包含磁道方向上处于主极220与TS240之间的反向结构自旋电子装置330。自旋电子装置330可用作图2中展示的自旋电子装置230。根据一些实施例，自旋电子装置330、395可被称为自旋转矩振荡器。
应理解，本文中所论述的磁记录头适用于例如硬盘驱动器(HDD)等数据存储装置以及磁带驱动器，例如磁带嵌入式驱动器(TED)或可插入磁带介质驱动器。在2019年3月31日申请的美国公开案第2020/0258544号标题为“磁带嵌入式驱动器(Tape EmbeddedDrive)”的转让给本申请的同一受让人的共同未决专利申请中描述一种示例TED，所述申请以引用的方式并入本文中。因此，具体实施方式中对HDD或磁带驱动器的任何参考仅用于例证的目的且并不旨在限制本公开，除非明确地要求。此外，对磁记录装置的参考或针对磁记录装置的权利要求旨在包含HDD和磁带驱动器两者，除非明确地要求HDD或磁带驱动器装置。
还应理解，本文中所公开的方面，例如磁记录头可用于HDD和磁带介质驱动器(例如TED)外部的磁性传感器应用，例如除HDD和磁带介质驱动器外的自旋电子装置中。作为实例，本文中所公开的方面可用于磁阻随机存取存储器(MRAM)装置中的磁性元件(例如，作为存储器元件的部分的磁性隧道结)、磁性传感器，或其它自旋电子装置中。
在图3A中，自旋电子装置395包含安置于主极220上的负极化层(NPL)302、安置于NPL 302上的界面层304、安置于界面层304上的第一间隔物层310、安置于第一间隔物层310上的场生成层(FGL)308、安置于FGL 308上的第二间隔物层312，和安置于第二间隔物层312上的凹口314。凹口314安置成与TS 240接触。TS 240可包括安置成邻近于第二间隔物层312的热晶种层(未展示)。NPL 302可被称为自旋注入层(SIL)。第一界面332界定于NPL 302与界面层304之间，且第二界面334界定于FGL 308与第一间隔物层310之间。举例来说，自旋电子装置395的在MFS处的侧面经离子研磨或经图案化以形成如所展示的自旋电子装置形状。在一些实施例中，可在自旋电子装置395的形成过程期间产生主极220中的凹口(未展示)。
电流源(ISTO)270被配置成将电流供应到自旋电子装置395。流动穿过自旋电子装置395的电流从TS 240流动穿过自旋电子装置395到主极220。流动穿过自旋电子装置395的电子流318从主极220流动到TS 240。使用电流源270通过自旋电子装置395供应的电流的方向与通过自旋电子装置395的电子流318的方向相反。
图3B类似于图3A；然而，图3B示出反向结构自旋电子装置330。在图3B的自旋电子装置330中，凹口314安置在主极220上，第一间隔物层312安置在凹口314上，FGL 308安置在第一间隔物层312上，第二间隔物层310安置在FGL 308上，界面层304安置在第二间隔物层310上，NPL 302安置在界面层304上，且TS 240安置在NPL 302上。第一界面332界定于NPL302与界面层304之间，且第二界面334界定于FGL 308与第二间隔物层310之间。举例来说，自旋电子装置330的在MFS处的侧面经离子研磨或经图案化以形成如所展示的自旋电子装置形状。
电流源(ISTO)270被配置成将电流供应到自旋电子装置330。流动穿过自旋电子装置330的电流从主极220流动穿过自旋电子装置330到TS 240。流动穿过自旋电子装置330的电子流316从TS 240流动到主极220。使用电流源270通过自旋电子装置330供应的电流的方向与通过自旋电子装置330的电子流316的方向相反。供应到图3B的反向结构自旋电子装置330的电流的方向与供应到图3A的自旋电子装置395的电流的方向相反。类似地，图3B的反向结构自旋电子装置330的电子流316与图3A的自旋电子装置395的电子流318相反。
在自旋电子装置330和395中，FGL 308振荡，而NPL 302不振荡。NPL 302负自旋极化。FGL 308最初在与主极220和TS 240的磁化320相同的方向上磁化，所述磁化在从主极220到TS 240的方向上(即，在x方向上)且在与电子流相同的方向上。自旋转矩作用于FGL308，从而引起FGL 308的磁化M的角度改变、磁化M的进动和FGL308的自旋翻转。FGL 308的磁化M的进动可生成发射到磁记录介质以减小记录介质的矫顽力的辅助磁场，例如AC场。类似地，辅助磁场，例如DC场增强从主极220写入到记录介质的写入场。
本公开考虑：取决于穿过写入线圈(例如图2中展示的线圈218)的写入电流的极性，磁性层(例如主极220、NPL 302、FGL 308和TS 240)的磁化可在从主极220朝向TS 240的方向上，如图3A中所示(即，在x方向上)，或可在从TS 240朝向主极220的方向上，如图3B中所示(即，在x方向上)。
根据公式(1)估计发生自旋翻转的偏置电压(Vjump)：
Vjump＝Jc*RA (1)
其中J。为STT相对于间隙场切换的临界电流密度。
在自旋电子装置330和395中，NPL 302为磁性的且包含磁性材料，且沿着主极220与TS 240之间的间隙场方向磁化。在可与其它实施例组合的一个实施例中，NPL 302磁性拼接到主极220。在可与其它实施例组合的一个实施例中，NPL 302包含多个电子能带，其包含多数自旋通道和少数自旋通道。对于NPL 302，少数自旋通道包含大于多数自旋通道的导电性的导电性。
NPL 302包含Fe、Cr、N、Co和/或Gd中的一个或多个，例如FeCr或氮化铁(FexNx)。在一些实施例中，NPL 302包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个或多个。举例来说，NPL302可包括FeTi、FeV、FeCr或Fe4N。在可与其它实施例组合的一个实施例中，NPL 302包含具有负自旋累积的一种或多种铁磁性材料。在可与其它实施例组合的一个实施例中，NPL 302包含晶格反向对准的两种材料，例如反平行对准的Co和Gd的合金。虽然展示为单层结构，但NPL 302可为多层结构。NPL 302可具有在约3nm到约10nm范围内的第一厚度T1。可根据NPL 302的扩散长度改变第一厚度T1。在一个实例中，NPL302包含约2nm的自旋扩散长度。
在自旋电子装置330和395中，界面层304包含具有长扩散长度，例如长于NPL 302的扩散长度的扩散长度的材料。界面层304包括Cr、V或Ru或其合金中的一个。举例来说，当NPL 302包括FeTi、FeV或FeCr中的一个时，界面层304包括V、Cr或Ru中的一个。当NPL 302包括Fe4N时，界面层304包括Ru。虽然展示为单层结构，但界面层304可为多层结构。
在一些实施例中，界面层304包含具有负界面极化因子(γ)，例如约-0.2的材料。负界面极化因子(γ)在界面层304与NPL 302之间的界面处。界面层304包含在约0.2nm到约1.5nm范围内，例如约1.0nm的第二厚度T2。间隔物层310、312包括Cu、NiAl或基于Ag的材料。图3A到3B的间隔物层310各自具有在约1.5nm到约8nm范围内，例如在约1.5nm到约2.5nm范围内，例如约2.0nm的第三厚度T3。FGL 308包括CoFe、NiFe或基于CoFe的材料。FGL 308可以具有介于约5nm到约20nm之间，例如约10nm的厚度。
图3C示出根据一些实施例的用作在施加电流370时测量图3A的自旋电子装置395的结构内膜的界面自旋极化的手段的平面内电流(CIP)巨磁阻(GMR)技术。为了清楚起见，图3C的自旋电子装置395的一些层已经移除。如图3C中所示，施加平面内电流370使得电子(e)流动穿过界面层304和间隔物层310。此外，当施加电流370时，NPL 302负自旋极化，NPL302与界面层304之间的第一界面332负自旋极化(即，第一界面负散射)，间隔物层310与FGL308之间的第二界面334正自旋极化，且FGL 308正自旋极化。虽然图3C示出图3A的自旋电子装置395，但图3B的自旋电子装置330的第一界面332和第二界面334以相同方式极化。
通过NPL 302和界面层304的材料实现反向结构自旋电子装置330和自旋电子装置395两者的第一界面332的负自旋极化。如上文所论述，当NPL 302包括FeTi、FeV或FeCr中的一个时，界面层304包括V、Cr或Ru中的一个，从而使得第一界面332负自旋极化。当NPL 302包括Fe4N时，界面层304包括Ru，从而使得第一界面332负自旋极化。通过选择性地选择将哪些材料用于NPL 302和界面层304，NPL 302和第一界面332的自旋极化可独立地控制，且可使极化最大化。
图4为根据一个实施方案的包括安置于MFS 401处的图3A的自旋电子装置395的写头210的横截面喉部视图的示意图。虽然图4展示包括图3A的自旋电子装置395的写头210，但图3B的反向结构自旋电子装置330可以类似方式利用。在图3A到3B中，磁道方向标记为x坐标且交叉磁道方向标记为y坐标。垂直于MFS的方向将为进入/离开X-Y平面的z坐标。在图4中，磁道方向标记为x坐标且一般磁条高度方向标记为z坐标。此外，自旋电子装置395的一个或多个层，例如第二间隔物层312在图4中可能未展示。
自旋电子装置395、主极220和TS 240的每一层可具有相同交叉磁道宽度(如图3A中所示)或可具有不同交叉磁道宽度。NPL 302，间隔物层310、312中的至少一个，和FGL 308可具有不同磁条高度(如图4中所示)，或可具有相同磁条高度。此外，NPL302，间隔物层310、312中的至少一个，和FGL 308可为锥形的(如图4中所示)或非锥形的。图4的FGL 308安置成与TS 240的热晶种层380接触。
图3A到3B和4的自旋电子装置330、395的FGL 308可包含NiFe、CoFe、CoFeNi、CoMnGe、NiCo、NiFeCu、CoFeMnGe、CoMnSi、CoFeSi和/或其它软或硬铁磁性材料、其它赫斯勒(Heusler)合金、其它合适的磁性层，和/或其多个层中的一个或多个。FGL308可包含具有在与MFS的平面例如垂直、成角度或纵向的任何大体方向上定向的磁各向异性的材料。在可与其它实施例组合的一个实施例中，FGL 308包含磁各向异性，如图3A中所示。
图3A到3B的自旋电子装置395、330的第一间隔物层310和第二间隔物层312各自包含一种或多种非磁性导电材料，例如Au、Ag、Al、Cu、AgSn、NiAl和/或其它非磁性导电材料、其合金和/或其多个层。个别地，间隔物层310、312可由具有用于FGL 308上的自旋转矩传送的高自旋透射率的材料制成。
图3A到3B和4中展示的写头210的主极220可以是具有合适的尺寸的任何合适的形状(例如，梯形、三角形等)。图3A到3B和4的写头210可包含定位于其间具有前间隙的主极220的一个或多个侧上的前屏蔽件。图3A到3B和4的写头210可包含定位于自旋电子装置330、395的侧面上的侧间隙。侧间隙可包含绝缘材料。
NPL 302和界面层304共同促进FGL 308的操作。作为实例，NPL 302的负自旋累积促进在FGL 308上生成直接转矩以促进FGL 308的磁化的进动和/或促进FGL 308逆着场方向的自旋翻转。NPL 302促进从FGL 308的两侧，例如在从TS 240到FGL 308的方向(即，x方向)上且在从主极220到FGL 308的方向(即，x方向)上将转矩施加到FGL 308。作为实例，界面层304的负界面极化因子(γ)增强NPL 302的负自旋极化。
此类方面促进用于自旋电子装置395或反向结构自旋电子装置330的较低电压或较低电流(从电流源(ISTO)施加)以促进写头210的可靠性和有效性能，同时促进用于写头210的磁记录的高力矩厚度乘积和高ADC。此类方面还促进写头210的各种配置和可用于写头210的各种组件的材料的模块性，这可进一步降低写头210的电流密度和/或电压。
NPL 302和界面层304的各方面共同促进用于翻转或切换FGL 308的临界电流相对于主极220上的晶种层减小至多30％，例如临界电流密度Jc减小至多15％到20％，由于FGL308的自旋传送转矩的增大。
图5A到5B为示出根据各种实施例的作为用作界面层的各种材料的百分比的平面内电流(CIP)巨磁阻(GMR)对比界面层的厚度(以埃为单位)的曲线图500、550。如在图5A到5B的描述中所提及，界面层可为图3A到3C的界面层304且NPL可为NPL302。在图5A中，FeCr28用作NPL 302。在图5B中，FeV20用作NPL 302。在图5A到5B中，负百分比CIP-GMR表明当施加电流时，NPL 302与界面层304之间的界面，例如图3C的第一界面332负自旋极化(即，第一界面332负散射)。
如图5A中所示，当界面层304包括Ru时，当施加电流时，第一界面332在介于约2埃到约15埃之间的厚度处负自旋极化。当界面层304包括V时，当施加电流时，第一界面332在介于约3埃到约15埃之间的厚度处负自旋极化。当界面层304包括Cr时，当施加电流时，第一界面332在介于约6埃到约25埃之间的厚度处负自旋极化。
类似地，如图5B中所示，当界面层304包括Ru时，当施加电流时，第一界面332在介于约1.5埃到约15埃之间的厚度处负自旋极化。当界面层304包括V时，当施加电流时，第一界面332在介于约1埃到约20埃之间的厚度处负自旋极化。当界面层304包括Cr时，当施加电流时，第一界面332在介于约2埃到约15埃之间的厚度处负自旋极化。
图6为示出根据各种实施例的作为用作NPL的各种材料的百分比的CIP-GMR对比NPL的材料类型和组成的曲线图600。如在图6的描述中所提及，界面层可为图3A到3C的界面层304且NPL可为NPL 302。在曲线图600中，负百分比CIP-GMR表明当施加电流时，NPL 302与界面层304之间的界面，例如图3C的第一界面332负自旋极化(即，第一界面332负散射)。
在由曲线图600所示的实例中，界面层304包括Cr且具有介于约5埃到约10埃之间的厚度。包括FeX的材料用作NPL 302，其中X为Ti、V或Cr中的一个，如x轴上所展示。当NPL302包括FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46、FeCr58、FeTi5、FeTi11、FeTi23、FeV10、FeV20或FeV30中的一个时，当施加电流时，第一界面332负自旋极化。当NPL 302包括例如FeCr71或FeCr83等非磁性材料时，第一界面332未极化。因此，当界面层304包括Cr且具有介于约5埃到约10埃之间的厚度，且NPL 302包括FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46、FeCr58、FeTi5、FeTi11、FeTi23、FeV10、FeV20或FeV30中的一个时，当施加电流时，第一界面332负散射。
图7为示出根据各种实施例的作为百分比的CIP-GMR对比界面层的厚度(以埃为单位)的曲线图700。如在图7的描述中所提及，界面层可为图3A到3C的界面层304且NPL可为NPL 302。在曲线图700中，负百分比CIP-GMR表明当施加电流时，NPL 302与界面层304之间的界面，例如图3C的第一界面332负自旋极化(即，第一界面332负散射)。在曲线图700中，Fe4N用作NPL 302的材料且Ru用作界面层304的材料。当包括Ru的界面层304具有约2埃到约10埃的厚度时，当施加电流时，第一界面332负自旋极化。
本公开的益处包含简单且有效地促进磁记录性能和可靠性；增加用于磁记录的ADC；减小电压或电流，同时维持或促进增加的力矩厚度乘积、磁记录头性能和可靠性；磁记录头材料中的模块性；以及磁记录装置设计配置中的模块性。此外，通过选择性地选择将哪些材料用于NPL和界面层，NPL和安置于NPL与界面层之间的界面的自旋极化可独立地控制，且可使极化最大化。
经考虑，可以组合本文中所公开的一个或多个方面。此外，经考虑，本文中所公开的一个或多个方面可以包含前述益处中的一些或全部。
在一个实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；安置于界面层上的第一间隔物层；和安置于第一间隔物层上的场生成层。
磁记录头进一步包括安置于场生成层上的第二间隔物层。负极化层包括FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46或FeCr58。负极化层包括FeTi5、FeTi11或FeTi23。负极化层包括FeV10、FeV20或FeV30。负极化层包括Fe4N且界面层包括Ru。负极化层具有介于约3nm到约10nm之间的第一厚度。界面层具有介于约0.2nm到约1.5nm之间的第二厚度。磁记录头进一步包括配置成穿过自旋电子装置施加电流的电流源。当施加电流时，负极化层和安置于负极化层与界面层之间的第一界面具有负自旋极化。当施加电流时，场生成层和安置于场生成层与第一间隔物层之间的第二界面具有正自旋极化。
在另一实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于后屏蔽件上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括Cr、V或Ru；界定于负极化层与界面层之间的第一界面；安置于界面层上的第一间隔物层；安置于第一间隔物层上的场生成层；和界定于第一间隔物层与场生成层之间的第二界面。磁记录头进一步包括配置成穿过自旋电子装置施加电流的电流源。
磁记录头进一步包括安置于场生成层上的第二间隔物层和安置于第二间隔物层与主极之间的凹口。当施加电流时，负极化层和第一界面具有负自旋极化，且其中当施加电流时，场生成层和第二界面具有正自旋极化。界面层包括Ru且负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个。界面层包括Cr或V且负极化层包括Fe和Ti、V或Cr中的一个。
在另一实施例中，磁记录头包括主极、后屏蔽件，和安置于主极与后屏蔽件之间的自旋电子装置。自旋电子装置包括安置于主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；安置于负极化层上的界面层，所述界面层包括Cr、V或Ru；界定于负极化层与界面层之间的第一界面；安置于界面层上的第一间隔物层；安置于第一间隔物层上的场生成层；和界定于第一间隔物层与场生成层之间的第二界面。磁记录头进一步包括用于穿过自旋电子装置施加电流的构件，其中当施加电流时，负极化层和第一界面具有负自旋极化且场生成层和第二界面具有正自旋极化。
界面层包括Ru且负极化层包括选自由以下组成的群组的材料：FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46、FeCr58、FeTi5、FeTi11、FeTi23、FeV10、FeV20、FeV30和Fe4N。
虽然前述内容是针对本公开的实施例，但可以设计出本公开的其它和另外实施例而这些实施例不脱离本公开的基本范围，且本公开的范围由所附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种磁记录头，其包括：
主极；
后屏蔽件；以及
自旋电子装置，其安置于所述主极与所述后屏蔽件之间，所述自旋电子装置包括：
安置于所述主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；
安置于所述负极化层上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；
安置于所述界面层上的第一间隔物层；以及
安置于所述第一间隔物层上的场生成层。
2.根据权利要求1所述的磁记录头，其进一步包括安置于所述场生成层上的第二间隔物层。
3.根据权利要求1所述的磁记录头，其中所述负极化层包括FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46或FeCr58。
4.根据权利要求1所述的磁记录头，其中所述负极化层包括FeTi5、FeTi11或FeTi23。
5.根据权利要求1所述的磁记录头，其中所述负极化层包括FeV10、FeV20或FeV30。
6.根据权利要求1所述的磁记录头，其中所述负极化层包括Fe4N且所述界面层包括Ru。
7.根据权利要求1所述的磁记录头，其中所述负极化层具有介于约3nm到约10nm之间的第一厚度，且其中所述界面层具有介于约0.2nm到约1.5nm之间的第二厚度。
8.根据权利要求1所述的磁记录头，其进一步包括配置成穿过所述自旋电子装置施加电流的电流源。
9.根据权利要求8所述的磁记录头，其中当施加电流时，所述负极化层和安置于所述负极化层与所述界面层之间的第一界面具有负自旋极化。
10.根据权利要求8所述的磁记录头，其中当施加电流时，所述场生成层和安置于所述场生成层与所述第一间隔物层之间的第二界面具有正自旋极化。
11.一种磁记录装置，其包括根据权利要求1所述的磁记录头。
12.一种磁记录头，其包括：
主极；
后屏蔽件；
自旋电子装置，其安置于所述主极与所述后屏蔽件之间，所述自旋电子装置包括：
安置于所述后屏蔽件上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；
安置于所述负极化层上的界面层，所述界面层包括Cr、V或Ru；
界定于所述负极化层与所述界面层之间的第一界面；
安置于所述界面层上的第一间隔物层；
安置于所述第一间隔物层上的场生成层；以及
界定于所述第一间隔物层与所述场生成层之间的第二界面；以及
电流源，其被配置成穿过所述自旋电子装置施加电流。
13.根据权利要求12所述的磁记录头，其进一步包括：
安置于所述场生成层上的第二间隔物层；以及
安置于所述第二间隔物层与所述主极之间的凹口。
14.根据权利要求12所述的磁记录头，其中当施加电流时，所述负极化层和所述第一界面具有负自旋极化，且其中当施加电流时，所述场生成层和所述第二界面具有正自旋极化。
15.根据权利要求12所述的磁记录头，其中所述界面层包括Ru且所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个。
16.根据权利要求12所述的磁记录头，其中所述界面层包括Cr或V且所述负极化层包括Fe和Ti、V或Cr中的一个。
17.一种磁记录装置，其包括根据权利要求12所述的磁记录头。
18.一种磁记录头，其包括：
主极；
后屏蔽件；
自旋电子装置，其安置于所述主极与所述后屏蔽件之间，所述自旋电子装置包括：
安置于所述主极上的负极化层，所述负极化层包括Fe和Ti、V、Cr或N中的一个；
安置于所述负极化层上的界面层，所述界面层包括V、Cr或Ru；
界定于所述负极化层与所述界面层之间的第一界面；
安置于所述界面层上的第一间隔物层；
安置于所述第一间隔物层上的场生成层；以及
界定于所述第一间隔物层与所述场生成层之间的第二界面；以及
用于穿过所述自旋电子装置施加电流的构件，其中当施加电流时，所述负极化层和所述第一界面具有负自旋极化且所述场生成层和所述第二界面具有正自旋极化。
19.根据权利要求18所述的磁记录头，其中所述界面层包括Ru且所述负极化层包括选自由以下组成的群组的材料：FeCr12、FeCr16、FeCr20、FeCr28、FeCr39、FeCr46、FeCr58、FeTi5、FeTi11、FeTi23、FeV10、FeV20、FeV30和Fe4N。
20.一种磁记录装置，其包括根据权利要求18所述的磁记录头。
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