CN1591585A - 磁记录介质、磁存储装置和记录方法 - Google Patents

磁记录介质、磁存储装置和记录方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层。所述第一和第二磁性层交换耦合，且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，并且响应于反转第一和第二磁性层的磁化强度方向的记录磁场，第一磁性层在第二磁性层之前反转其磁化强度方向。

Description

磁记录介质、磁存储装置和记录方法
技术领域
本发明一般地涉及磁记录介质、磁存储装置和记录方法，更具体地，涉及适于高密度记录的磁记录介质、使用这种磁记录介质的磁存储装置以及用于在这种磁记录介质上记录信息的记录方法。
背景技术
近来，磁记录介质的记录密度迅速增长，甚至达到每年100％的速度。但是，由于与磁记录介质的热稳定性相关的问题，在普遍使用的纵向(或者平面)记录系统中，纵向记录密度的极限预期在100Gb/in2(吉比特/平方英寸)的量级上。为了降低高密度记录区域中的介质噪声，形成磁化单元的晶粒尺寸被减小，以便缩减磁化单元之间的曲折边界，即磁化转变区域。但是，当晶粒的尺寸被减小时，形成磁化单元的体积减小，从而引起磁化强度由于热不稳定性而降低。因此，为了获得超过100Gb/in2的高记录密度，必须同时降低介质噪声并改善热稳定性。
例如，在日本专利申请特开No.2001-056921和No.2001-056924中已经提出了同时降低介质噪声并改善热稳定性的磁记录介质。图1是示出被提出的磁记录介质100的一部分的横截面图。示于图1中的被提出的磁记录介质100包括被提供在衬底105上的交换层结构以及被提供在交换层结构上的磁性层102。交换层结构由被提供在衬底105上的铁磁层101和被提供在铁磁层101上的非磁性耦合层103构成。铁磁层101和磁性层102经由非磁性耦合层103被反铁磁性地交换耦合。有效晶粒体积变为交换耦合的铁磁层101和磁性层102的晶粒体积的总和。从而，热稳定性得到很大的改善，并且由于晶粒的尺寸可以进一步被减小，所以介质噪声可以被降低。通过使用所提出的磁记录介质100，所记录(写)的二进制数的热稳定性提高了，并且介质噪声降低了，从而使能了高度可靠的高密度记录。
在所提出的磁记录介质100中，因为磁性层102和铁磁层101的磁化强度方向互相反向平行，所以被重现的输出近似与磁性层102和铁磁层101的剩余磁化强度之间的差成比例。因此，为了获得与具有单层结构磁性层的传统磁记录介质所获得的相当的被重现的输出，如果磁性层102和铁磁层101使用具有相同组分的材料，则离记录和/或重现磁头较近的磁性层102被设置为比离磁头较远的铁磁层101厚，并且也比具有单层结构的传统磁性层厚。但是，当所提出的磁记录介质100具有这种厚度的磁性层102时，由于磁性层102的厚度增加，会存在使诸如重写性能和非线性转变位移(NLTS)性能的写性能劣化的可能性。
另一方面，当在进行记录的时候从磁头向所提出的磁记录介质100施加记录磁场时，磁性层102和铁磁层101的磁化强度方向排列在记录磁场的方向上，并变得互相平行。此后，当磁头移动并且记录磁场减弱时，铁磁层101的磁化强度方向随磁性层102的交换场而反转，并且铁磁层101和磁性层102的磁化强度方向变得互相反向平行。但是，在沿着磁头移动方向的后端的磁头磁极附近，在反转记录磁场的方向之后的即刻，由于磁性层102和铁磁层101的每一个的交换场和退磁场，磁性层102和铁磁层101的行为变得复杂，所述行为例如是磁化强度方向的反转。就磁性层102而言，尤其是由于铁磁层101的磁特性等，磁化转变区域的位置、倾角等可能会改变，并且NLTS性能可能会劣化。
发明内容
因而，本发明的一般目的是提供可以在其中消除上述问题的新型的并且有用的磁记录介质、磁存储装置和记录方法。
本发明的另一个并且是更具体的目的是提供可以实现满足要求的写性能的磁记录介质、磁存储装置和记录方法。
本发明的另一个目的是提供一种磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层；被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层；和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，响应于反转第一和第二磁性层的磁化强度方向的记录磁场，第一磁性层在第二磁性层之前反转其磁化强度方向。根据本发明的磁记录介质，可以改善写性能，并实现高密度记录。
本发明的另一目的是提供一种磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层；被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层；和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，其中，第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系Hc1′＜Hc2′。根据本发明的磁记录介质，可以改善写性能，并实现高密度记录。
本发明的另一目的是提供一种磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层；被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层；和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，其中，所述第一磁性层由CoCr或者CoCrPt合金制成，所述第二磁性层由CoCrPt合金制成，并且第一磁性层的按原子百分比计的Pt含量小于第二磁性层的Pt含量。根据本发明的磁记录介质，可以改善写性能，并实现高密度记录。
本发明的另一个目的是提供一种磁存储装置，所述磁存储装置包括至少一个磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向；以及磁头，所述磁头用于在磁记录介质上记录信息和/或从磁记录介质重现信息，其中，响应于反转第一和第二磁性层的磁化强度方向的来自磁头的记录磁场，第一磁性层在第二磁性层之前反转其磁化强度方向。根据本发明的磁存储装置，因为磁记录介质的写性能满足要求，被写的位的热稳定性被改善，并且介质噪声被降低，所以可以实现高度可靠的高密度记录。
本发明的另一目的是提供一种磁存储装置，所述磁存储装置包括至少一个磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向；以及磁头，所述磁头用于在磁记录介质上记录信息和/或从磁记录介质重现信息，其中，第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系Hc1′＜Hc2′。根据本发明的磁存储装置，因为磁记录介质的写性能满足要求，被写的位的热稳定性被改善，并且介质噪声被降低，所以可以实现高度可靠的高密度记录。
本发明的另一目的是提供一种磁存储装置，所述磁存储装置包括至少一个磁记录介质，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向；以及磁头，所述磁头用于在磁记录介质上记录信息和/或从磁记录介质重现信息，其中，所述第一磁性层由CoCr或者CoCrPt合金制成，所述第二磁性层由CoCrPt合金制成，并且第一磁性层的按原子百分比计的Pt含量小于第二磁性层的Pt含量。根据本发明的磁存储装置，因为磁记录介质的写性能满足要求，被写的位的热稳定性被改善，并且介质噪声被降低，所以可以实现高度可靠的高密度记录。
本发明的另一个目的是提供一种记录方法，用于在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，所述记录方法包括在磁记录介质上施加记录磁场以在磁记录介质上记录信息的步骤，其中，被施加给第一磁性层的记录磁场Hh1、被施加给第二磁性层的记录磁场Hh2、来自第二磁性层的作用在第一磁性层上的交换场HE1、来自第一磁性层的作用在第二磁性层上的交换场HE2、第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系(Hh1-HE1-Hc1′)＞(Hh2-HE2-Hc2′)＞0。根据本发明的磁记录方法，可以改善写性能，并实现高密度记录。
本发明的另一目的是提供一种磁记录方法，用于在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括相继层叠的铁磁层、第一非磁性耦合层、第一磁性层、第二非磁性耦合层和第二磁性层，所述铁磁层和第一磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相反向平行的磁化强度方向，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，所述记录方法包括在磁记录介质上施加记录磁场，以便通过反转第一和第二磁性层的磁化强度方向在磁记录介质上记录信息的步骤，其中，当在施加记录磁场以使得铁磁层与第一和第二磁性层的磁化强度方向互相平行之后，记录磁场被移去时，铁磁层的磁化强度方向反转，并且在没有对其施加记录磁场的情况中，铁磁层的磁化强度方向与第一和第二磁性层的磁化强度方向互相反向平行。根据本发明的磁记录方法，可以改善写性能，并实现高密度记录。
当结合附图阅读时，从下面详细的说明中，本发明的其他目的和进一步的特征将变得明显。
附图说明
图1是示出被提出的磁记录介质的一部分的横截面图；
图2是示出根据本发明的磁记录介质的静态磁特性的示图；
图3是示出根据本发明的磁记录介质的第一和第二磁性层动态矫顽磁力与静态矫顽磁力的关系的示图；
图4是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图5是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图6是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图7是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图8是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图9是用于解释相对于根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图10是用于解释相对于没有使用本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图11是用于解释相对于没有使用本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图12是用于解释相对于没有使用本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图13是用于解释相对于没有使用本发明的磁记录介质的记录过程的示图；
图14是示出根据本发明的磁记录介质的第一实施例的一部分的横截面图；
图15是示出第一磁盘的第一磁性层的磁化强度反转场与Ru层厚度的关系的示图；
图16是示出第一磁盘的剩余磁化强度和厚度的乘积(Mrt值)与Ru层厚度的关系的示图；
图17是示出第一磁盘的重写性能与Ru层厚度的关系的示图；
图18是示出第一磁盘的NTLS性能与Ru层厚度的关系的示图；
图19是示出第二磁盘的第一磁性层的磁化强度反转场与RuCo层厚度的关系的示图；
图20是示出第二磁盘的剩余磁化强度和厚度的乘积(Mrt值)与RuCo层厚度的关系的示图；
图21是示出根据本发明的磁记录介质的第二实施例的一部分的横截面图；
图22是示出磁记录介质的第二实施例的修改形式的一部分的横截面图；
图23是示出根据本发明的磁存储装置的一部分的横截面图；以及
图24是示出图23中所示的磁存储装置的一部分的平面图。
具体实施方式
首先，将通过参考图2到图9给出对本发明的工作原理的描述。
图2是示出根据本发明的磁记录介质的静态磁特性并连同该磁记录介质第一和第二层的磁化状态的示图。在图2中，纵坐标表示具有任意单位的磁化强度M，横坐标表示具有任意坐标的外部磁场H。如图2和以后将描述的图14所示，根据本发明的磁记录介质10包括由第一磁性层11、非磁性耦合层13和第二磁性层12构成的叠层结构。第一磁性层11被布置为比第二磁性层12更靠近衬底(没有示出)，第二磁性层12被布置为比第一磁性层11更靠近磁头(没有示出)。第一磁性层11和第二磁性层12经由非磁性耦合层13而交换耦合。在没有施加外部磁场H的B和E状态中，第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向互相平行。
更具体地，当图2中外部磁场H在与第一磁性层11和第二磁性层12的互相平行的磁化强度方向相反的方向被从状态B增大到状态C，或者从状态E增大到状态F时，磁化强度曲线在状态C或者F变得近似水平。在状态C和F中，第一磁性层11的磁化强度方向反转，并且第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向变得互相反向平行。
接着，当外部磁场H进一步从状态C向状态D或者从状态F向状态A被增大时，磁化强度M变为零，并且外部磁场H的值在该零磁化强度M处变为矫顽磁力Hc，即，静态矫顽磁力。当外部磁场H被进一步增大时，第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向在状态D和A中变为互相平行。即使当外部磁场H此后从状态D降低到状态E，或者从状态A降低到状态B，以及外部磁场H变为零，第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向都保持互相平行。
应当注意，在外部磁场H为零的状态中，第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向互相平行，当外部磁场H的方向被反转，并且外部磁场H被增大的时候，第一磁性层11的磁化强度方向首先反转，而第二磁性层12的磁化强度方向在其之后反转。
通过振动样品磁强计(VSM)等测量静态磁特性，一次循环的测量时间在大约几分钟的量级上。反转外部磁场H的方向所要求的时间在大约几秒钟的量级上。反转外部磁场H的方向所要求的这样的时间以下将被称为“磁场反转时间”，在磁场反转时间在几秒钟或者更大的量级上的情况中的矫顽磁力Hc以下将被称为静态矫顽磁力Hc。
另一方面，当磁头在磁记录介质10上施加磁场进行记录时的磁场反转时间在亚纳秒到近似一纳秒的量级上。当在如此短的磁场反转时间中反转磁场时，力(例如，粘滞力)作用在干扰磁化运动的方向上，需要施加大的磁场以便反转磁化强度方向。换句话说，矫顽磁力Hc增大，并且以这种方式增大的该矫顽磁力Hc将被称作动态矫顽磁力Hc′。
图3是示出根据本发明的磁记录介质10的第一磁性层11和第二磁性层12动态矫顽磁力与静态矫顽磁力的关系的示图。在图3中，左侧纵坐标表示具有任意单位的动态矫顽磁力，右侧纵坐标表示具有任意单位的静态矫顽磁力，横坐标表示磁场反转时间。
如图3所示，在本发明的磁记录介质10中，在大约几秒种的量级上的磁场反转时间tA过程中，第一磁性层11的静态矫顽磁力Hc1与第二磁性层12的静态矫顽磁力Hc2满足关系Hc1＜Hc2。另一方面，当使用磁头的记录磁场进行记录时，在亚纳秒到近似一纳秒的量级上的磁场反转时间tB过程中，第一磁性层11的静态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层12的静态矫顽磁力Hc2′满足关系Hc1′＜Hc2。随着磁场反转时间从静态矫顽磁力的磁场反转时间tA朝向动态矫顽磁力的磁场反转时间tB减小，动态矫顽磁力Hc1′和Hc2′增大。
优选的是第一磁性层11的动态矫顽磁力Hc1′相比于第二磁性层12的动态矫顽磁力Hc2′足够小。如从图3中可见的，当施加了某个记录磁场时，磁化强度方向在其中反转的磁化反转时间对于第一磁性层11比起对于第二磁性层12要短。因此，当对第一磁性层11和第二磁性层12施加记录磁场时，第一磁性层11的磁化强度方向先于第二磁性层12的磁化强度方向被反转。
图4到图9是用于解释根据本发明的磁记录介质的记录过程的示图。图4到图9示出了当磁记录介质10在这些图的每一幅中向左移动，即在这些图的每一幅中磁头14相对于磁记录介质10连续地向右移动时，在各个时间点的磁记录介质10的状态。
在图4所示的状态中，当靠近磁记录介质10的第二磁性层12放置的磁头14从左向右移动时，在向左的方向上从磁极14P1到磁极14P2跨过间隙14G施加记录磁场HAP。第一磁性层11和第二磁性层12在向左的方向上被记录磁场HAP磁化，并且第一磁性层11的磁化强度M1A和M1B的方向平行于第二磁性层12的磁化强度M2A和M2B的方向。另外，由于第一磁性层11和第二磁性层12的交换耦合，相对于第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度M1A、M1B、M2A和M2B，在向左的方向上施加了交换场HE1和HE2。
在图5所示的状态中，当磁头12被向右移动时，记录磁场HAP的方向被反转。如上面结合图3所描述的，当记录磁场HAP被反转时，第一磁性层11的磁化强度方向先于第二磁性层12的磁化强度方向被反转。
因为在图5所示的这种状态中，第一磁性层11的动态矫顽磁力Hc1′小，所以第一磁性层11的磁化强度在包括从磁化强度M1A到M1D的大范围内被反转。在这种状态中，来自第一磁性层11的磁化强度M1A到M1D的交换场HE2都作用在与记录磁场HAP相同的方向上，并且场HAP+HE2被施加给第二磁性层12的磁化强度M2B和M2C，从而使得磁化强度M2B和M2C的方向与只向其施加记录磁场HAP的情况相比更容易反转。相对于记录磁场HAP的反转而言，优选的是第一磁性层11和第二磁性层12的磁化强度方向在尽可能短的时间内被反转。
图6示出了从图5所示的状态经过少量时间之后的状态。其中磁记录介质10和磁头14的位置关系与图5中所示的状态相比实际上没有改变的图6所示的状态中，第一磁性层11的磁化强度M1A到M1D的方向被反转，并且随后在相对于磁头14移动方向后端的磁极14P2附近，向第二磁性层12的磁化强度M2B和M2C施加了大的场HAP+HE2，以反转磁化强度M2B和M2C。因为除了记录磁场HAP，还在相同的方向施加了交换场HE2，所以磁化强度M2B和M2C的方向很容易被反转，从而提高了重写性能。另外，因为相对于记录磁场HAP的反转时刻，第一磁性层11的磁化强度M1A到M1D的方向反转，并且第二磁性层12的磁化强度M2B和M2C的方向其后反转，所以第二磁性层12的磁化转变区域TA2A形成在大概与记录磁场HAP的反转时刻相对应的位置。因此，与以后将结合图10到图13所描述的没有使用本发明的磁记录介质110相比，NLTS性能被提高了。
在图7所示的状态中，磁头14已经从图6中所示的状态被进一步向右地移动了，并且记录磁场HAP的方向被反转。因此，出现与上面结合图5所描述的现象类似的现象。也就是说，第一磁性层11的磁化强度方向在包括从磁化强度M1A到M1D的大范围内被反转，并且在从图7所示的状态经过少量时间之后所出现的图8所示的状态中，记录磁场HAP和来自第一磁性层11的磁化强度M1C和M1D的交换场HE2的相加得到的场HAP+HE2被施加给第二磁性层12，从而反转了第二磁性层12的磁化强度M2C和M2D的方向，并形成磁化转变区域TA2B。
图9示出了在上面结合图8所描述的记录过程之后，经过大约几毫秒量级的时间之后的状态。当然，在图8中所示的状态之后，在其中磁头14的记录磁场HAP被反转的记录过程被重复。在记录之后，当不再施加磁头14的记录磁场HAP时，由于从第二磁性层12作用在第一磁性层11上的交换场HE1，第一磁性层的磁化强度M1A到M1D变为与第二磁性层的磁化强度M2A到M2D相平行。因此，磁记录介质10松弛到具有稳定铁磁性耦合的状态，并且第一磁性层11的磁化转变区域TA1A到TA1C被形成。第一磁性层11的磁化转变区域TA1A到TA1C近似与磁性层12的磁化转变区域TA2A到TA2C相符。而且，通过第二磁性层12和第一磁性层11的磁耦合效应，可以提高热稳定性。
第一磁性层的磁化松弛时间优选地被设置为大约10毫秒或者更短，即，在大约1纳秒到大约10毫秒的范围内。例如在磁盘装置的情况中，如果第一磁性层11的磁化松弛时间超过10毫秒，则在磁盘进行一次旋转并且第一磁性层11的磁化松弛之前，磁头14将从磁盘检测到漏磁通，并且作为结果，磁头14将检测到由第一磁性层11的磁化松弛所导致的被重现的输出中的改变。更为优选的是第一磁性层11的磁化强度M1A到M1D迅速地跟随第二磁性层12的交换场HE1的方向。
在图4到图9中，磁头14靠近第二磁性层12放置。然而，交换第一磁性层11和第二磁性层12的位置，使得磁头14靠近第一磁性层11放置，这当然也是可能的。在这种情况中，同样可以获得上面所描述的对于磁头14靠近第二磁性层12放置的情况的功能和效果。
为了对比的目的，将参考图10到图13给出对于没有使用本发明的磁记录介质110的说明。图10到图13是用于解释没有使用本发明的磁记录介质110的记录过程的示图。在图10到图13中，与图4到图9中相应的部分基本相同的那些部分用相同的参考数字表示，并且将省略对其的描述。没有使用本发明的磁记录介质110包括第一磁性层111、非磁性耦合层113和第二磁性层112，它们按此顺序层叠。第一磁性层111和第二磁性层112经由非磁性耦合层113反铁磁性地相耦合，并且第一磁性层111的磁化强度方向响应于记录磁场的方向的反转首先反转。
图10示出了一个状态，其中磁头14被向右移动，并且第一磁性层111和第二磁性层112被记录磁场HAP在向左的方向上磁化。在这种状态中，第一磁性层111的磁化强度M1A′和M1B′与第二磁性层112的磁化强度M2A′和M2B′互相平行。另外，由于第一磁性层111和第二磁性层112的反铁磁性交换耦合，交换场HE1和HE2在向右的方向上，即与记录磁场HAP相反的方向上，被施加给第一磁性层111和第二磁性层112的磁化强度M1A′、M1B′、M2A′和M2B′。
图11示出了一个状态，其中磁头14被向右移动，并且记录磁场HAP的方向被反转。在这种情况中，第一磁性层111的磁化强度方向在包括磁化强度M1A′到M1D′的大范围内被反转，以跟随磁头14的记录磁场HAP的反转。
图12示出了从图11中所示的状态经过少量时间之后的状态。在其中磁记录介质110和磁头14的位置关系与图11中所示的相比基本上没有改变的图12所示的该状态中，第一磁性层111的磁化强度方向反转，并且随后在相对于磁头14移动方向后端的磁极14P2附近，向第二磁性层112的磁化强度M2B′和M2C′施加了场HAP-HE2。因为交换场HE2作用在与记录磁场HAP相反的方向上，所以被施加给第二磁性层112的记录磁场HAP被减去了交换场HE2的大小。因而，第二磁性层112的磁化强度M2B′和M2C′的方向不容易被反转，并且重写性能劣化。此外，因为第二磁性层112的磁化强度M2B′和M2C′方向的反转被迟滞，所以第二磁性层112的磁化转变区域TA2A′被形成在相对于图6中所示的磁化转变区域TA2A在时间上被延迟的位置，并且NLTS劣化。
图13示出了在上面结合图12所描述的记录过程之后，经过大约几毫秒量级的时间之后的状态。当然，在图12中所示的状态之后，在其中磁头14的记录磁场HAP被反转的记录过程被重复。在图13所示的状态中，形成在磁记录介质110的第二磁性层112中的磁化转变区域TA2A′到TA2C′被形成在相对于形成在本发明的磁记录介质10的第二磁性层12中的磁化转变区域TA2A到TA2C的在时间上被延迟并且被移位的位置。为了比较的目的，图13示出了与没有使用本发明的磁记录介质110中的磁化转变区域TA2A′到TA2C′的位置相关的本发明的磁记录介质10的磁化转变区域TA2A到TA2C的相应的位置。取决于沿着磁头14移动方向的紧接着在先的磁化强度的反磁场的影响，磁记录介质110的第二磁性层112的磁化转变区域相对于磁记录介质10的第二磁性层12的磁化转变区域的位移不同。因此，磁化转变区域TA2A′和TA2B′之间的间隔长度与磁化转变区域TA2B′和TA2C′之间的间隔长度不同。所以，与本发明的磁记录介质10相比，磁记录介质110的NLTS性能被劣化。另外，因为第二磁性层112的磁化强度的方向的反转变得更加困难，所以磁记录介质110的重写性能也被劣化。
另一方面，本发明的磁记录介质10改善了写性能，例如NLTS性能和重写性能。此外，因为通过第一磁性层11和第二磁性层12的交换耦合所获得的改善的热稳定性，可以实现高密度记录。
接着将给出根据本发明的磁记录介质、根据本发明的磁存储装置和根据本发明的记录方法的实施例的说明。
[第一实施例]
图14是示出根据本发明的磁记录介质的第一实施例的一部分的横截面图。如图14所示，磁记录介质20具有衬底21和被提供在衬底21上的叠层结构。叠层结构包括被依次层叠的第一种子层22、第二种子层23、衬层24、非磁性中间层25、第一磁性层26、非磁性耦合层28、第二磁性层29、保护层30和润滑层31。磁记录介质20的特点在于交换耦合结构，在该交换耦合结构中，第一磁性层26和第二磁性层29经由非磁性耦合层28被铁磁性地交换耦合。
衬底21可以例如由盘状的塑料衬底、玻璃衬底、镀NiP的铝合金衬底、硅衬底等形成。衬底21还可以由PET、PEN、聚酰亚胺等制成的带状的塑料膜形成。衬底21可以或者可以不进行纹理化。在磁记录介质20是磁盘的情况中，在磁盘的圆周方向，即磁盘上的磁道延伸的方向，实施纹理化处理。
第一种子层22可以由诸如NiP、CoW和CrTi之类的非磁性材料制成。第一种子层22可以被纹理化，或者可以不被纹理化。在第一种子层22是由例如NiP的无定形材料制成的情况中，第一种子层22优选地被氧化，以便改善对于第一磁性层26和第二磁性层29的c轴的面内的取向。当然，改善c轴取向的公知材料可以代替NiP被用于第一种子层22。
第二种子层23可以由诸如NiP、CoW和CrTi之类的无定形材料制成，或者由诸如AlRu、NiAl和FeAl之类的具有B2结构的合金制成。在第二种子层23是由无定形材料制成并且衬层24是由具有B2结构的合金制成的情况中，衬层24的(001)晶面或(112)晶面的取向被改善。第二种子层23可以被纹理化，或者可以不被纹理化。在磁记录介质20是磁盘的的情况中，在磁盘的圆周方向，即磁盘上的磁道延伸的方向，实施纹理化处理。
衬层24可以由Cr或者诸如CrMo、CrW、CrV、CrB和CrMoB之类的Cr合金制成，或者由诸如AlRu、NiAl和FeAl之类的具有B2结构的合金制成。当衬层24外延地生长在第二种子层23上时，如果对衬层24使用具有B2结构的合金，则衬层24在生长方向显示出良好的(001)晶面或者(112)晶面的取向，如果对衬层24使用Cr或者Cr合金，则衬层24在生长方向显示出良好的(002)晶面的取向。衬层24可以具有由多个层叠的层构成的多层结构，这些层由Cr或者Cr合金以及具有B2结构的合金形成。通过对衬层24使用多层结构，衬层24自身的取向被改善。另外，通过对衬层24使用多层结构，可以实现非磁性中间层25的良好的外延生长，并且第一磁性层26和第二磁性层29的取向可以被进一步改善。
非磁性中间层25可以由具有hcp结构的通过向CoCr合金添加M所得到的非磁性合金制成，其中，M是指从Pt、B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中选择的元素或者其合金。非磁性中间层25具有在1nm到5nm的范围内厚度。非磁性中间层25被外延地生长，以继承衬层24的晶体性质和晶粒尺寸。因此，非磁性中间层25改善了后来被外延地生长的第一磁性层26和第二磁性层29的晶体性质，降低了晶粒(磁晶)尺寸的分布宽度，并提高了c轴的面内的取向。面内的取向是指在平行于衬底表面的方向中的取向。非磁性中间层25可以具有由多个层构成的多层结构，这些层由上面所描述的合金形成并被层叠。因此，非磁性中间层25改善了第一磁性层26和第二磁性层29的取向。
可以使非磁性中间层25的晶格常数与第一磁性层26或者第二磁性层29的晶格常数稍微不同，即有百分之几的差异，以便在非磁性中间层25和第一磁性层26的界面或者在第一磁性层26中产生在面内的方向上的内部应力。在这种情况中，可以增加第一磁性层26的静态矫顽磁力。
第一磁性层26可以由Co、Ni、Fe、Co合金、Ni合金、Fe合金等制成。尤其优选的是对第一磁性层26使用CoCrTa、CoCrPt或其合金。可以通过添加从B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中选择的元素或者其合金来获得优选的CoCrTa合金和CoCrPt合金。第一磁性层26具有1nm到10nm范围内的厚度，优选地在1nm到5nm的范围内。第一磁性层26在(11-20)方向上外延地生长在非磁性中间层25上，其中，“(11-20)”是指(“1”“1”“2”“0”)，并且c轴被定向在面内的方向上，易磁化的轴与该面内的方向相符。第一磁性层26可以具有由多个层构成的多层结构，这些层由上面所描述的合金制成并被层叠，并且第一磁性层26自身或者第二磁性层29的取向可以被改善。
非磁性耦合层28可以例如由Ru、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金、Ir合金等制成。Rh和Ir具有fcc结构，而Ru具有hcp结构。对于用于第一磁性层26的CoCr合金的晶格常数a＝0.25nm，而对于用于非磁性耦合层28的Ru的晶格常数a＝0.27nm。因此，优选地对非磁性耦合层28使用Ru或者Ru合金，以便具有与第一磁性层26的晶格常数相接近的晶格常数a。另一方面，由于使得第一磁性层26和第二磁性层29之间的交换耦合强度最大化的Rh或者Rh合金的厚度大于使得这种交换耦合强度最大化的Ru或者Ru合金的厚度，所以优选地对非磁性耦合层28使用Rh或者Rh合金。
用于非磁性耦合层28的Ru合金可以优选地是Ru与从Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Rh、Pd、Ta、W、Re、Os、Ir和Pt中选择的元素或其合金的合金。优选地对非磁性耦合层28使用Ru合金Ru100-xRhx，其中，x大于0at.％并小于等于60at.％，并且，更优选的是x大于0at.％并小于等于40at.％。另外，也可以优选地对非磁性耦合层28使用Ru合金Ru100-xCox，其中，x大于0at.％并小于等于40at.％。通过对非磁性耦合层28使用这种Ru合金，有可能朝向较厚一边扩大将第一磁性层26和第二磁性层29铁磁性地相耦合的非磁性耦合层28的厚度范围，并有可能容易地控制非磁性耦合层28的厚度。
用于非磁性耦合层28的Rh合金可以优选地是Rh与从Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir和Pt中选择的元素或其合金的合金。用于非磁性耦合层28的Ir合金可以优选地是Ir与从Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ta、W、Re和Os中选择的元素或其合金的合金。
在对非磁性耦合层28使用Ru的情况中，非磁性耦合层28优选地具有0.1nm到0.45nm范围内的厚度。在对非磁性耦合层28使用例如RuCo的Ru合金的情况中，非磁性耦合层28优选地具有0.1nm到0.95nm范围内的厚度。因此，优选的是基于用于非磁性耦合层28的合金材料和在合金材料中所添加的元素含量来适当地选择非磁性耦合层28的厚度范围，以便第一磁性层26和第二磁性层29被满足要求地铁磁性地耦合。从获得第一磁性层26和第二磁性层29之间的大交换耦合强度的角度，非磁性耦合层28优选地具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度。而且，在对非磁性耦合层28使用Ru80Co20的情况中，非磁性耦合层28优选地具有0.2nm到0.7nm的范围内的厚度。
从而，第一磁性层26和第二磁性层29经由非磁性耦合层28被交换耦合，并且通过基于用于非磁性耦合层28的合金材料和在合金材料中所添加的元素含量来适当地选择非磁性耦合层28的厚度范围，第一磁性层26和第二磁性层29的磁化强度被铁磁性地耦合。结果，在没有向磁记录介质20施加外部磁场H的状态中，第一磁性层26和第二磁性层29的磁化强度互相平行，如上面结合图2所描述的。
如果非磁性耦合层28极其薄，则可能在非磁性耦合层28中形成微细针孔，并直接与形成第一磁性层26和第二磁性层29的原子接合。在这种情况中，形成第一磁性层26和第二磁性层29的原子以极大的交换耦合强度被局部交换耦合，从而使得第二磁性层29的磁化强度方向随着第一磁性层26的磁化强度方向的反转而同时反转。在这种情况中，第一磁性层26和第二磁性层29的磁化强度方向的反转变得困难，因此，优选的是不在非磁性耦合层28中形成微细针孔。换句话说，优选地以连续的层形成非磁性耦合层28。
非磁性耦合层28可以通过溅射、真空沉积、化学气相沉积(CVD)等形成。为了抑止整个衬底区域的厚度不一致性，可能使用离子团束(ICB)来形成非磁性耦合层28。当使用ICB时，因为到达表面的动能和沉积的量可以满足要求地被控制，所以非磁性耦合层28的厚度不一致性被抑止了。另外，通过使用ICB形成非磁性耦合层28，可以认为形成非磁性耦合层28的Ru层或者Ru合金层的最小厚度可以被控制到大约0.1nm。
类似于第一磁性层26的情况，第二磁性层29可以由Co、Ni、Fe、Co合金、Ni合金、Fe合金等制成。尤其优选的是对第二磁性层29使用CoCrTa、CoCrPt或其合金。可以通过添加从B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中选择的元素或其合金来获得优选的CoCrTa合金和CoCrPt合金。第二磁性层29具有5nm到30nm的范围内的厚度。因为叠层结构的第一种子层22到第二磁性层29外延地生长，所以包括第二磁性层29的形成叠层结构的层具有满足条件的晶体性质以及被满足条件地控制的晶粒直径。因此，磁记录介质20具有被降低的介质噪声。第二磁性层29可以具有由多个层构成的多层结构，这些层由上面所描述的合金制成并被层叠，并且第二磁性层29自身的取向可以被改善。
在本实施例中，第一磁性层26的静态矫顽磁力Hc1与第二磁性层29的静态矫顽磁力Hc2满足关系Hc1＜Hc2。另外，第一磁性层26的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层29的动态矫顽磁力Hc2′满足关系Hc1′＜Hc2′。通过将第一磁性层26的动态矫顽磁力Hc1′设置为比第二磁性层29的动态矫顽磁力Hc2′低，相对于磁头的记录磁场的反转，第一磁性层26的磁化强度方向先于第二磁性层29的磁化强度方向反转，并且由于记录磁场和第一磁性层26的交换场，随后第二磁性层29的磁化强度方向反转。因为这个原因，在第二磁性层29中形成了与记录磁场的反转时刻一致的磁化转变区域，并且NLTS可以被减小。为了第一磁性层26的磁化强度可以迅速地跟随记录磁场的方向反转时刻而反转，第一磁性层26的静态矫顽磁力Hc1和动态矫顽磁力Hc1′优选尽可能小。
为了满足第一磁性层26的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层29的动态矫顽磁力Hc2′之间的关系Hc1′＜Hc2′，第一磁性层26的各向异性场Hk1和第二磁性层29的各向异性场Hk2可以被设置为满足关系Hk1＜Hk2。在H.N.Bertram等的J.Appl.Phys.，第85卷，第8期，第4991页(1999年)中描述了如下关系，其中，f0是指松弛频率，Ku是指各向异性常数，V是指磁单元体积，kB是指波尔兹曼常数，T是指绝对温度。
Hc′＝0.474Hk[1-1.55{(kBT/KuV)×ln(f0t/ln2)/2}]2/3
因此，可以认为磁场反转时间t＝10-9/ln2秒和各向异性场Hk与动态矫顽磁力Hc′成比例。因为这个原因，通过将第一磁性层26和第二磁性层29设置为满足关系Hk1＜Hk2，可以将第一磁性层26和第二磁性层29设置为满足关系Hc1′＜Hc2′。
另一方面，为了满足第一磁性层26的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层29的动态矫顽磁力Hc2′之间的关系Hc1′＜Hc2′，当对第一磁性层26和第二磁性层29使用CoCrPt合金时，第二磁性层29的Pt含量被设置为大于第一磁性层26的Pt含量。例如，在第一磁性层26和第二磁性层29是由CoCrPtB制成的情况中，第一磁性层26的Pt含量被设置为小于第二磁性层29的Pt含量。换句话说，第一磁性层26由CoCrPt9B制成，而第二磁性层29由CoCrPt12B制成，其中加在Pt后的数字是指合金中按照原子数百分比计的Pt含量。当然，这种情况中的第一磁性层26可以由不包含Pt的合金制成。不包含Pt的合金可以是CoCr或者例如CoCrB的CoCr合金。因此，通过设置第一磁性层26和第二磁性层29的组份，即该情况中的Pt含量，可以将第一磁性层26和第二磁性层29设置成满足关系Hc1′＜Hc2′。
例如，当第一磁性层26是由含有CoCr或CoCrPt作为主成分的合金制成的时候，第二磁性层29可以由含有CoCrPt作为主成分的合金制成，并且第一磁性层26的按原子百分比计的Pt含量被设置为低于第二磁性层29的Pt含量。
在第一磁性层26极其薄，例如厚度为1nm到2nm的情况中，与厚度例如为5nm的情况相比较，各向异性场Hk1减小了。因此，在第一磁性层26极其薄的这种情况中，形成第一磁性层26的合金的Pt含量可以在一个范围内选择，该范围使得在第一磁性层26和第二磁性层29之间满足关系Hk1＜Hk2。
第一磁性层26的饱和磁化强度Ms1和厚度t1与第二磁性层29的饱和磁化强度Ms2和厚度t2优选地满足以下关系。换句话说，第二磁性层29的饱和磁化强度和厚度的乘积(Ms2×t2)与第一磁性层26的饱和磁化强度和厚度t1的乘积(Ms1×t1)的比(Ms2×t2)/(Ms1×t1)优选地在1到10的范围内。
(Ms2×t2)/(Ms1×t1)＝1到10
保护层30可以由金刚石类的碳、氮化碳、无定形碳等制成。保护层30具有0.5nm到10nm的范围内的厚度，优选地在0.5nm到5nm的范围内。
润滑层31可以由具有全氟聚醚作为主链和-OH、苯环等作为末端官能团的有机液体润滑剂制成。更具体地，可以对润滑层31使用厚度在0.5nm到3.0nm范围内的Monte Fluos制造的ZDol(末端官能团：-OH)、Ausimonoto制造的AM3001(末端官能团：苯环)、Monte Fluos制造的Z25等。可以基于用于保护层30的材料来适当地选择润滑剂。
可以通过溅射、真空沉积等在衬底21上依次形成层22到26和28到30。另一方面，可以通过浸渍、旋涂等形成润滑层31。在磁记录介质20是带状的情况中，可以通过模头涂布(die coating)形成润滑层31。
虽然在图14中第一磁性层26被安排得比第二磁性层29更靠近衬底21，但是第一磁性层26和第二磁性层29的位置可以互换，使得第二磁性层29被安排得比第一磁性层26更靠近衬底21。
接着将给出关于本实施例被应用于磁盘的情况的说明。首先，在玻璃衬底21上形成了具有25nm厚度的CrTi第一种子层22。相继地在CrTi第一种子层22上形成了具有25nm厚度的AlRu合金第二种子层23、具有4.5nm厚度的CrW合金衬层24、具有1.8nm厚度的Co84Cr16合金第一磁性层26、Ru非磁性耦合层28、具有15.2nm厚度的CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29以及具有4.5nm厚度的金刚石类的碳的保护层30。在这个具体情况中，省略了非磁性中间层25。通过使用直流磁控管溅射装置形成层22到24、26和28到30。通过浸渍，用Ausimonoto制造的AM3001(末端官能团：苯环)，在金刚石类的碳的保护层30上形成厚度1.5nm的润滑层31。通过在0.4nm到1.0nm的范围内改变Ru非磁性耦合层28的厚度，产生出各种第一磁盘。
接着，各个第一磁盘被放置在旋转台上，以通过复合磁头测试重写性能和NLTS性能。另外，使用振动样品磁强计(VSM)和克尔效应测量设备测量静态矫顽磁力(相对于衬底21的在面内的方向上的矫顽磁力)和剩余磁化强度与厚度的乘积。
图15是示出根据磁记录介质第一实施例的第一磁盘的Co84Cr16合金第一磁性层26的磁化强度反转场与Ru非磁性耦合层28的厚度的关系的示图。在图15中，纵坐标表示磁反转场(kA/m)，横坐标表示Ru层厚度(nm)。从通过VSM所测量的静态磁特性得到Co84Cr16合金第一磁性层26的磁化强度反转场。当磁化强度反转场指示为负值时，第一磁性层26(11)和第二磁性层29(12)的磁化强度方向在剩余磁化强度状态中互相平行，如图2中示出的静态磁特性所表示的。另一方面，当磁化强度反转场指示为正值时，第一磁性层26(11)和第二磁性层29(12)的磁化强度方向互相反向平行。
如从图15可以看到的，当Ru非磁性耦合层28的厚度是0.4nm或更小时，磁化强度反转场是负值。因此，可以看出，对于大于0并小于或等于0.4nm的Ru层厚度范围，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合，并且它们的磁化强度方向互相平行。另一方面，当Ru非磁性耦合层28的厚度是在0.5nm到1.0nm的范围内时，磁化强度反转场是正值，并且对于这种Ru层厚度范围，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29反铁磁性地相耦合，并且互相反向平行。
图16是示出根据磁记录介质第一实施例的第一磁盘的剩余磁化强度与厚度的积(Mrt值)和Ru非磁性耦合层28厚度的关系的示图。在图16中，纵坐标表示剩余磁化强度与厚度的积(nTm)，横坐标表示Ru层厚度(nm)。通过由VSM所测量的剩余磁通密度除以Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29的厚度之和，得到剩余磁化强度与厚度的积。
如从图16可以看到的，当Ru非磁性耦合层28的厚度是0.5nm或更小时，剩余磁化强度与厚度的积急剧增大到很大的值。因此，可以看出，对于大于0并小于或等于0.5nm的Ru层厚度范围，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合，并且它们的磁化强度方向互相平行。
图17是示出按照磁记录介质第一实施例的第一磁盘的重写性能与Ru非磁性耦合层28厚度的关系的示图。在图17中，纵坐标表示重写性能(dB)，横坐标表示Ru层厚度(nm)。
如从图17可以看到的，具有使得Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合并且它们的磁化强度方向互相平行的厚度0.4nm的Ru非磁性耦合层28的第一磁盘的重写性能，与具有使得Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29反铁磁性地相耦合并互相反向平行的厚度在范围0.5nm到1.0nm内的Ru非磁性耦合层28的第一磁盘的重写性能相比，被极大地提高了。
图18是示出按照磁记录介质第一实施例的第一磁盘的NTLS性能与Ru非磁性耦合层28厚度的关系的示图。在图18中，纵坐标表示NTLS性能(％)，横坐标表示Ru层厚度(nm)。
如从图18可以看到的，具有使得Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合并且它们的磁化强度方向互相平行的厚度0.4nm的Ru非磁性耦合层28的第一磁盘的NLTS性能，与具有使得Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29反铁磁性地相耦合并互相反向平行的厚度在范围0.5nm到1.0nm内的Ru非磁性耦合层28的第一磁盘的NTLS能相比，被极大地提高了。
如从图15到图18可以看到的，当Ru非磁性耦合层28的厚度小于0.5nm时，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合，并且它们的磁化强度方向互相平行。从连接测得值的曲线可以发现，尤其是从图15中的测得值可以发现，为了获得Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29的铁磁性耦合和互相平行的磁化强度，Ru非磁性耦合层28的厚度优选地是0.45nm或者更小。另外，从在图15到图18中所示的曲线的趋势，以及这样的事实，即当Ru非磁性耦合层28很薄时，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29变为铁磁性地相耦合并且它们的磁化强度方向变得互相平行，可以认为Ru非磁性耦合层28的厚度可以薄到大约0.1nm的量级。换句话说，发现当Ru非磁性耦合层28的厚度在大约0.1nm到大约0.45nm的范围内时，重写性能和NLTS性能是符合要求的，以及写性能是符合要求的。
接着将给出对于本实施例被应用于磁盘的另一种情况的说明。类似于上面所描述的情况，产生出各种第二磁盘，除了第一磁性层26是由Co84Cr16合金制成并且具有3.0nm的厚度，第二磁性层29是由CoCr20Pt11B8合金制成并且具有20.0nm的厚度，非磁性耦合层28是由RuCo20制成并且具有在0.2nm到1.4nm的范围内变化的厚度。除了这些以外，第二磁盘与上面所描述的第一磁盘相同。
图19是示出按照磁记录介质第一实施例的第二磁盘的第一磁性层磁化强度反转场与RuCo非磁性耦合层28的厚度的关系的示图。在图19中，纵坐标表示磁化强度反转场(kA/m)，横坐标表示RuCo层厚度(nm)。
如从图19可以看到的，当RuCo非磁性耦合层28具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度时，磁化强度反转场是负值，而当RuCo非磁性耦合层28具有1.0nm到1.4nm的范围内的厚度时，磁化强度反转场是正值。因此，当RuCo非磁性耦合层28具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度时，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合，并且它们的磁化强度方向互相平行。与在图15中所示的第一和第二磁性层26和29当Ru非磁性耦合层28的厚度是0.4nm或更小时铁磁性地相耦合的情况相比较，从图19中可以看出，可以在更大的RuCo非磁性耦合层28的厚度获得第一和第二磁性层26和29的铁磁性耦合。换句话说，可以在RuCo非磁性耦合层28的被朝向较厚的一边扩大的厚度范围内获得第一和第二磁性层26和29的铁磁性耦合。因为RuCo非磁性耦合层28可以做得比Ru非磁性耦合层28厚，所以RuCo非磁性耦合层28的厚度更容易被控制。另外，与上面对于第一磁盘的描述相类似地，RuCo非磁性耦合层28的厚度范围可以被扩大到0.1nm到0.8nm，并且仍然实现了Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29的铁磁性耦合，并使得它们的磁化强度方向互相平行。
图20是示出按照磁记录介质第一实施例的第二磁盘的剩余磁化强度与厚度的积(Mrt值)和RuCo非磁性耦合层28厚度的关系的示图。在图20中，纵坐标表示剩余磁化强度与厚度的积(nTm)，横坐标表示RuCo层厚度(nm)。
如从图20可以看到的，当RuCo非磁性耦合层28具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度时，与当RuCo非磁性耦合层28具有1.0nm到1.4nm的范围内的厚度时相比，剩余磁化强度与厚度的积增大了。另外，当RuCo非磁性耦合层28具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度时，剩余磁化强度与厚度的积近似为常数。因此，可以看出，当RuCo非磁性耦合层28具有0.2nm到0.8nm的范围内的厚度时，Co84Cr16合金第一磁性层26和CoCr20Pt11B8合金第二磁性层29铁磁性地相耦合，并且它们的磁化强度方向互相平行。
因此，通过使用RuCo非磁性耦合层28，有可能将朝向较厚一边扩大厚度范围，在该厚度范围内获得了第一和第二磁性层26和29的铁磁性耦合。因为该原因，非磁性耦合层28的厚度变得更容易控制。
[第二实施例]
图21是示出根据本发明的磁记录介质的第二实施例的一部分的横截面图。在图21中，与图14中相应的部分基本相同的那些部分用相同的参考数字表示，并且将省略对其的描述。
在图21所示的磁记录介质40中，除了在图14中所示的层，被提供在衬底21上的叠层结构另外还包括铁磁层41和第一非磁性耦合层42。铁磁层41被提供在非磁性中间层25上。第二非磁性耦合层28被提供在第一磁性层26上。从而，铁磁层41经由第一非磁性耦合层42与第一磁性层26反铁磁性地相耦合。
铁磁层41可以由Co、Ni、Fe、Co合金、Ni合金、Fe合金等制成。尤其优选的是对铁磁层41使用CoCrTa、CoCrPt或其合金。可以通过添加从B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中选择的元素或者其合金来获得优选的CoCrTa合金和CoCrPt合金。铁磁层41具有1nm到10nm范围内的厚度。铁磁层41在(11-20)方向上外延地生长在非磁性中间层25上，其中，“(11-20)”是指(“1”“1”“2”“0”)，并且c轴被定向在面内的方向上，易磁化的轴与该面内的方向相符。铁磁层41可以具有由多个层构成的多层结构，这些层由上面所描述的合金制成并被层叠。换句话说，可以提供多个铁磁层41。
第一非磁性耦合层42可以由类似于被用于上面所描述的第一实施例的非磁性耦合层28的材料制成，例如Ru、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金、Ir合金等。第一非磁性耦合层42的厚度被设置在0.5nm到1.5nm的范围内。当第一非磁性耦合层42是由Ru制成的时候，优选地将厚度设置在0.6nm到0.9nm的范围内。当第一非磁性耦合层42是由Ru合金制成的时候，虽然厚度可能取决于Ru合金的成份，但是可以优选地将厚度设置在1.0nm到1.5nm的范围内。因为当对其使用Ru合金时，第一非磁性耦合层42的厚度范围可以朝向较厚一边被扩大，因此控制第一非磁性耦合层42的形成条件变得更容易。
在本实施例的磁记录介质40中，铁磁层41的动态矫顽磁力Hc3′、第一磁性层26的动态矫顽磁力Hc1′和第二磁性层29的动态矫顽磁力Hc2′优选地满足关系Hc1′＜Hc3′或Hc2′＜Hc3′。
第一磁性层26的饱和磁化强度Ms1和厚度t1、第二磁性层29的饱和磁化强度Ms2和厚度t2以及铁磁层41的饱和磁化强度Ms3和厚度t3也优选地满足关系(Ms3×t3)＜(Ms1×t1+Ms2×t2)。
类似于第一实施例的磁记录介质20，当来自磁头的记录磁场的方向相对于磁记录介质40反转时，第一磁性层26的磁化强度方向首先反转，并变为与记录磁场的方向相同，然后，来自第一磁性层26的交换场在与记录磁场相同的方向上被施加给第二磁性层29，以反转第二磁性层29的磁化强度方向。在磁头进一步移开并且记录磁场减小之后，通过来自第一磁性层26的交换场，铁磁层41的磁化强度方向被反转，铁磁层41的磁化强度方向变得与第一磁性层26的磁化强度方向反向平行，如图21所示。
与上面所描述的第一实施例的磁记录介质20类似，本实施例的磁记录介质40具有满足要求的写性能。另外，因为铁磁层41被交换耦合到第一磁性层26，所以有可能增加一个记录单元所占据的体积，从而改善热稳定性。而且，由于铁磁层41的磁化强度方向与第一磁性层26和第二磁性层29的磁化强度方向是反向平行的，所以有可能减弱相邻位的静态磁相互作用，并适当地调节磁头的被重现的输出。
[第二实施例的修改形式]
图22是示出磁记录介质的第二实施例的修改形式的一部分的横截面图。在图22中，与图14和图21中相应的部分基本相同的那些部分用相同的参考数字表示，并且将省略对其的描述。
在图22所示的磁记录介质50中，在非磁性中间层25和第一磁性层26之间提供了由铁磁层51-1到51-n和非磁性耦合层52-1到52-n构成的叠层结构，即交换层结构。在该叠层结构中，铁磁层51-i和非磁性耦合层52-i交替地层叠，其中i＝1到n。
铁磁层51-1到51-n的每一个可以与上面所描述的第二实施例的磁记录介质40的电磁层41相类似地形成。非磁性耦合层52-1到52-n的每一个可以由类似于被用于上面所描述的第二实施例的磁记录介质40的非磁性耦合层42或28的材料制成，例如Ru、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金、Ir合金等。因为当总厚度超过100nm的时候，写性能趋于劣化，所以非磁性耦合层52-1到52-n的总厚度优选地设置在3nm到100nm的范围内，更优选的是在3nm到50nm的范围内。
例如，当非磁性耦合层52-n-2是与第二实施例的磁记录介质40的第二非磁性耦合层28相类似地形成时，铁磁层51-n-2和51-n-1经由非磁性耦合层52-n-2铁磁性地交换耦合，如图22所示。在图22中，铁磁层51-n-1和51-n经由非磁性耦合层52-n-1反铁磁性地交换耦合。
换句话说，在第二实施例的这个修改形式中，每个非磁性耦合层52的材料、厚度等被适当地选择，使得夹在非磁性耦合层52之间的铁磁层51铁磁性地或者非铁磁性地交换耦合，并且铁磁层51-n-2和51-n-1的磁化强度变为与第二磁性层29的磁化强度相平行。结果，铁磁层51-n-2和51-n-1的磁化强度方向的反转机制变得与第一磁性层26和第二磁性层29的磁化强度方向的反转机制相类似。也就是说，相对于记录磁场方向的反转，下面的铁磁层51-n-2的磁化强度方向首先反转，并且由于来自下面的铁磁层51-n-2的交换场，记录磁场被增大，由于该增大的记录磁场，上面的铁磁层51-n-1的磁化强度方向随后被反转。所以，关于铁磁层51-n-2和51-n-1的写性能改善了，并且磁记录介质50的写性能进而被改善了。当然，在叠层结构中，下面的铁磁层51-n-2和上面的铁磁层51-n-1的位置可以互换，使得铁磁层51-n-2和51-n-1的磁化强度方向反转的顺序被颠倒。
根据第二实施例的这种修改形式的磁记录介质50，可以通过增加在衬底21(图22中的非磁性中间层25)上形成叠层结构的交换耦合的铁磁层的数量来进一步改善热稳定性。另外，可以减弱相邻位的静态磁相互作用，并适当地调节磁头的被重现的输出。
虽然在图21和图22中，第一磁性层26被安排得比第二磁性层29更靠近衬底21，但是第一磁性层26和第二磁性层29的位置可以互换，使得第二磁性层29被安排得比第一磁性层26更靠近衬底21。
另外，在图14、图21和图22所示的磁记录介质20、40和50的每一个中，可以在第一磁性层26和非磁性耦合层28之间和/或在非磁性耦合层28和第二磁性层29之间提供由铁磁材料制成的磁结合层，以调整交换耦合的大小。另外，也可以在图22中的在第一磁性层26下面形成叠层结构的铁磁层51-1到51-n和非磁性耦合层52-1到52-n的相邻近的铁磁层和非磁性耦合层之间还提供这样的磁结合层，以调节交换耦合的大小。在图14、图21和图22中，虚线箭头表示这样的磁结合层可以被提供的位置。
当在第一磁性层26和非磁性耦合层28之间提供磁结合层时，磁结合层和第二磁性层29交换耦合，并且在没有外部磁场被施加给磁记录介质的状态中，磁结合层和第二磁性层的磁化强度方向互相平行。
类似地，当在非磁性耦合层28和第二磁性层29之间提供磁结合层时，第一磁性层26和磁结合层交换耦合，并且在没有外部磁场被施加给磁记录介质的状态中，第一磁性层26和磁结合层的磁化强度方向互相平行。
[磁存储装置的实施例]
接着将通过参考图23和图24，给出对于根据本发明的磁存储装置的实施例的描述。图23是示出磁存储装置的该实施例的一部分的横截面图，图24是示出图23所示的磁存储装置的该实施例的一部分的平面图。磁存储装置的该实施例使用根据本发明记录方法的实施例来在上面所描述的磁记录介质的实施例和修改形式的任一种上记录信息。
如图23和图24所示，磁存储装置70通常包括壳体73。在壳体73中提供了电动机74、轮轴75、多个磁记录介质76、多个记录和重现头(复合头)77、多个悬架78、多个臂79和一个致动器单元71。磁记录介质76被安装在轮轴75上，该轮轴75通过电动机74被旋转。记录和重现头77由重现头77A和记录头77B构成。例如，磁阻(MR)元件、巨磁阻(GMR)元件、隧道磁阻(TMR)元件、垂直平面电流(CPP)元件等可以被用作重现头77A。另一方面，例如薄膜头的感应头可以被用作记录头77B。每个记录和重现头77经由悬架78被安装在相应部分79的末端。臂79通过致动器单元71被移动。该磁存储装置的基本结构是公知的，在本说明书中将省略对其的描述。
磁存储装置70的特点在于磁记录介质76。磁记录介质76中的每个都具有上面结合图2到图16所描述的磁记录介质的实施例或者修改形式中的任何一种的叠层结构。换句话说，磁记录介质76的每个可以具有在图14、图21和图22中被具体示出的磁记录介质20、40和50中的任何一个的结构。当然，磁记录介质76的数量并不限于3，可以只设置1个、2个或者4个或更多个的磁记录介质76。
磁存储装置的基本结构并不限于图23和图24中所示的结构。另外，本发明中所使用的磁记录介质76并不限于磁盘。例如，磁记录介质76可以是磁带。当使用磁带作为磁记录介质76的时候，磁存储装置可以由螺旋扫描型录像带记录和/或重现装置形成，或者由用于计算机的在沿着磁带宽度方向上形成多个磁道的磁带装置形成。
根据磁存储装置70，因为每个磁记录介质76具有满足要求的写性能、满足要求的被写的位的热稳定性以及低的介质噪声，所以有可能进行高度可靠的高密度记录。
记录方法可以在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在第一磁性层上的非磁性耦合层、被提供在非磁性耦合层上的第二磁性层，其中，第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中具有互相平行的磁化强度方向。在这种情况中，记录方法可以包括在磁记录介质上施加记录磁场以在磁记录介质上记录信息的步骤，其中，被施加给第一磁性层的记录磁场Hh1、被施加给第二磁性层的记录磁场Hh2、来自第二磁性层的作用在第一磁性层上的交换场HE1、来自第一磁性层的作用在第二磁性层上的交换场HE2、第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系(Hh1-HE1-Hc1′)＞(Hh2-HE2-Hc2′)＞0。
另一方面，记录方法可以在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括相继地层叠的铁磁层、第一非磁性耦合层、第一磁性层、第二非磁性耦合层和第二磁性层，其中铁磁层和所述第一磁性层交换耦合，且在没有对其施加外部磁场的状态中具有互相反向平行的磁化强度方向，并且第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中具有互相平行的磁化强度方向。在这种情况中，记录方法可以包括在磁记录介质上施加记录磁场，通过反转第一和第二磁性层的磁化强度方向以在磁记录介质上记录信息的步骤，其中，当在施加记录磁场以使得铁磁层与第一和第二磁性层的磁化强度方向互相平行之后，记录磁场被移去时，铁磁层的磁化强度方向反转，并且在没有对其施加记录磁场的情况中，铁磁层的磁化强度方向与第一和第二磁性层的磁化强度方向互相反向平行。
本申请要求2003年9月5日在日本特许厅递交的日本专利申请No.2003-314400的优先权，其公开的内容通过应用结合于此。
此外，本发明并不限于这些实施例，而不脱离本发明的范围可以作出各种变化和修改。

Claims (23)

1.一种磁记录介质，其特征在于：
第一磁性层；
被提供在所述第一磁性层上的非磁性耦合层；和
被提供在所述非磁性耦合层上的第二磁性层，
所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，
响应于反转所述第一和第二磁性层的磁化强度方向的记录磁场，所述第一磁性层在所述第二磁性层之前反转其磁化强度方向。
2.一种磁记录介质，其特征在于：
第一磁性层；
被提供在所述第一磁性层上的非磁性耦合层；和
被提供在所述非磁性耦合层上的第二磁性层，
所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，
其中，所述第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与所述第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系Hc1′＜Hc2′。
3.如权利要求2所述的磁记录介质，其特征在于所述第一磁性层的静态矫顽磁力Hc1与所述第二磁性层的静态矫顽磁力Hc2满足关系Hc1＜Hc2。
4.一种磁记录介质，其特征在于：
第一磁性层；
被提供在所述第一磁性层上的非磁性耦合层；和
被提供在所述非磁性耦合层上的第二磁性层，
所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，
其中，所述第一磁性层由CoCr或者CoCrPt合金制成，所述第二磁性层由CoCrPt合金制成，并且所述第一磁性层的按原子百分比计的Pt含量小于所述第二磁性层的Pt含量。
5.如权利要求1至4中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于所述非磁性耦合层是由从Ru、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金和Ir合金所组成的组中选择的一种材料制成的。
6.如权利要求5所述的磁记录介质，其特征在于所述非磁性耦合层是由Ru制成，并且具有0.1nm到0.45nm范围内的厚度。
7.如权利要求5所述的磁记录介质，其特征在于所述非磁性耦合层是由RuCo制成，并且具有0.1nm到0.95nm范围内的厚度。
8.如权利要求1至7中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于所述第一和第二磁性层中的每一个是由从Ni、Fe、Co、Ni合金、Fe合金和Co合金所组成的组中选择的一种材料制成的，并且所述Co合金包括CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M，其中M选自由B、Mo、Nb、Ta、W、Cu以及它们的合金所组成的组。
9.如权利要求1至8中的任何一个所述的磁记录介质，其特征还在于：
磁性结合层，所述磁性结合层由铁磁材料制成，并被提供在所述第一磁性层和非磁性耦合层之间，
所述磁性结合层和所述第二磁性层交换耦合，并且在没有对所述磁记录介质施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向。
10.如权利要求1至9中的任何一个所述的磁记录介质，其特征还在于：
另一磁性结合层，所述另一磁性结合层由铁磁材料制成，并被提供在所述非磁性耦合层和所述第二磁性层之间，
所述第一磁性层和所述另一磁性结合层交换耦合，并且在没有对所述磁记录介质施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向。
11.如权利要求1至10中的任何一个所述的磁记录介质，其特征还在于：
交换层结构，所述交换层结构被提供在所述第一磁性层之下，并由铁磁层和被提供在所述铁磁层上的另一非磁性耦合层构成，
所述铁磁层和所述第一磁性层交换耦合，并且在没有对所述磁记录介质施加外部磁场的状态中，具有互相反向平行的磁化强度方向。
12.如权利要求11所述的磁记录介质，其特征在于所述另一非磁性耦合层具有0.5nm到1.5nm范围内的厚度。
13.如权利要求11所述的磁记录介质，其特征在于所述另一非磁性耦合层由Ru制成，并且具有0.6nm到0.9nm范围内的厚度。
14.如权利要求11所述的磁记录介质，其特征在于所述另一非磁性耦合层由RuCo制成，并且具有1.0nm到1.5nm范围内的厚度。
15.如权利要求11至14中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于响应于反转所述第一和第二磁性层的磁化强度方向的所述记录磁场，所述第一磁性层在所述铁磁层之前反转其磁化强度方向。
16.如权利要求11至15中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于所述第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′与所述铁磁层的动态矫顽磁力Hc3′满足关系Hc1′＜Hc3′。
17.如权利要求11至16中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于所述第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′与所述铁磁层的动态矫顽磁力Hc3′满足关系Hc2′＜Hc3′。
18.如权利要求11至17中的任何一个所述的磁记录介质，其特征在于所述第一磁性层的饱和磁化强度Ms1和厚度t1、所述第二磁性层的饱和磁化强度Ms2和厚度t2以及所述铁磁层的饱和磁化强度Ms3和厚度t3满足关系(Ms3×t3)＜(Ms1×t1+Ms2×t2)。
19.如权利要求11至18中的任何一个所述的磁记录介质，其特征还在于：
磁性结合层，所述磁性结合层由铁磁材料制成，并被提供在所述铁磁层和所述另一非磁性耦合层之间和/或所述另一非磁性耦合层和所述第一磁性层之间。
20.如权利要求11至19中的任何一个所述的磁记录介质，其特征还在于：
交换层结构，所述交换层结构被提供在所述第一磁性层之下，并由交替重复的铁磁层和另一非磁性耦合层构成，
每一对两个相邻的铁磁层经由被插入其间的所述另一非磁性耦合层而交换耦合，使得在没有对所述磁记录介质施加外部磁场的状态中，至少一对两个相邻的铁磁层具有与所述第二磁性层的磁化强度方向平行的磁化强度方向。
21.一种磁存储装置，其特征在于：
至少一个在权利要求1至20的任何一个中所描述的磁记录介质；和
磁头，所述磁头用于在所述磁记录介质上记录信息和/或从所述磁记录介质重现信息。
22.一种记录方法，用于在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括第一磁性层、被提供在所述第一磁性层上的非磁性耦合层和被提供在所述非磁性耦合层上的第二磁性层，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，所述记录方法的特征在于以下步骤：
在所述磁记录介质上施加记录磁场，以在所述磁记录介质上记录所述信息，
其中，被施加给所述第一磁性层的记录磁场Hh1、被施加给所述第二磁性层的记录磁场Hh2、从所述第二磁性层作用在所述第一磁性层上的交换场HE1、从所述第一磁性层作用在所述第二磁性层上的交换场HE2、所述第一磁性层的动态矫顽磁力Hc1′以及所述第二磁性层的动态矫顽磁力Hc2′满足关系(Hh1-HE1-Hc1′)＞(Hh2-HE2-Hc2′)＞0。
23.一种记录方法，用于在磁记录介质上磁性地记录信息，所述磁记录介质包括相继层叠的铁磁层、第一非磁性耦合层、第一磁性层、第二非磁性耦合层和第二磁性层，所述铁磁层和所述第一磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相反向平行的磁化强度方向，所述第一和第二磁性层交换耦合，并且在没有对其施加外部磁场的状态中，具有互相平行的磁化强度方向，所述记录方法的特征在于以下步骤：
在所述磁记录介质上施加记录磁场，以便通过反转所述第一和第二磁性层的磁化强度方向而在所述磁记录介质上记录所述信息，
其中，当在施加所述记录磁场以使得所述铁磁层与所述第一和第二磁性层的磁化强度方向互相平行之后，所述记录磁场被移去时，所述铁磁层的磁化强度方向反转，并且在没有对其施加记录磁场的情况中，所述铁磁层的磁化强度方向与所述第一和第二磁性层的磁化强度方向互相反向平行。
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