CN1741158A - 磁化信息记录方法以及磁性记录再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在记录媒体中进行磁化信息的写入以及读出的方法，以及一种磁性记录再生装置。形成包含磁性金属层1/非磁性金属层2/磁性金属层3的至少3层的薄膜结构，将金属探针5与此多层膜表面接近到纳米数量级的距离。通过在金属探针5与多层膜41的表面之间施加电压，使在多层膜中生成的量子阱状态变化，并使磁性金属层1、3之间的相对的磁化变化。此时，在写入磁化方向上施加辅助磁场11。

Description

磁化信息记录方法以及磁性记录再生装置
技术领域
本发明涉及一种在记录媒体中进行磁化信息的写入以及读出的方法，以及一种磁性记录再生装置。
背景技术
对现有硬盘驱动装置(HDD)的磁化信息的写入，采用通过磁头写入的方法，磁头使用由线圈产生的磁场。众所周知，现在正在探求在HDD中更高密度的存储，对应于高密度化的存储域的细微化使磁头细微化时，由于在磁头前端产生的反磁场成分的影响，由磁头可能产生的磁场强度减小。此外，记录域变得微小时，为了克服写入的磁方向的热不稳定性，必需各项异性更大的材料，所以必需更大的写入磁场。因此，预料在用于高密度存储的磁化写入方法中，只使用现有的磁头的写入方法中存在局限，正在探求取代上述方法的新的写入方法。
例如，提出了所谓的热辅助方式的写入方法。此方法为通过由激光将记录媒体局部地加热，只使要写入的领域的矫顽力下降，通过施加磁场进行写入的方法。此方法因为能够降低写入磁场所以作为用于高密度存储的磁化写入方法是一项有前途的技术。因为集聚激光的区域成为加热区域，所以其微小化是课题。
作为不完全使用磁场的写入方法，例如由非专利文献1提出使用旋转注入磁化反转的写入方法。此方法为通过将旋转极化电子注入给磁性体来进行磁化反转，进行写入的方法，但写入电流阈值为106～107A/cm2很大，因为如果不与媒体接触侧就不能流动足够的电流所以必需布线，故此，作为用于像HDD那样的无线路的超高密度存储的媒体写入方法则不太适合。
作为其他的写入方法，还提出了使用电场的磁化控制方法。例如，非专利文献2，在强磁性金属/半导体/强磁性金属的层叠结构中，通过由电场控制半导体层中的载流子的浓度，来控制在强磁性物质间生成的交换相互作用。此外，例如，非专利文献3为如同强磁性金属/非磁性金属/绝缘体层/强磁性金属一样，在强磁性金属/非磁性金属/强磁性金属的3层结构内部设置绝缘体层，通过在强磁性金属间施加电压，来控制在强磁性物质间生成的交换相互作用的方法。此外，例如，非专利文献1为在强磁性金属/非磁性金属/强磁性金属的3层结构的外部设置半导体层，通过由电场控制在强磁性金属与半导体界面生成的肖特基势垒的宽度与高度，来控制在强磁性物质间生成的交换相互作用的方法。这些通过电场的磁化控制技术，是能够高密度化，且作为电量消耗少的技术，是有前途的。
【专利文献1】特开2001-196661号公报
【非专利文献1】J.Slonczewski，J.Mag.Mater.159，L1(1996)
【非专利文献2】Mattsonet ct al，Phys.Rev.Lett.71，185(1993)
【非专利文献2】Chun-Yoel Youi et al.，J.Appl.Phys.，87，5215(2000)
发明内容
在上述强磁性金属/非磁性金属/强磁性金属的3层结构内设置半导体层或者绝缘层，为了能够进行基于电压的磁化控制，其厚度必需很薄，要在2nm程度以下，另外，即使在3层结构外设置半导体层时，必需要以原子层水平形成陡峭的金属/半导体界面，制作这些是极其困难的。此外，作为媒体与MRAM那样的HDD相比设想成低密度的布线型存储器，在HDD那样的无布线的超高密度记录媒体中施加电压是困难的。
本发明是鉴于这些现有技术的问题点而提出的，其目的是提供在无布线的磁性记录媒体中高密度、稳定地对磁性信息进行记录再生的的方法以及装置。
为了达成上述目的，本发明的发明者们，开发了通过在金属探针与媒体之间成生的电场控制媒体的记录区域的磁化，而且通过磁场或者热辅助写入的存储方法。作为记录媒体，使用具有强磁性金属/非磁性金属/强磁性金属的至少3层薄膜结构的磁性记录媒体。在此3层薄膜结构的外测也可以是保护膜。众所周知，通过强磁性金属与非磁性金属的组合，有时在非磁性金属薄膜中形成量子阱能级。将金属探针靠近包含此3层薄膜结构或者保护膜的多层膜。在将探针接近到与此多层膜的表面0nm～10nm量级的距离，通过金属探针施加电场时，能够调制多层膜表面的镜像电位。此镜像电位，在将电子关在多层膜中，调制镜像电位时，电子的关入条件变化。其结果，在多膜层中形成的量子能级的能量变化，并在2层的强磁性金属之间起作用的交换相互作用的大小变化。通过反转此交换相互作用的正负，能够反转多层膜中的相对的磁化方向。
调制镜像电位的区域的大小，取决于探针与媒体表面的距离，且可以微小化到原子水平。写入，被持续到磁化反转变成为由媒体的磁性各向异性所稳定化的磁化体积，而在与写入磁化方向相同的方向上，通过同时施加不发生写入区域以外的磁化反转程度的弱外部磁场，能够稳定化写入过程中的磁化，可以更加稳定地写入。此外，通过同时施加电场和外部磁场，也可降低写入电场的阈值。此写入电场的阈值的降低，也可通过加热写入区域，来使加热媒体的矫顽力下降。即，作为辅助写入区域的磁化方向控制的单元，通过使用外部辅助磁场，能够谋求写入时的磁化稳定化与电场阈值的降低，此外，通过使用加热媒体的热辅助装置，能够谋求写入电场的阈值降低。
即，本发明的磁化信息记录方法，包含：与包含第1强磁性金属层、第1强磁性金属层上形成的非磁性金属层以及非金属层上形成的第2强磁性金属层的多层膜相向地定位金属探针的步骤；以及在多层膜与金属探针之间施加电场的同时，辅助通过金属探针的多层膜的磁化方向控制的步骤；金属探针在相向的多层膜的区域中形成对应施加电场的磁化，并写入磁化信息。通过金属探针的多层膜的磁化方向控制的辅助，通过在写入磁化方向上施加弱磁场或者通过加热写入区域来进行。
此外，本发明的磁性记录再生装置，具备：磁性记录媒体，其具备包含第1强磁性金属层、第1强磁性金属层上形成的非磁性金属层以及非金属层上形成的第2强磁性金属层的多层膜；金属探针，其与磁性记录媒体相向地设置；电场施加单元，其在金属探针与磁性记录媒体之间施加电场；以及辅助单元，其辅助通过金属探针的多层膜的磁化方向控制；通过改变金属探针与磁性记录媒体之间的电场，且通过使辅助单元产生作用，金属探针在相对的多层膜的区域中形成对应施加电场的磁化，并写入磁化信息。辅助单元，由在写入磁化方向上施加弱电压的单元或者加热写入区域的单元构成。
根据本发明，在磁性记录媒体中，能够进行基于电场的高密度、低耗电量、非接触的磁性记录。
附图说明
图1是表示本发明磁性记录再生装置的一个例子的主要部分的概念图；
图2是表示作为表面势垒高度函数的磁性交换相互作用的能量的计算例子图；
图3是表示作为表面势垒高度(x)以及非磁性层的厚度(y)的函数的磁性交换相互作用能量(z)的计算例子图；
图4是表示磁化反转区域与辅助磁场的概念图；
图5是表示辅助磁场的磁性能量的稳定化的概念图；
图6是表示基于辅助磁场的写入电压降低的概念图；
图7是表示浮动块结构例子的图；
图8是表示浮动块结构例子的图；
图9是表示浮动块结构例子的图；
图10是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图11是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图12是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图13是一部分超微导柱媒体的俯视图；
图14是表示另外的超微导柱的形成例子的图；
图15是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图16是表示另外的超微导柱的形成例子图；
图17是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图18是表示通过激光照射的写入电压降低的概念图；
图19是表示本发明磁性记录再生装置的另外的实施例的主要部分的概念图；
图20是表示本发明磁性记录再生装置的一个例子的整体结构的简图；
图21是表示本发明磁性记录再生装置的另一个例子的整体结构的简图；
图22是表示旋转记录媒体的伺服模式的图示；
图23是表示本发明磁性记录再生装置的另一个例子的整体结构的简图；
图24是表示各个探针扫描的区域的图示。
图中
1.强磁性金属层 2.非磁性金属层 3.强磁性金属层 4.保护膜 5.金属探针 6.电流计 7～10.量子阱状态 11.辅助磁场 12.磁极 13.线圈 15.写入区域18.反强磁性层 19.软磁性层 20.磁极 21.线圈 22.辅助磁场 25，26.超微导柱30.激光 33激光源 41.多层膜 42.圆板状记录媒体 43.悬臂 44.悬臂旋转轴45.浮动块 48.超微导柱 49.媒体旋转轴 50.记录媒体 51.基板 52可动机构53.弹簧片 54.存储区域 55.控制线 61，62，63.开关 70.磁性记录媒体 80.检测用金属探针 81.磁阻元件 82.磁性探针 83.悬臂 84.半导体激光器 85.激光86.光检测元件 87，88.磁屏蔽罩 100.基板 152.伺服用超微导柱 160.旋转轴161.主轴电动机 162.绝缘支撑台 163.悬臂控制用电动机 164.电压施加装置165.电压放大检测/伺服信号生成装置 166.激光控制装置 167.数据信号处理装置 170.信号电流 171.伺服信号 172.激光控制参照信号 173.激光控制信号.174.探针电压 175.写入控制信号 176.读取数据信号
具体实施例
下面，参照附图说明本发明的实施例。在下面的图中，对相同功能的部分附以相同的编号进行说明。
(第1实施例)
图1是表示本发明磁性记录再生装置的一个例子的主要部分的概念图。图表示了磁性记录媒体70、与磁性记录媒体70相向设置的金属探针5以及磁极12。
磁性记录媒体70，是由具备在基板100上依次层迭形成的强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4的多层膜41构成。与此多层膜41的保护膜4的表面相向地、在1nm量级的极近的距离上配置金属探针5。金属探针5，由和硬盘驱动装置中的浮动块相同的机构保持。为了控制保护膜4与金属探针5的距离，也可以将另种用途的隧道电流作为反馈信号使用。此外，可以使用原子间力显微镜的光杠杆方式生成反馈信号。此外，也可以另外设置与下面所述的用于电场控制的金属探针5不同的用于距离控制的探针。
作为构成多膜层41的强磁性金属层13，可以使用例如Fe、Co、Ni等的强磁性单体金属或者CoFe、NiFe、CoNi等的合金。作为非磁性金属层2可以使用例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd等的金属。保护膜4使用例如Au那样的非磁性贵金属，但也可以没有保护膜4。顺便说一下，在本实施例中作为强磁性金属层1以及3使用Fe、作为非磁性金属层2使用Au、作为保护膜4使用Au。
多膜层41中的费米量级附近的电子被封入多膜层中，形成量子阱状态7～10。强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子如同量子阱状态8那样基本上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子如同量子阱状态7那样被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子取决于其旋转的方向如同量子阱状态9至量子阱状态10那样被封入相互不同的膜中。
形成这些量子阱的电子的状态不只与强磁性金属1以及3的磁化的方向有关，还敏感地与保护膜4的表面状态有关。将金属探针5向保护膜4的表面靠近时，保护膜4与金属探针5的镜像电位重合，关闭了量子阱电子的实效的电位变形。
另一方面，在将保护膜4的表面与金属探针5的距离维持在规定值的状态下，能够在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。即，在选择性地闭合开关63或者62来施加电压E0或者-E0时，保护膜4表面上的封入电位变化。结果，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。通过此量子阱能级的能量变化，如后面所述，强磁性金属层1与3的相对磁化的方向变化，所以由强磁性金属层1与3的磁化平行或反平行能够记录信息。此处，因为金属探针与媒体之间的电场，不仅与金属探针5的电压有关还与金属探针与媒体间的距离有关，所以，写入电压E0或者-E0的大小，当然，也与金属探针与媒体的距离有关。
在多膜层41中写入的磁化信息的读出，能够通过将开关61闭合、施加电压E(|E|≤|E0|)、并用电流计6检测在金属探针5与多膜层41之间所流的隧道电流来进行。其原因是，由于强磁性金属层1以及3的磁化平行或反平行，在多膜层41中形成的量子阱电子的能量能级变化，所以在恒定电压E下所检测的隧道电流，随磁化方向而变化的缘故。
图2计算作为强金属层3(ML：monolayer单原子层)为Fe12ML、作为非磁性金属层2为Au6ML、作为强磁性金属层1为足够厚度的Fe层、作为保护膜4为6ML的Au时的、通过金属探针改变表面上的势垒的高度(横轴)时的、在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用能量J的大小。J为正时，金属层1与3的相对磁化的方向，反平行状态是稳定的，J为负时，平行状态是稳定的。通过由金属探针5使保护膜4表面上的电位变形，可以使在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用J为正也可以为负。这表示了通过金属探针5足可以改写金属层1与3的相对磁化的方向。
顺便说一下，图3，表示出在将表面势垒高度取为x轴，非磁性金属层2的膜厚取为y轴时，在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用能量J(z轴)。显见，在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用J的大小，与非金属层2的膜厚密切相关。此外，J也与强磁性金属层1的膜厚有关。
在图2表示的Au6ML/Fe12ML/Au6ML/Fe中，势垒高度为4.3eV附近，而在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用J基本为0。表面势垒高度，对应于功函数。此系统的场合，因为最表面的Au的功函数为～5.5eV，所以如由图3所推测的那样，若将非磁性金属层2的Au膜厚做成例如7ML，在强磁性金属层1与3之间起作用的磁性交换相互作用J的大小大体为0。即使在图2的非磁性金属层2的Au膜厚例如为6ML的场合，在最表面涂布Cs、Ba等碱金属、碱土类金属使功函数下降，并将势垒高度设定在4.3eV，这样，能够做到J的大小变为0。在此状态下，在强磁性金属层1与3之间不产生磁性相互作用。
此时，若将金属探针5向多膜层表面靠近，且还在金属探针5与多层膜41之间施加电压E0或者-E0时，就能够改变势垒高度的大小，所以，能够改变在强磁性金属层1与3之间作用的磁性交换相互作用J的正负。例如，将金属探针的电位置为正时，就能够有效地降低势垒的高度；相反将金属探针的电位置为负时，就能够有效地升高势垒的高度。
如图2所示，当势垒降低时磁性交换相互作用J为正的场合，如果将金属探针的电位置为正，如上所述，强磁性层1以及3的磁化，反平行状态为稳定；若将金属探针的电位置为负时，强磁性层1以及3的磁化，平行状态为稳定。因为在强磁性金属层3中存在有基于磁性各项异性的矫顽力，所以除去金属探针5、在强磁性金属层1与3之间作用的磁性交换相互作用J即使大体为0，如果写入的磁化体积足够大，由于矫顽力的原因将保持写入的磁化方向。
调制势垒而成为可写入的区域，主要依存于探针5与多层膜表面的距离。在探针-表面间距离为数nm足够大的场合，调制势垒的区域成为nm以下。此时，图4表示的写入区域15的体积V0中的磁化各向异性能量-K0V0(K0为磁性各向异性常数)比作为磁化稳定性目标的60kBT小。因为此数值60kBT，是在10年左右记录磁化为稳定的目标，所以在写入初期的短时间内(ns～μs)为了磁化稳定只要为20～30kBT即可。金属探针5，遵从扫描方向14，持续写入直到磁化变成为稳定的体积V(K0V＞60kBT)，但在具有磁化M的写入区域v比磁化变为稳定的体积V小的写入初期，对线圈13通电由磁极12将辅助磁场H(11)施加在写入磁化方向。施加辅助磁场的区域的面积，是对应磁化变为稳定的体积V的面积大小。此外，辅助磁场施加的定时，与写入电场施加的定时同时或者在此之前即可，也可以在写入区域成为磁化变为稳定的体积V的时刻切断辅助磁场。
通过施加此辅助磁场H磁化区域的磁化能量能够变得比只有MvH稳定，做成K0V0+MvH＞AkBT。此处，A的值可以为20～30左右。图5是表示出了此情况。图中斜线表示的部分表示出了通过施加辅助磁场H的稳定化能量。没有辅助磁场时，因为写入初期的磁性各向异性能量-K0V0比作为针对热波动的稳定性的目标的AkBT左右还小，所以写入的磁化信息全部丢失。但是，通过施加辅助磁场H，磁性各项异性能量-K0V+MvH成为作为对于热波动的稳定性目的的AkBT程度，所以能够稳定地保持写入磁化。
图6，表示有磁场辅助和没有磁场辅助时的，基于电场的磁化写入的磁化的磁滞曲线。有磁场辅助的情况(磁滞曲线16)与没有磁场辅助的情况(磁滞曲线17)相比，能够减小写入电压的阈值。例如，施加媒体的磁化反转所必要的磁场强度的一半的辅助磁场时，能够使写入电压的阈值与没有辅助磁场的情况相比(磁滞曲线17)为一半左右。
图1表示的磁性记录再生装置，使用1个金属探针5切换进行磁化信息写入与读取。但是，磁化信息的写入与读取没有必要由相同的金属探针进行。此外，磁化信息的读取，也可由在金属探针与磁性记录媒体之间所流的隧道电流以外的方法进行。
图7表示除了写入用的金属探针5，在浮动块45中具备有基于隧道电流的读取用的金属探针80的例子。此时，金属探针5只进行写入即可，可以将用于隧道电流检测的电位E施加给金属探针80，由此隧道电流的变化读取磁化方向。如此，通过分别准备用于写入的金属探针5和用于读出的金属探针80，能够同时地进行信息的写入与读出。
图8，表示作为用于磁化信息读取的元件在浮动块45中具备GMR或者TMR等磁阻效果元件的例子。磁阻效果元件81是以夹在2块磁屏蔽罩87、88之间的形态形成的。此时，金属探针5只进行写入即可，根据磁阻效果元件81的磁阻的变化读出在磁性记录媒体中写入的磁化信息。
图9，表示作为磁化读取单元在浮动块45中具备磁性探针82的例子。磁性探针82设置在悬臂杆83的前端。如同作为磁力显微镜(MFM：MagneticForce Microscopy)众所周知的那样，因为对应媒体的磁化方向在磁性探针82上作用的力不同，所以根据媒体的磁化方向设置在悬臂杆83前端的磁性探针82的位移变化。磁性探针82的位移能够通过光杠杆方式检测。即，通过光检测器86检测由半导体激光器84射出的、在悬臂杆83背面反射的激光85，能够根据此检测强度的变化读取媒体的磁化方向。
(具体实施例2)
图10是表示本发明磁性记录再生装置的另一实施例的主要部分的概念图。本实施例的磁性记录媒体70，具有在基板100上层迭了反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4的多膜层41。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向。在金属探针5与多膜层41之间，可以施加电压E0或者-E0。此外，具有这样的结构：在金属探针5的近旁设置磁极12，对线圈13通电，由此，能够由磁极12在金属探针5的前端区域产生磁场。
与实施例1相同，多膜层41中的费密量级近旁的电子被封入多膜层中，来形成量子阱状态7～10。强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子如同量子阱状态8那样大体上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子如同量子阱状态7那样被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子依存于其旋转的方向如同量子阱状态9或者量子阱10那样被封入相互不同的膜中。
当将金属探针5靠近保护膜4的表面时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，进而将开关63或者62闭合，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。当保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够使强磁性层3的磁化方向变化而写入信息。本实施例中，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0，同时，由磁极12将辅助磁场11施加在写入磁化方向。
在本实施例中，也和实施例1相同，相对于没有辅助磁场时、丢失掉了所写入的信息，而通过由磁极12、线圈13在写入磁化方向上施加辅助磁场11，能够使写入时的磁化方向稳定化。
(具体实施例3)
图11是表示本发明磁性记录再生装置的另一实施例的主要部分的概念图。本实施例的磁性记录媒体70，具有在基板100上形成软磁性层19、反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4的多膜层41。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。此外，由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向，但也可以没有反强磁性层18。在金属探针5与多膜层41之间，能够施加电压E0或者-E0。此外，具有这样的结构：通过在金属探针5的近处设置磁极12，对线圈21通电，能够由金属探针5侧的磁极、通过强磁性金属层3、强磁性金属层1以及软磁性层19沿着返回另一个磁极的路径产生磁场。
与实施例1相同，多膜层41中的费密量级近旁的电子被封入多膜层中，形成量子阱状态7～10。相对于实施例1的强磁性金属层的磁化方向与膜面平行，而在本实施例中，强磁性金属层的磁化方向是与膜面垂直。例如，强磁性金属层1以及3/非磁性金属层2的组合，在Co/Pd、Co/Pt、Fe/Pt的场合，磁化方为与膜面垂直的方向。
强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子如同量子阱状态8那样大体上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子如同量子阱状态7那样被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子依存于其旋转的方向如同量子阱状态9或者量子阱10那样被封入相互不同的膜中。
将金属探针5靠近保护膜4的表面时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，进而，将开关63或者62闭合，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。当保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够使强磁性层3的磁化方向变化来写入信息。本实施例中，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0，同时由磁极20将辅助磁场22施加在写入磁化方向。
在本实施例中，也和实施例1相同，相对于没有辅助磁场时丢失掉写入的信息，而通过由磁极20、线圈21在写入磁化方向上施加辅助磁场22，能够使写入时的磁化方向稳定化。
(具体实施例4)
图12是表示本发明磁性记录再生装置的另一实施例的主要部分的概念图。本实施例的磁性记录媒体70，在基板100上形成反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4，在金属探针5与多膜层41之间施加电压E0或者-E0。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向，但也可以没有反强磁性层18。此外，具有这样的结构：通过在金属探针5的近处设置磁极12，对线圈13通电，能够由磁极12在金属探针5的前端区域产生磁场。
根据基于保护层模式、离子研磨、保护层去除的平板印刷技术，如图12所示，将保护膜4、强磁性层3、非磁性金属层2构图成为点阵状。形成柱状的超微导柱25，26。在图示的例子中，连非磁性金属层2也进行构图，但是也可不必对非磁性金属层2进行构图。此外，也可以连强磁性金属层1或者反强磁性金属层18的层也可以进行构图。此外，超微导柱还可以有多个，各个超微导柱成为信息的存储单位。
在图13，表示此超微导柱媒体的一部分的俯视图。此外，在图4中，表示其他超微导柱的形成例子。图14(a)表示连反强磁性层18也进行构图的例子，图14(b)表示连强磁性层1也进行构图的例子，图14(c)分别表示出对保护膜4和强磁性金属层3进行构图的例子。在各个超微导柱之间，也可以由氧化铝等绝缘体或者Si等半导体填补缝隙。
如图12或者图14所示，多膜层41中的费密量级近旁的电子被封入超微导柱25、26中，形成量子阱状态7～10。强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子如同量子阱状态8那样大体上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子如同量子阱状态7那样被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子依赖于其旋转的方向如同量子阱状态9或者量子阱10那样被封入相互不同的膜中。
将金属探针5向保护膜4的表面靠近时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，进而将开关63或者62闭合，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够将强磁性层3的磁化方向写入。本实施例中，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0，同时，由磁极12将辅助磁场11施加在写入磁化方向。
在本实施例中，也和实施例1相同，相对于没有辅助磁场时丢失掉写入的信息，而通过由磁极12、线圈13在写入磁化方向上施加辅助磁场11，能够使写入时的磁化方向稳定化。
(具体实施例5)
图15，是表示本发明磁性记录再生装置的另一实施例的主要部分的概念图。本实施例的磁性记录媒体70，在基板100上形成软磁性层19、反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4，金属探针5与多膜层41之间施加电压E0或者-E0。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向，但也可以没有反强磁性层18。此外，具有这样的结构：通过在金属探针5的近处设置磁极20、对线圈21通电，从金属探针5一侧的磁极，通过强磁性金属层3、强磁性金属层1以及软磁性层19，沿着返回另一磁极的路径可以产生磁场。
在本实施例中，与实施例4不同，强磁性金属层1、3的磁化方向与基板面垂直。根据通过保护层模式、离子研磨、保护层去除的平板印刷技术，将保护膜4、强磁性层3、非磁性金属层2构图为点阵状。形成柱状的超微导柱25，26。在图示的例子中，连非磁性金属层2也进行构图，但是也可不必对非磁性金属层2进行构图。此外，也可以对强磁性金属层1或者反强磁性金属层18的层进行构图。此外，超微导柱还可以有多个，各个超微导柱成为信息的存储单位。
在图16中，表示其他超微导柱的形成例子。图16(a)表示连反强磁性层18也进行构图的例子，图16(b)表示连强磁性层1也进行构图的例子，图16(c)以及图16(d)分别表示对保护膜4和强磁性金属层3进行构图的例子。图16(d)，保护膜4与非磁性金属层2接触。在各个超微导柱之间，可以由氧化铝等绝缘体或者Si等半导体填补缝隙。
如同图15或者图16所示，多膜层41中的费密量级近旁的电子被封入超微导柱25、26中，如同在实施例3中所述的那样形成量子阱状态，根据强磁性金属1以及3的磁化方向的平行/反平行形成量子阱的电子的状态不同。将金属探针5向保护膜4的表面靠近时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，进而将开关63或者62闭合，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够将强磁性层3的磁化方向写入。本实施例中，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0，同时，由磁极20将辅助磁场22施加在写入磁化方向。
在本实施例中，相对于没有辅助磁场11时丢失掉写入的信息，而与实施例3相同，通过由磁极12、线圈13在写入磁化方向上施加辅助磁场11，能够使写入时的磁化方向稳定化。
(具体实施例6)
图17是表示本发明磁性记录再生装置的另一实施例的主要部分的概念图。本实施例的磁性记录媒体70，在基板100上形成反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4，在金属探针5与多膜层41之间施加电压E0或者-E0。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向。此外，其结构为：具备激光光源33，并能够将激光30照射在与多膜层41的金属探针5相向的区域。
与实施例1相同，多膜层41中的费密量级进旁的电子被封入多膜层中，形成量子阱状态。强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子的状态大体上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子的状态被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子的状态依赖于其旋转的方向被封入相互不同的膜中。
将金属探针5向保护膜4的表面靠近时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，进而将开关63或者62闭合，在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量能级变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够将强磁性层3的磁化方向写入。
此时，由激光源33将激光30照射在探针5前端的近旁，在探针5与多层膜41之间诱发等离子体。通过在探针5与多层膜41之间局部性诱发的等离子体，将探针5前端附近的强磁性记录层3加热，所以强磁性记录层3的矫顽力局部地下降。因此，如图18所示，将没有激光的情况(磁滞32)与有激光的情况(磁滞31)相比，可见，通过照射激光30能够使施加在探针5上的写入电压降低。强磁性层1以及3的磁化方向，与面可以平行也可垂直。此外，媒体可以是图14、图16中所示的超微导柱。
(具体实施例7)
图19是表示本发明磁性记录再生装置的另个实施例的主要部分的概念图。
本实施例的磁性记录媒体70，在基板100上形成反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3、保护膜4，在金属探针5与多膜层41之间经由开关63或者62施加电压E0或者-E0。此处，保护膜4例如为Au那样的非磁性物质，但也可没有保护膜4。由反强磁性层18将强磁性层1的磁化方向固定在一个方向。此外，具有这样的结构：通过在金属探针5的近处设置磁极12，对线圈13通电，能够在金属探针5的前端区域产生磁场。再者，还具备激光光源33，能够将激光30照射在与多膜层41的金属探针5相向的区域。
与实施例1相同，多膜层41中的费密量级近旁的电子被封入多膜层中，形成量子阱状态。强磁性金属1以及3的磁化方向平行时，相对于具有与此磁化反平行的电子旋转的电子的状态大体上被封入非磁性金属层2中，而具有与磁化平行方向的电子旋转的电子的状态被封入整个多膜层41中。另一方面，强磁性金属层1以及3的磁化方向为反向平行时，电子的状态依赖于其旋转的方向被封入相互不同的膜中。
将金属探针5向保护膜4的表面靠近时，保护膜4与金属探针5的镜像电位相互重合，封入量子阱电子的实效的电位变形。此时，还在多膜层41与金属探针5之间施加电压E0或者-E0。保护膜4表面上的封入电位变化时，因为封入量子阱电子的边界条件变化，所以量子阱电子的能量水平变化。由于此量子阱能级的能量变化，强磁性金属层1以及3的相对磁化的方向变化。因此，能够使强磁性层3的磁化方向变化来写入信息。此时，由磁极12将辅助磁场11施加在写入磁化方向，同时，将激光30照射在探针5前端的近旁，在探针5与多层膜41之间诱发等离子体。通过施加辅助磁场11能够使写入时的磁化方向稳定化，此外，通过在探针5与多层膜41之间局部性诱发的等离子体，将探针5前端近旁的强磁性记录层3加热，所以强磁性记录层3的矫顽力局部地下降，能够降低施加在探针5的写入电压。
在本实施例中，也和实施例1相同，相对于没有辅助磁场11时、丢失掉写入的信息，通过由磁极12、线圈13在写入磁化方向上施加辅助磁场11，能够使写入时的磁化方向稳定化。此处，强磁性层1以及3的磁化方向，与面可以平行也可垂直。此外，磁性记录媒体70也可以是图14、图16中所示的超微导柱结构的媒体。
(具体实施例8)
图20是表示本发明磁性记录再生装置的一个例子的全部结构的简图。在上述各个实施例中说明过的多膜层41，例如，将由反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3以及保护膜4构成的多层膜41形成为圆板状的记录媒体42。在设置在悬臂43的前端部的浮动块45的下部，与多层膜41相向地设置金属探针5和用于施加辅助磁场的磁极。悬臂43能够围着旋转支撑轴44旋转，并由用于控制悬臂的电动机163进行位置控制。当由主轴电动机161使圆板状的记录媒体42以旋转轴160为中心旋转时，与通常的磁盘装置的情况相同，浮动块45只浮起距媒体表面规定的距离。因此，金属探针5以基本恒定的距离被与多层膜41相向配置。
通过在圆板状记录媒体42的基板表面与金属探针5之间赋予电压，如果在多层膜41与金属探针之间施加电场，那么，就如同在实施例7～10中说明的那样，作为对应于在多层膜41赋予电压的磁化方向的区域就可以记录信息。而且，通过施加与记录磁化方向同方向的辅助磁场，就能够像在实施例1中叙述的那样，进行稳定的写入。在此，多层膜41、旋转轴160、以及被支撑在绝缘支撑台162上的主轴电动机161，具有导电性，且在电上被连接着，通过与主轴电动机161或者旋转轴160连接的信号线，能够进行电压施加、隧道电流检测。将信号线170与旋转轴160部分连接时，也可以将主轴电动机161与旋转轴160在电上进行绝缘。
写入数据，由数据信号处理装置167，作为写入控制信号175被输出给电压施加装置164，电压施加装置164将探针电压174施加在探针5与多层膜41之间。磁化信息的读出，能够根据在金属探针5与圆板状记录媒体42之间所流的隧道电流的大小进行读取。这如同在实施例1中叙述的那样，根据两个强磁性层的相对磁化方向平行还是反平行，生成的量子阱状态不同，所以，此量子能级的能量即存储区域的状态密度会因磁化方向的平行、反平行而不同。通过根据在金属探针5与圆板状记录媒体42之间所流的隧道电流的变化读取此状态密度的不同，就能够检测磁化方向。关于流过隧道电流的单元以及检测隧道电流的单元，例如，如图20中所示，做成在探针5与多层膜41之间施加电压，据此电压检测所流电流的单元即可。此外，在磁化信息的检测中，如在实施例1中所叙述过的那样，也可利用使用GRM元件、TMR元件等的磁阻变化、磁探针的位移。
读取数据信息176，由数据信号处理装置167进行信号处理，根据需要进行输入输出。此外，电流放大检测装置/伺服信号生成装置165根据伺服模式生成伺服信号171，并控制悬臂43的磁道位置。
如上述那样，如果对多层膜41、对应应记录的信号来控制金属探针5的电位，并根据隧道电流检测写入的磁化方向，就能够实现与一般的磁盘装置同样的磁性记录再生装置。
(具体实施例9)
图21是表示本发明磁性记录再生装置的另个例子的全部结构的简图。圆板状记录媒体42，如图12、图13所示那样，是由由反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3以及保护膜4组成的多个超微导柱25、26构成。这些超微导柱是构成记录媒体的存储单位的超微导柱媒体。但是，作为构成圆板状记录媒体42的多层膜41，与上述的各个实施例相同，也可以做成不带反强磁性层18。在图21中，示意地表示放大了在圆板状记录媒体42的一部分区域46的区域47中超微导柱48被设置在以旋转中心49为圆心的同心圆上的状态。在被设置在悬臂43的前端部的浮动块45的下部，与多层膜41相向地设置金属探针5和用于施加辅助磁场的磁极。圆板状记录媒体42的旋转驱动机构、悬臂43的旋转驱动机构、信号处理电路等的结构，没有图示，与图20是相同的。
本实施例的磁性记录再生装置，也通过安装在悬臂43前端的浮动块45的升力使金属探针5与圆板状记录媒体42维持恒定的间隔，金属探针5，能够将磁化写入在希望位置的超微导柱48中。另一方面，通过金属探针5在超微导柱48中写入的磁化，与实施例8相同，能够根据隧道电流的变化、磁阻效果元件读出。
图22表示出对磁道位置153一点一点偏离的伺服用超微导柱模式152中的伺服信号强度的磁道位置依存性。伺服信号，可以用金属探针5与超微导柱28之间所流的隧道电流、基于磁阻效果元件的磁阻变化来发生。用这样的伺服信号强度的磁道依存行性，就能够对磁道位置进行控制。
此外，作为超微导柱媒体，除在图2中说明过的媒体之外，也可以使用图14、图15、图16中表示的媒体。
(实施例10)
图23是表示本发明磁性记录再生装置的另个例子的全部结构的简图。
本实施例的磁性记录再生装置，具备：记录媒体50，其使用在实施例2中所述的由反强磁性层18、强磁性金属层1、非磁性金属层2、强磁性金属层3以及保护膜4形成的多层膜41；以及金属探针5的位置控制机构，其通过一般在STM(扫描隧道显微镜)装置、AFM(原子力显微镜)装置进行的隧道电流或者光杠杆方式的反馈控制，来控制金属探针5的位置。记录媒体50也可以由实施例4～5中所述的超微导柱形成的存储单位构成。此外，也可以不带反强磁性层18。
固定记录媒体50。将基板51与形成了记录媒体50的多膜的面相向地设置。在基板51上，分别在X轴方向，Y轴方向上设置有多个弹簧片53。在各个弹簧片53的前端部设置如图1或者图11所示的金属探针5以及磁极。基板51通过可动机构52能够在记录媒体50的平面(X-Y方向)内以及其垂直(Z)方向移动。对于记录媒体50相对地移动基板51的范围，最大，X轴方向、Y轴方向的金属探针5，是到相邻的金属探针5进行数据的写入或者读出的存储区域54之前。在图24中，由一个格表示出一个金属探针扫描的存储区域54。
通过控制线55，在记录媒体50与所选择的期望的金属5之间根据应记录的信号选择性地施加电场，且在写入磁化方向上施加辅助磁场，这样，在记录媒体50中，就能够稳定地写入对应记录信号的方向的磁化。在记录媒体50中所写入的磁化方向，如在实施例8中所述，能够通过隧道电流的大小读出。
这样，分割记录媒体50的存储区域，多个金属探针分担各自的存储区域，这样，来进行向记录媒体的存储·再生。在输入信号为串行信号时，由已有的串·并行转换电路将串行信号转换为并行信号，由多个金属探针同时进行写入。多个金属探针再生的信号由并·串行转换器转换成串行信号，并传送给后级的信号处理电路。关于金属探针5与记录媒体50的多膜面之间的距离的控制，例如，如特开平11-73906号公报的实施例VI，VII所例示那样，可以利用在光杠杆式的AFM中使用的机构。

Claims (12)

1.一种磁化信息记录方法，其特征在于，
包含：
与包含第1强磁性金属层、在上述第1强磁性金属层上形成的非磁性金属层以及在上述非金属层上形成的第2强磁性金属层的多层膜相向地定位金属探针的步骤；和
在上述多层膜与金属探针之间施加电场的同时，辅助通过上述金属探针的上述多层膜的磁化方向控制的步骤；
上述金属探针在相向的上述多层膜的区域中形成对应上述施加电场的磁化来写入磁化信息。
2.根据权利要求1中所述的磁化信息记录方法，其特征在于，通过上述金属探针在相向的上述多层膜的区域中、施加对应上述施加电压的磁化方向的磁场，来进行通过上述金属探针的上述多层膜的磁化方向控制的辅助。
3.根据权利要求1中所述的磁化信息记录方法，其特征在于，
通过上述金属探针将相向的上述多层膜的区域加热，来进行通过上述金属探针的上述磁性记录媒体的磁化方向控制的辅助。
4.一种磁性记录再生装置，其特征在于，
具备：
磁性记录媒体，其具备包含第1强磁性金属层、在上述第1强磁性金属层上形成的非磁性金属层以及在上述非金属层上形成的第2强磁性金属层的多层膜；
金属探针，其与上述磁性记录媒体相向地配置；
电场施加单元，其在上述金属探针与上述磁性记录媒体之间施加电场；和
辅助单元，其辅助通过上述金属探针的上述多层膜的磁化方向控制；
改变上述金属探针与上述磁性记录媒体之间的电场，且使上述辅助单元作用，由此，上述金属探针在相向的上述多层膜的区域中形成对应上述施加电场的磁化，来写入磁化信息。
5.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
上述辅助单元，为上述金属探针在相向的上述多层膜的区域中、施加对应上述施加电场的磁化方向的磁场的磁场施加单元。
6.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
上述辅助单元，为上述金属探针将相向的上述多层膜的区域加热的加热单元。
7.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
对每个存储的信息单位，在空间上分割上述第2强磁性金属层。
8.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
根据在上述金属探针与上述磁性记录媒体的表面之间所流的隧道电流的变化，读取在上述多层膜中写入的磁化信息。
9.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
具备强磁性金属探针，通过在该强磁性金属探针与上述磁性记录媒体之间作用的磁斥力，读取在上述多层膜中写入的磁化信息。
10.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
具备磁阻效果元件，通过该磁阻效果元件读取在上述多层膜中写入的磁化信息。
11.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
具备：
旋转驱动上述磁性记录媒体的单元；和
将上述金属探针驱动到上述磁性记录媒体的期望位置的驱动部。
12.根据权利要求4中所述的磁性记录再生装置，其特征在于，
按规定的间隔设置多个上述金属探针，按各个金属探针进行磁化信息的记录再生。
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