JP2003016620A - 磁気記録媒体、磁気記録装置および磁気記録方法 - Google Patents

磁気記録媒体、磁気記録装置および磁気記録方法

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哲 喜々津
Tadashi Kai
正 甲斐
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱揺らぎ現象を抑制して記録密度を飛躍的に
改善することが可能な磁気記録媒体、磁気記録装置およ
び磁気記録方を提供することを目的とする。 【構成】 磁性体を含有する機能層（１２）と、前記機
能層の上に積層され磁性体を含有する記録層（１１）
と、を備え、前記記録層は、複数の磁性粒子（５１）
と、前記磁性粒子の間に存在する非磁性体（５２）と、
を有し、前記機能層と前記記録層は、室温において互い
に略直交関係となる方向に交換結合相互作用を及ぼすこ
とを特徴とする磁気記録媒体を提供することにより、熱
揺らぎを抑制して記録密度を大幅に改善することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体、磁
気記録装置および磁気記録方法に関し、より詳細には、
熱揺らぎ現象を抑制して従来よりも高密度記録が可能な
磁気記録媒体、磁気記録装置および磁気記録方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年のコンピュータの処理速度向上に伴
って、情報・データの記憶・再生機能を担う磁気記憶装
置(Hard Disk Drive：HDD)にも、高速化・高密度化が要
求され続けている。しかしながら、高密度化には物理的
な限界があるため、この要求を満たし続けていけるかど
うか問題視されている。
【０００３】情報が実質的に記録される磁気記録媒体
は、微細な磁性粒子の集合体からなる磁性体層を有す
る。高密度記録を行うためには、磁性体層に記録される
磁区を小さくする必要がある。小さな記録磁区を明瞭に
分別できるためには、磁区の境界が滑らかであることが
必要であり、そのためには構成する磁性粒子を微小化す
る必要がある。また、隣接する磁性粒子まで磁化反転が
連鎖すると磁区の境界の乱れが生ずるので、磁性粒子間
には交換結合相互作用がはたらかないように非磁性体に
よって磁気的に分断されている必要がある。また、磁気
ヘッドと記録媒体との間の磁気的な相互作用を考慮する
と、高密度の記録を行なうには磁性体層の膜厚も小さく
する必要がある。
【０００４】以上の要請から、磁性体層を構成する磁性
体の磁化反転の「ユニット」(そのサイズは、上述の要
求を満たしていくと磁性粒子とほぼ等しくなる)の体積
は、高密度化に伴ってどんどん小さくしていかなければ
ならない。ところが、磁化反転ユニットを微小化する
と、そのユニットが有する「磁気異方性エネルギー(磁
気異方性エネルギー密度Ｋｕ×磁化反転ユニットの体積
Ｖ）」が熱揺らぎエネルギーよりも小さくなり、もはや
磁区を保持することができなくなってしまう。これが
「熱揺らぎ現象」であり、これが主因となる記録密度の
物理限界は、「熱揺らぎ限界」と呼ばれている。
【０００５】熱揺らぎによる磁化の反転を防ぐには、磁
気異方性エネルギー密度Ｋｕを大きくすれば良い。しか
し、高速で磁化反転動作を行う（記録する）ときの保磁
力ＨｃｗはＫｕにほぼ比例するので、現状の記録ヘッド
が発生しうる磁界では記録ができなくなってしまう。
【０００６】あるいは、磁化反転ユニットの体積Ｖを大
きくしてもよいが、磁性粒子の媒体面内方向のサイズを
大きくすると、上述のように高密度化ができなくなる。
また、媒体膜厚を厚くすることによって体積Ｖを大きく
すると、媒体の下部まで磁気ヘッドからの記録磁界が充
分に到達できなくなり、磁化反転がおこらず、やはり高
密度の記録はできなくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の磁気記録媒体においては、高密度化を進めると熱
揺らぎ現象に起因する限界が生ずるという問題があっ
た。
【０００８】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、従来とは異なる原理に
基づく新規な構成により、熱揺らぎ現象を抑制して記録
密度を飛躍的に改善することが可能な磁気記録媒体、磁
気記録装置および磁気記録方を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気記録媒体は、磁性体を含有する機能層
と、前記機能層の上に積層され磁性体を含有する記録層
と、を備え、前記記録層は、複数の磁性粒子と、前記磁
性粒子の間に存在する非磁性体と、を有し、前記機能層
と前記記録層は、室温において互いに略直交関係となる
方向に交換結合相互作用を及ぼすことを特徴とする。
【００１０】上記構成によれば、記録層と機能層とがエ
ネルギー的に独立して磁化反転を行ない、且つ記録層と
機能層とは磁気的には連続している。その結果として、
記録層の磁化反転ユニットの体積が増大し、熱揺らぎを
抑制できると同時に、記録層と機能層とにそれぞれ情報
を記録することより、いわゆる２値記録が可能となり、
記録密度を倍増させることが可能となる。
【００１１】ここで、前記機能層と前記記録層のそれぞ
れは、膜面に対して略平行な方向に磁気異方性を有する
ものとすれば、従来広く実用化されている面内磁化方式
により本発明を実施することが可能となり、システムの
構成を大幅に改変しなくて済む点で便利である。
【００１２】また、前記磁気記録媒体は、ディスク状の
形態を有し、前記機能層と前記記録層のいずれか一方
は、前記ディスクの半径方向に対して略平行な方向に磁
気異方性を有し、前記機能層と前記記録層のいずれか他
方は、前記ディスクの半径方向に対して略直角な方向に
磁気異方性を有するものとすれば、磁気ヘッドの走査方
向に対して好適なモーメント方位が得られ、効率のよい
記録再生が可能となる。
【００１３】また、前記機能層と前記記録層のいずれか
一方は、膜面に対して略平行な方向に磁気異方性を有
し、前記機能層と前記記録層のいずれか他方は、膜面に
対して略垂直な方向に磁気異方性を有するものとすれ
ば、いわゆる垂直磁化方式による高密度化を同時に享受
することが可能となる。
【００１４】また、前記機能層は、連続した磁性体から
なるものとすることができ、記録層の磁性粒子の磁化反
転ユニットを実質的に無限大まで増大させることが可能
となる。
【００１５】また、前記機能層は、複数の磁性粒子と、
その磁性粒子の間に存在する非磁性体と、を有するもの
とすることができ、記録層の磁性粒子の磁化反転ユニッ
トを増大させつつ、機能層においても効率の良い磁化情
報の格納が可能となる。
【００１６】また、前記機能層に含有される前記磁性粒
子の平均の大きさは、前記記録層に含有される前記磁性
粒子の平均の大きさよりも大きいものとすれば、磁化反
転ユニットの体積を確保して熱揺らぎに対する抑制を確
保することができる。
【００１７】また、前記機能層と前記記録層との間に、
前記機能層とも前記記録層とも異なる組成のスペーサ層
が設けられたものとすれば、機能層と記録層との間の直
交関係の交換結合を容易に実現することができる。
【００１８】前記スペーサ層として、マンガン（Ｍ
ｎ）、クロム（Ｃｒ）あるいはこれらの少なくともいず
れかを含有した合金を用いると、機能層と記録層との間
の直交関係の交換結合を容易に実現することができる。
【００１９】または、前記スペーサ層として、非磁性体
にコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、
マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）およ
びパラジウム（Ｐｄ）のうちから選ばれる少なくともい
ずれかの元素を添加した材料を用いると、機能層と記録
層との間の直交関係の交換結合を容易に実現することが
できる。
【００２０】また、前記スペーサ層と前記機能層との界
面と、前記スペーサ層と前記記録層との界面の少なくと
もいずれかは、平均粗さが０．５ｎｍ以上であるものと
すると、機能層と記録層との間の直交関係の交換結合を
容易に実現することができる。
【００２１】また、前記スペーサ層は、島状または網目
状に形成されてなるものとすると、機能層と記録層との
間の直交関係の交換結合を容易に実現することができ
る。
【００２２】また、前記スペーサ層と前記機能層との界
面と、前記スペーサ層と前記記録層との界面の少なくと
もいずれかに、島状または網目状の界面層が設けられて
なるものとすると、機能層と記録層との間の直交関係の
交換結合を容易に実現することができる。
【００２３】また、前記機能層は、反強磁性体あるいは
フェリ磁性体からなり、且つ相対するスピンの両方が前
記記録層との界面において存在するものとすると、機能
層と記録層との間の直交関係の大きな交換結合を容易に
実現することができる。
【００２４】一方、本発明の磁気記録装置は、前述のい
ずれかの磁気記録媒体を走行させる走行機構と、前記磁
気記録媒体に情報を記録し再生するヘッドと、を備え、
前記ヘッドは、前記機能層に格納された情報を再生する
ための検出部と、前記記録層に格納された情報を再生す
るための検出部と、を有することを特徴とする。
【００２５】ここで、前記ヘッドは、前記機能層に情報
を磁気的に記録するための書込部と、前記記録層に情報
を磁気的に記録するための書込部と、を有するものとす
ることができる。
【００２６】また、前記機能層に格納されたトラッキン
グ情報、サーボ情報およびアドレス情報の少なくともい
ずれかに基づいて動作するものとすることができる。
【００２７】また、前記磁気記録媒体を加熱する加熱手
段をさらに備え、前記加熱手段により前記磁気記録媒体
を加熱して、前記機能層と前記記録層との間の前記交換
結合相互作用が実質的に消失する温度ＴｃＥよりも高い
温度Ｔｗに前記記録層を加熱した状態において前記記録
層に情報を磁気的に記録するものとすることができる。
【００２８】一方、本発明の磁気記録方法は、前述のい
ずれかの磁気記録媒体の機能層と記録層とにそれぞれ情
報を記録することを特徴とする。
【００２９】または、前述のいずれかの磁気記録媒体の
機能層にトラッキング情報、サーボ情報およびアドレス
情報の少なくともいずれかを記録することを特徴とす
る。
【００３０】ここで、上記のいずれかの方法において、
前記機能層と前記記録層との間の前記交換結合相互作用
が実質的に消失する温度ＴｃＥよりも高い温度Ｔｗに前
記記録層を加熱した状態において前記記録層に情報を磁
気的に記録するものとすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
【００３２】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態として、本発明の基本的な特徴を有する磁
気記録媒体について説明する。
【００３３】図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気
記録媒体の断面構造を表す模式図である。すなわち、本
発明の磁気記録媒体は、基板１３の上に、機能層１２、
記録層１１、保護層１４がこの順に積層された構造を有
する。
【００３４】機能層１２と記録層１１は、それぞれ磁性
体を含有し、これら機能層１２と記録層１１の磁気モー
メントが独特の配置関係を有する。
【００３５】図２は、記録層１１と機能層１２における
磁気モーメントの配列関係を説明するための模式図であ
る。すなわち、同図は、本発明の磁気記録媒体の記録層
１１と機能層１２の部分のみを取り出して、それらにお
けるモーメント（スピン）の配列を模式的に表した概念
図である。ここでは、分かりやすいように機能層１２が
面内磁化膜で、記録層１１が垂直磁化膜である場合を表
した。同図に表したように、記録層１１におけるスピン
２１ａと機能層１２におけるスピン２１ｂは、互いに略
垂直な方向を有する。すなわち、記録層１１と機能層１
２とは、互いに略直交関係となる方向に交換結合相互作
用を及ぼすように積層されている。
【００３６】図３は、記録層１１と機能層１２ともに面
内磁化膜とした場合の直交交換結合関係を例示する模式
図である。面内におけるスピン２１ａ、２１ｂの具体的
な方向は任意であるが、図示したように、記録層１１の
スピン２１ａと機能層１２におけるスピン２１ｂとが互
いに略直角に配列するように構成される。
【００３７】図４は、記録層と機能層におけるスピンの
配列関係を例示する模式図である。
【００３８】図４（ａ）と図４（ｂ）に例示した配列関
係の場合、記録層１１の磁化状態が反転しているが、機
能層１２の感じるエネルギーは２つの場合において全く
同じである。また、図４（ａ）と図４（ｃ）に例示した
ように機能層１２磁化状態が反転する場合も、機能層１
２の感じるエネルギーはまったく同じである。同様の関
係は、図４（ｃ）と図４（ｄ）、および図４（ｂ）と図
４（ｄ）にそれぞれ表した場合も成立する。
【００３９】すなわち、記録層１１の磁化反転は機能層
１２のエネルギー状態にまったく影響を与えず、同様
に、機能層１２の磁化反転は記録層１１のエネルギー状
態にまったく影響を与えない。しかしながら、各層のス
ピン２１ａ、２１ｂの間には交換結合による磁気的結合
は存在しているため、磁気的には上下が連続した状態と
なる。
【００４０】独立な反転ができないフェロ（ferro）交
換結合している場合には、図４（ｅ）と図４（ｆ）に表
したように、記録層１１のみ磁化状態が異なる二つの状
態において、図４（ｆ）の状態でエネルギーが大きくな
り、機能層１２あるいは記録層１１が反転して両者が同
じ向きになるようになるか、あるいは界面に磁壁が形成
され、そこにエネルギーが凝集される（アンチ・フェロ
（anti-ferro）結合の時も向きの関係が逆になるだけで
同様である）。
【００４１】また、独立な反転を起こさせる例として、
静磁結合している二層膜が考えられる。図４（ｇ）及び
（ｈ）に例示したように、記録層１１と機能層１２との
間に交換結合が作用しないように非磁性層４１を設けた
場合である。この場合には、記録層１１と機能層１２の
磁化反転は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の
場合と同様に、互いにエネルギー的に独立である。しか
しこの場合には、機能層１１と記録層１２は、磁気的に
も独立したまったく別の磁性体として磁化反転を行う。
【００４２】上述した、（１）記録層１１と機能層１２
とがエネルギー的に独立して磁化反転を行なう、（２）
記録層１１と機能層１２とは磁気的には連続している、
という２つの特徴が、本発明による磁気記録媒体にとっ
て重要な効果をもたらす。以下にその詳細を説明する。
【００４３】熱揺らぎは、磁化反転ユニットの体積に対
して作用する。従って、磁化反転ユニットの体積が大き
ければ熱揺らぎは小さい。磁化反転ユニットとは、通常
のＨＤＤ媒体においては、連続して磁化反転するよう
な、互いに強く交換結合したスピン群を指すが、必要な
要件は磁気的に連続していることであって、本発明によ
る磁気記録媒体の場合には、記録層１１と機能層１２と
を合わせた「厚み」と磁化反転する「面積」との積とな
る。従って、現状のものと同じ熱揺らぎ状態を実現する
には、媒体の磁化反転する面積が同じならば、記録層１
１と機能層１２の総膜厚が現状の媒体と同じになればよ
い。
【００４４】そして、記録層１１と機能層１２のスピン
は互いに影響を与えずに独立に反転できるので、記録層
１１のみと機能層１２のみとの２値記録ができる。記録
層１１と機能層１２の磁化反転の面積を同じにし、両者
ともにデータを記録するとすると、記録密度は２倍にな
る。すなわち、本発明によれば、熱揺らぎの影響は同じ
状態で記録密度を２倍とすることができるのである。逆
に、磁化反転面積を２倍にして同じ記録密度となるよう
にした場合には、熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）
が２倍となるので、極めて熱揺らぎに強い媒体を得るこ
とができる。
【００４５】磁化反転面積は、通常のＨＤＤ媒体の場合
には磁性結晶粒子の大きさで規定される。磁性結晶粒子
の大きさは作成プロセス等によって制御されるので、本
発明における磁気記録媒体は、通常のＨＤＤ媒体製造プ
ロセスに直交交換結合を起こすような中間層の挿入、界
面の改質等を行なうのみで容易に倍の記録密度を得るこ
とができる。
【００４６】以下、図１を参照しつつ、本発明の記録媒
体の各層の構成について詳細に説明する。
【００４７】本発明の磁気記録媒体は、ディスク円形状
あるいはカード状などの各種の形状の基板の上に形成す
ることができる。
【００４８】基板１３としては、金属、ガラス、セラミ
クス、有機材料などを用いることができる。
【００４９】記録層１１は、磁性粒子により形成するこ
とができる。磁性粒子の材料としては、飽和磁化Ｉｓが
大きくかつ磁気異方性が大きいものが適している。この
観点から、磁性金属材料としては例えば、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、サマリウム（Ｓｍ）、鉄（Ｆ
ｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン
（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、およびアルミニウム（Ａ
ｌ）ならびにこれらの金属の合金からなる群より選択さ
れる少なくとも一種を用いることができる。
【００５０】これらのうちでは、結晶磁気異方性の大き
いＣｏ基合金、特にＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＣｒをベ
ースとしたものやＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ等の規則合金がよ
り好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃ
ｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ
−Ｐｔ、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ
５０Ｐｔ５０、Ｃｏ３Ｐｔ１などである。
【００５１】また、これらの他にも、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｔｂ
−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、
Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｔ
ｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等の希土類−遷移金属合金、磁性層と貴
金属層の多層膜（Ｃｏ層／Ｐｔ層、Ｃｏ層／Ｐｄ層な
ど）、ＰｔＭｎＳｂ等の半金属、Ｃｏフェライト、Ｂａ
フェライト等の磁性酸化物などから幅広く選択すること
ができる。
【００５２】磁気特性を制御する目的で、上記の磁性体
にさらにＦｅ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１つ以上の
元素と合金化させてもよい。また、これらの金属または
合金に、磁気特性を向上させるための添加物、例えばク
ロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タ
ンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、シ
リコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、マンガン（Ｍｎ）等、
あるいはこれらの元素と、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭
素（Ｃ）、水素（Ｈ）の中から選ばれる少なくとも一つ
の元素との化合物を加えても良い。
【００５３】磁気異方性に関しては、垂直磁気異方性で
あっても、面内磁気異方性であっても、あるいはその混
合であっても構わない。
【００５４】記録層１１の厚さについては、要求される
記録密度や磁気ヘッドの構造などに応じて適宜決定する
ことができるが、高密度記録を考えると１００ｎｍ以下
とすることが望ましく、５０ｎｍ以下がより望ましく、
２０ｎｍ以下が更に望ましいクレーム。膜厚が０．１ｎ
ｍ以下になると、連続的な薄膜を形成するのが困難にな
るので好ましくない。
【００５５】次に、機能層１２について説明する。
【００５６】機能層１２の材料としては、磁性体であれ
ば、強磁性体、反強磁性、フェリ磁性いずれの特性を示
すものも用いることができる。
【００５７】強磁性体を用いる場合は、記録層１１と同
様の材料とすることができるが、情報の記録を担わない
場合には、磁気異方性の大きさ、磁化の大きさはもっと
小さなものでよく、材料の選択の範囲は記録層１１の場
合よりももっと広範になる。
【００５８】一方、反強磁性を示すものとしては、ネー
ル温度が室温よりも高い反強磁性材料を薄膜化したもの
がある。たとえば、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバ
ルト（Ｃｏ）の合金で、具体的には、Ｍｎ−Ｎｉ、Ｍｎ
−Ｐｄ、Ｍｎ−Ｐｔ、Ｃｒ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｍｎ、Ａｕ−
Ｍｎ、Ａｕ−Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｒｅ、Ｃｒ−Ｒ
ｕ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｃｏ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｏ
−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｉｒ−Ｍｎなどを挙げることができる。
【００５９】また、規則合金、具体的には、ＡｕＭｎ、
ＺｎＭｎ、ＦｅＲｈ、ＦｅＲｈＩｒ、Ａｕ２Ｍｎ、Ａｕ
５Ｍｎ１２、Ａｕ４Ｃｒ、ＮｉＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＭ
ｎ、ＰｔＣｒ、ＰｔＭｎ３、ＲｈＭｎ３なども機能層１
２の材料として用いることができる。この他にも、Ｍｎ
３Ｐｔ−Ｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＯ、Ｃ
ｏＯなどの反強磁性材料も用いることができる。
【００６０】また、フェリ磁性を示すものとしては、例
えば、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｃｏ、Ｇ
ｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等のアモルファ
ス希土類−遷移金属合金薄膜や、ＣｒＰｔ３のような規
則合金のフェリ磁性体を薄膜化したものを用いることが
できる。
【００６１】一方、反強磁性やフェリ磁性を人工的に発
現させた構造を用いることもできる。例えば、磁性体
（Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｆｅあるいはこれらの合金）と非磁
性体（例えばＲｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｃ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金あ
るいは酸化物）との多層膜において、非磁性体の厚さが
５ｎｍよりも薄い場合、特に１ｎｍよりも薄い場合には
磁性体間に反強磁性方向の交換結合相互作用がはたら
き、全体として反強磁性体あるいはフェリ磁性体（各磁
性体層の厚さやモーメントが異なる場合）として振舞う
場合がある磁気異方性の方向は、薄膜の面内方向、垂直
方向、あるいはそれらの中間の方向のいずれでも良い。
また、機能層１２の厚さも、各層とのバランスなどを考
慮して適宜決定することができるが、１０００ｎｍ以上
とすると作成に時間がかかり、また膜応力による特性劣
化や剥離が発生しやすくなるので好ましくない。また、
０．１ｎｍ以下になると、連続的な薄膜を形成すること
が困難となるので好ましくない。
【００６２】記録層１１と機能層１２との交換結合は、
スパッタ法等による一般的な媒体製造工程において、真
空を破らずに連続的な成膜することによって実現でき
る。
【００６３】記録層１１と機能層１２との間隙に実質的
な非磁性体を設ける場合には、その非磁性体の膜厚は５
ｎｍ以下とすることが望ましい。ここで「実質的な非磁
性体」というのは、単独で存在する場合に非磁性であっ
ても磁性体と積層するとその界面あるいは膜中にわたり
磁性が誘起される材料に対して、そのような材料ではな
いものを意味する。「実質的な非磁性体」でないものと
してはＣｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｐｔ等を挙げることができ
る。
【００６４】記録層１１と機能層１２との間隙に設けら
れるものが「実質的な非磁性体」ではない場合には、両
者の交換相互作用が本発明における作用をもたらす範囲
において各種のものを設けることができる。記録層１１
と機能層１２との間に別の磁性膜を挿入することによっ
ても交換結合力を制御できるという利点があるので、本
発明による作用を損なわない限り、記録層１１と機能層
１２との間に複数の磁性層や実質的非磁性層が存在して
も構わない。両者の間隙は、連続的な薄膜の形態をとる
必要はなく、欠陥、ボイド、部分的な酸化膜／粒子、あ
るいは表面改質部分であっても構わない。
【００６５】本願明細書において、略直交関係の交換結
合相互作用というのは、記録層１１と機能層１２のモー
メントの向きが概ね互いに９０度をなすときに安定とな
るような交換結合相互作用である。このような関係とし
ては、例えば垂直磁化と面内磁化を挙げることができ
る。あるいは面内磁化どうしでも、ディスク半径方向と
ディスク周方向、ディスク周方向に対してそれぞれプラ
スマイナス４５°の方向、といった組み合わせが考えら
れる。いずれの場合にも本発明による磁気記録媒体に用
いることができる。
【００６６】このような略直交関係の交換結合が存在す
ることは、例えば、J.C.Slonczewski: J.Appl.Phyhs.、
vol 73、 p.5957 (1993) に紹介されている。すなわち、
通常の交換結合は、並行（フェロ結合）あるいは反並行
（アンチ・フェロ結合）となるが、例えば中間層として
Ｃｒ薄膜を用いたり、あるいはフェロ結合とアンチ・フ
ェロ結合とが競合すると、略直交関係の交換結合が発生
し得る。
【００６７】この直交交換結合についての報告は、その
ほとんどが、ＨＤＤに用いられるＧＭＲ（Giant Magnet
oResistance effect：巨大磁気抵抗効果）再生素子の一
部に関するものである。具体的には、ＧＭＲ動作の異常
として現れる現象を調べるうちに直交成分を見出した、
とか、その機構解明のために作成した試料の測定等につ
いてである。本発明者が知る限りにおいて、この現象を
デバイスの性能向上や新しいデバイスへ転用するという
積極的利用に関する報告はない。本発明者は、独自の実
験・シミュレーション・理論解析に基づき、この現象が
磁気記録媒体という、ヘッドとはあまり技術的な関連の
ない技術へ応用できるものであることを見出した。その
作用については前述した通りである。
【００６８】直交交換結合相互作用は、通常のフェロ結
合やアンチ・フェロ結合と共存しても構わない。その強
度（通常はエネルギーの面密度Ｊ／ｃｍ２で記述され
る）が同程度のオーダであれば本発明の磁気記録媒体を
構成し得る。直交交換結合のエネルギー密度がフェロ結
合やアンチ・フェロ結合よりも大きければ、本発明の作
用がより容易に発現でき、その効果も大きくなるという
利点があるが、同程度のオーダーの強度で共存する場合
に比べて、材料やプロセスの選択の幅が小さくなる。従
って、どちらを選ぶかは、得ようとする磁気記録媒体の
スペックによって決めるべき事項である。
【００６９】一方、基板１３と機能層１２との間などの
随所に図示しない下地層を設けることができる。この場
合の下地層の材料は、磁性体であっても非磁性体であっ
てもよい。厚さは特に限定されないが、５００ｎｍより
も厚いと製造コストが増加するので好ましくない。
【００７０】下地層を磁性体により形成する場合、磁性
薄膜に効率的な記録／再生を行なうために、磁性薄膜中
の磁区や記録／再生ヘッドと交換相互作用・静磁気相互
作用を介して磁気的に結合させることができる。例え
ば、記録層１１を垂直磁化膜とする場合、軟磁性膜を下
地層とし、単磁極ヘッドで記録を行うことで、高密度の
記録ができる。また、記録層１１が面内磁化膜の場合、
軟磁性層を記録層１１の上あるいは下に設け、再生時に
軟磁性層を飽和させる強度の磁界を印加することによっ
て、高密度の記録ができ、また、熱揺らぎ耐性も向上す
る。
【００７１】下地層を非磁性体により形成すると、磁性
部や非磁性部の結晶構造を制御したり、あるいは基板か
らの不純物の混入を防ぐことができる。例えば、磁性部
の所望の結晶配向の格子間隔に近い格子間隔を持つ下地
層を用いれば磁性部の結晶状態を制御することが可能で
ある。また、例えば、ある表面エネルギーを持ったアモ
ルファス下地層を用いることにより、磁性部あるいは非
磁性部の結晶性あるいはアモルファス性を制御すること
も可能である。
【００７２】下地層の下にさらに下地層を設けても構わ
ない。その場合には、機能を分担させられるので効果が
増加する。例えば、記録層１１の結晶粒を小さくする目
的で粒径の小さなシード層を基板１３の上に設け、その
上に記録層１１の結晶性を制御する下地層を設けること
ができる。基板１３からの不純物の混入を防ぐために
は、格子間隔の小さい、あるいは緻密な薄膜を下地層と
して用いればよい。
【００７３】一方、上述したような磁性体の機能と非磁
性体の機能とを併せ持つ材料を用いることもできる。す
なわち、磁性部の結晶性を制御する磁性下地層等を用い
ることも可能である。この場合には、記録／再生特性上
の効果と結晶性上の効果とが相乗されるのでさらに好ま
しい。
【００７４】また、本発明における下地層は、イオンプ
レーティング、雰囲気ガス中でのドーピング、中性子線
照射等によって行う基板の表面改質層であってもよい。
このようにすると、薄膜堆積のプロセスが不要になるの
で、媒体の作成が容易となる点で好ましい。
【００７５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態として、機能層と記録層がそれぞれ面内磁
気異方性を有し、また、そのいずれか一方の磁気異方性
の軸が概ねディスク半径方向にあり、他方の磁気異方性
の軸が概ねディスク周方向にある磁気記録媒体について
説明する。
【００７６】図５は、本実施形態にかかる磁気記録媒体
の要部を表す模式図である。すなわち、本実施形態にお
いては、同図（ａ）に表したようなディスク状の記録媒
体を想定した場合、同図（ｂ）に表したように、記録層
１１と機能層１２は、ともに面内磁気異方性を有する。
さらに、その面内におけるスピン２１ａ、２１ｂの具体
的な方向は、図示したように記録層１１のスピン２１ａ
がディスク媒体の周方向２２に対して略平行に配列し、
機能層１２におけるスピン２１ｂがディスク媒体の半径
方向２３に対して略平行に配列するように構成される。
【００７７】ただし、これとは逆に、記録層１１のスピ
ン２１ａがディスク媒体の半径方向２３に対して略平行
に配列し、機能層１２におけるスピン２１ｂがディスク
媒体の周方向２２に対して略平行に配列するように構成
してもよい。
【００７８】現状において実用化されているＨＤＤ装置
は、面内磁気記録を採用している。垂直磁気記録方式は
高密度化へのポテンシャルが高いので盛んに研究されて
はいるが未だに採用されていない。この理由は、システ
ム全体に大きな変革が要求されるためである。例えば、
磁気ヘッドは、垂直方向の漏洩磁界を効率よく再生し、
また垂直方向の記録磁界が効率的に発生できるように大
幅な設計の変更を余儀なくされる。同様に、信号処理系
においても大きな変更が必要である。
【００７９】これらの事情は、本発明による磁気記録媒
体を採用する場合にも変わりはない。従って、垂直磁化
モードを情報の記録／再生に用いずに、記録層と機能層
とを面内磁化膜で構成すれば、現在のシステムの少しの
変更で高密度化が達成できて好ましいのである。
【００８０】但し、各層の磁気異方性に垂直磁化成分が
まったく含まれてはいけないということではなく、概ね
異方性磁化の向きが面内であれば十分である。すなわ
ち、記録層１１と機能層１２における磁化の方向が、面
内方向からある程度傾斜していてもよい。
【００８１】またさらに、本実施形態の如く、各層の磁
気異方性の向きが一方がディスク半径方向に、他方がデ
ィスク周方向にあるとより好ましくなる。その理由は磁
気ヘッドの移動方向にある。すなわち、現在のＨＤＤシ
ステムにおいては、ディスク媒体の周方向に沿って移動
する磁気ヘッドが用いられ、記録／再生素子はその移動
方向あるいはそれと直行する方向に形成されている。す
なわち、記録／再生を行なう際には、形成される磁区の
幅方向はディスク半径方向かディスク周方向とした方が
ヘッドを中心としてシステムの変更がわずかに済むので
好ましい。
【００８２】このときの異方性の軸の配向度合いは、一
般に「オリエンテーション・レシオ（Orientation Rati
o：ＯＲ）」により表され、ＯＲとしてはディスクの周
方向と半径方向における保磁力の比が用いられる。現状
のＨＤＤ媒体の場合、磁気記録媒体のＯＲが１．１程度
以上となるとエネルギーを一方向に集約することの効果
（磁気異方性エネルギーが周方向に高くなる；磁化転移
領域から発生する反磁界エネルギーによる熱揺らぎ加速
を抑える）による高密度化が達成できる。従って、本発
明による磁気記録媒体の場合も同様に、記録層１１と機
能層１２においてＯＲが１．１以上であることが望まし
い。
【００８３】さらに、上記したように、ＯＲを大きくす
ることによって現状の媒体でも高密度化の効果が得られ
るので、本発明による熱揺らぎ回避による効果を相乗す
ることにより、より一層の高密度化が図れる点で有利で
ある。
【００８４】ただし、ＯＲを大きくするには、基板ある
いは下地にテクスチャリングを行なう、斜め方向成膜を
する等のプロセス上の工夫が必要である。従って、これ
によるコスト増が問題とならないようなシステムに適用
した場合に、特に有用な磁気記録媒体であるといえる。
【００８５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態として、記録層と機能層のうちいずれか一
方が面内磁気異方性を有し、他方が垂直磁気異方性を有
する磁気記録媒体について説明する。
【００８６】本実施形態にかかる磁気記録媒体の要部構
成は、例えば、図２に例示した如くである。すなわち、
記録層１１と機能層１２のいずれか一方が面内磁気異方
性を有し、他方が垂直磁気異方性を有する。このとき、
各層の磁気異方性は、厳密に面内あるいは垂直方向であ
る必要はない。すなわち、面内磁気異方性に対して垂直
磁化成分が含まれてもよく、また垂直磁気異方性に対し
て面内磁化成分が含まれてもよい。つまり、異方性磁化
の向きが概ね面内あるいは垂直であれば十分である。
【００８７】垂直磁化膜は、例えば、ｈｃｐ（Hexagona
l Close-Packed：稠密六方）構造のコバルト（Ｃｏ）系
磁性薄膜をｃ軸が膜面に対して垂直に配向するような下
地を用いる、といった結晶性の制御によって容易に得る
ことができるという利点を有する。また、アモルファス
希土類・遷移金属合金などにおいても、薄膜の成長方向
に依存する垂直磁気異方性を有し、容易に垂直磁化膜を
得ることができる。また、コバルト（Ｃｏ）のような磁
性膜と、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）といった貴
金属とをそれぞれ１ｎｍ前後の厚さで交互に複数回繰り
返して積層して磁性人工格子の形態を持たせることによ
っても容易に垂直磁化膜を得ることができる。
【００８８】一方、面内磁化膜については、上述のよう
なディスク周方向／半径方向といった配向は必ずしも必
要でない。これらの理由により、本発明による磁気記録
媒体は作りやすいという利点を持つ。また、上述したよ
うに、面内磁化膜が配向性（大きなＯＲ）を持つ場合に
は、それによる高密度化の効果が重畳されるのでより好
ましい。
【００８９】前述したように、垂直磁化膜の部分を記録
の記録／再生に用いるには、システム上の変更が必要で
ある。従って、利点と欠点を比較考量し、用いるシステ
ムの特性に応じて、面内／面内か面内／垂直、垂直／面
内の選択を行なうと良い。
【００９０】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施の形態として、機能層が連続した磁性体からなる磁
気記録媒体について説明する。
【００９１】本実施形態にかかる磁気記録媒体は、第１
実施形態に関して前述した特徴を有し、さらに、機能層
１２として、連続した磁性体が用いられている。
【００９２】ここで「連続した磁性体」というのは、図
４に関して前述したように記録層１１と機能層１２とが
「磁気的に連続している」ということと同じ概念が、膜
の面内方向にも成立することを意味する。
【００９３】図６は、記録層と機能層のスピンの様子を
例示する模式図である。この具体例の場合、記録層１１
が垂直、機能層１２が面内の磁気異方性を有する。記録
層１１は、高密度の磁気記録に対応するため、現状のＨ
ＤＤ媒体と同様な磁性粒子５１とそれを分断する非磁性
部分５２とからなる。ところが、機能層１２にはこのよ
うな磁性体を分断する構造はない。
【００９４】記録層１１では、磁化反転が最小単位を磁
性粒子５１として行なわれるが、高密度化のために磁性
粒子の体積Ｖを小さくすると熱揺らぎが大きくなってし
まう。ところが、前述したように、記録層１１と機能層
１２とは磁気的に連続であるため、体積Ｖは実質上、磁
性粒子５１の体積と、それに連続した機能層１２の連続
部分の体積とを合わせたものとなる。機能層１２を希土
類遷移金属合金などで形成した場合には、機能層１２は
ディスク全面に渡って連続となるために、体積Ｖは実質
的に無限大となり、熱揺らぎ問題は解消されるという非
常に大きな効果が得られる。しかも、記録層１１の磁化
反転は機能層１２の磁化状態にまったく影響を及ぼさな
いので、機能層１２の磁気的連続性が記録／再生の邪魔
をするようなことは起こらない。
【００９５】記録層１１と機能層１２とがフェロ結合や
アンチ・フェロ結合している場合にも同様に体積Ｖを大
きくする効果が得られるが、記録層の磁化反転の状態
（記録動作）によって機能層の磁化状態が変わってしま
うため、安定した記録／再生動作が行えない。
【００９６】また、以上の説明においては機能層１２に
記録は行わないが、機能層１２が希土類・遷移金属合金
のような連続磁性膜であり、磁壁を形成して記録／再生
を行なうような系であっても構わない。この場合には、
第１実施形態に関して前述したように、多値記録ができ
るのでより一層の記録密度向上が図れる。
【００９７】なお、本実施形態において、機能層１２に
おける磁性体の連続性はディスク全面に渡る必要はな
い。すなわち、上述の説明から明らかなように、記録層
１１の磁化反転ユニットに熱揺らぎを起こさないだけの
熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）の増加をもたらせ
ば充分である。従って、機能層１２を単独で評価した時
に熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）がおよそ８０あ
るいはそれ以上であるような磁気特性・微細構造を有し
ていれば良い。従って、希土類・遷移金属合金のような
もの、あるいは連続磁性体の所々に非磁性体が存在する
いわゆるネットワーク媒体、あるいは粒径の大きな磁性
多粒子薄膜を用いることができる。
【００９８】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態として、機能層が磁性粒子とその間に存在
する非磁性体とにより構成される磁気記録楳媒体につい
て説明する。
【００９９】図７は、本実施形態にかかる磁気記録媒体
の要部断面構造を表す模式図である。すなわち、本実施
形態においては、機能層１２が磁性粒子５３と非磁性体
５４とを有し、非磁性体５４の存在により、磁性粒子５
３が磁気的に分断された構造を有する。また、それぞれ
の磁性粒子のサイズを比較した場合に、機能層１２の磁
性粒子５３のサイズは、記録層１１の磁性粒子５１のサ
イズよりも大きくなるようにすることが望ましい。
【０１００】多値記録による熱揺らぎ問題の回避に加え
て、磁化反転ユニットＶの増加による熱揺らぎ回避の効
果を加えると、より高密度の磁気記録媒体が得られて好
ましい。本実施形態によれば、機能層１２の磁性粒子５
３の大きさを記録層１１を構成する磁性粒子５１の大き
さよりも大きくすることにより、磁化反転ユニットＶを
効率的に増加させて熱揺らぎを抑制することができる。
【０１０１】図７に例示した構造の場合、機能層１２の
磁性結晶粒子５３の大きさは、記録層１１の磁性粒子５
１の約２倍となっている。このような微細構造は、例え
ば機能層１２と記録層１１の成膜時のスパッタ圧力を変
えたり、機能層１２と記録層１１において結晶格子間隔
が互いに異なるものを採用したり、両者の界面に図示し
ない改質層を挿入するなどの工夫により実現することが
できる。
【０１０２】本実施形態の場合、機能層１２の記録密度
を大きくすることができないので、多値記録による高密
度化（熱揺らぎ回避）が多少犠牲になるが、熱安定性係
数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）による熱揺らぎ回避による高
密度化に優れるという利点が得られる。
【０１０３】機能層１２の磁性粒子５３を非磁性体５４
によって磁気的に分断する方法としては、クロム（Ｃ
ｒ）やタンタル（Ｔａ）やホウ素（Ｂ）、あるいは酸化
シリコン（ＳｉＯ２）に代表される酸化物、あるいは窒
化物等の非磁性の材料を磁性粒子５３の粒間に析出させ
る方法を挙げることができる。また、半導体の製造にお
いて使われるリソグラフィー等の技術を利用した人工的
な加工によっても良い。さらにまた、自己組織化するＰ
Ｓ−ＰＭＭＡ等のジブロックコポリマーをマスクとした
自己組織化加工によっても形成することができる。ま
た、粒子線照射などによる加工によっても良い。
【０１０４】現状のＨＤＤ媒体は、磁性粒子とその間に
存在する非磁性体とから構成される薄膜によって構成さ
れる。従って、システムあるいは磁気ヘッドは、このよ
うな薄膜への高密度の記録、あるいは効率的な再生がで
きるような設計となっている。この形態を機能層１２に
おいても採用することにより、機能層１２への情報の記
録／再生を効率よく、つまり高密度に行なえることにな
り、熱揺らぎの回避・高密度化をより容易に進めていく
ことが可能となり好ましい。
【０１０５】また、磁性粒子とその間に存在する非磁性
体とから構成される薄膜を作成するプロセスの開発も進
んでおり、例えば結晶性を制御しつつ微細構造をも制御
できるような下地層を採用すれば、機能層も記録層も同
時に容易に作成できるようになる。このような現状の技
術の転用が容易であるのでさらに好ましい。
【０１０６】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態として、機能層と記録層との間に所定のス
ペーサ層が設けられた磁気記録媒体について説明する。
【０１０７】図８は、本実施形態にかかる磁気記録媒体
の断面構造を例示する模式図である。同図については、
図１乃至図７に関して前述したものと同様の要素には同
一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０８】本実施形態の磁気記録媒体は、機能層１２
と記録層１１との間に、スペーサ層７１を有する。スペ
ーサ層７１は、機能層１２と記録層１１との間の直行交
換結合を発現させ、あるいは維持する役割を有する。
【０１０９】スペーサ層７１の材料は、磁性体であって
も非磁性体であっても良い。また、それ自体が複数の異
種の材料からなる複合材料であっても良い。また、スペ
ーサ層７１は、多層膜によって構成されていても良い。
すなわち、スペーサ層７１は、記録層１１と機能層１２
との間での直交交換結合相互作用を発現させ、あるいは
維持しうるものであれば、各種の材料、構造を用いて構
成することができる。
【０１１０】フェロ結合またはアンチ・フェロ結合の場
合には、スペーサ層７１の材料として、貴金属のような
非磁性体を用いた場合、概ね３ｎｍ未満の膜厚とすれば
機能層１２と記録層１１との間の交換結合相互作用を維
持できるとされている。
【０１１１】これに対して、本発明において用いる直交
交換結合はこれとは別の原因あるいはそれとの組み合わ
せで起こると考えられる。その原因の一つとして、その
材料単独では非磁性体であるのに、磁性体と接したこと
により磁気分極が起こりそのために直交交換相互作用を
生み出すというメカニズムを挙げることができる。この
ような場合には、フェロ結合あるいはアンチ・フェロ結
合の場合と異なり、もっと長い間隙でも直交交換相互作
用が起こり得る。
【０１１２】また、スペーサ層７１が磁性体であっても
直交交換相互作用を誘起できる。スペーサ層７１が磁性
体層であると記録／再生過程に影響を及ぼすので、その
厚さはあまり厚くない方が良く、５ｎｍ以下が好まし
い。また、３ｎｍ以下であればなお好ましい。
【０１１３】本実施形態におけるスペーサ層７１の材料
としては、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）あるいは
これらの合金を用いることができる。
【０１１４】本発明者は、記録層１１と機能層１２との
間で直交交換相互作用をもたらすスペーサ層７１を見出
すべく、数多くの実験を重ねた。その結果、Ｃｒ、Ｍｎ
あるいはその合金をスペーサ層材料として用いると、大
きな直交交換相互作用が得られることを見出した。
【０１１５】ＣｒやＭｎによって直交交換相互作用が得
られることは、既に報告されている（M.E.Filipkowski、
J.J.Kerbs、 G.A. Prinz、 and C..J. Gtierrez: Phys.
Rev.Lett.、 vol.75、 p.1847 (1945)）。しかし、これは
小片試料においてＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分
子線エピタキシー）と呼ばれる超高真空下における蒸着
法によって作成されたもので、得られた直交関係は、面
内／面内の場合のみである。
【０１１６】本発明者は、これをさらに改良して、ＨＤ
Ｄ媒体の量産に用いられるスパッタ法においても直交交
換結合を実現できることを見出した。また、スペーサ層
７１の材料として他の材料系を用いた場合と比べて、直
交交換相互作用が直径３．５インチのディスクの全面に
渡ってより均一に実現できることを発見した。さらに、
この材料系において、面内／垂直の直交交換結合が起こ
ることを始めて見出した。
【０１１７】ＣｒやＭｎが直交交換相互作用を引き起こ
すメカニズムとしては、磁性膜との界面における磁気分
極の発現と、スペーサ層内でのスパイラル状のスピン配
列に基づくもの推定される。さらに、本実施形態の場
合、スパッタ法という粒子エネルギーの大きな方法で成
膜を行なったので、界面の拡散の促進による磁気分極の
増加が影響した可能性が考えられる。
【０１１８】一方、本実施形態におけるスペーサ層７１
の材料としては、非磁性体にコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆ
ｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム
（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）のうちか
ら選ばれる少なくともひとつの元素を含んでいる材料を
用いることもできる。
【０１１９】すなわち、本発明者が独自に行った実験の
結果、非磁性体スペーサ層にＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、
Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄのうちから選ばれる少なくともひとつ
の元素を添加すると、機能層１２と記録層１１との間で
大きな直交交換相互作用が得られることが判明した。ま
た、スペーサ層７１にこれらの材料を用いた場合にも、
直径３．５インチのディスクの全面に渡って直交交換相
互作用が均一であることも確認でき、磁気記録媒体に充
分に用いることができることがわかった。
【０１２０】これらの元素を添加して直交交換相互作用
が発現するメカニズムは必ずしも明確ではない。Ｃｒや
Ｍｎスペーサ層の場合と類似した、スペーサ層中の微量
元素のスピンが介在した交換作用に起因すると推定され
る。
【０１２１】本発明者は、磁性元素を添加した場合に
は、添加量が４５原子％を越えたり、添加した元素が凝
集して大きな粒子を形成し、結果としてスペーサ層７１
が磁性体となった場合に直交交換相互作用が小さくなる
ことを見出した。この結果は上記の仮定をある程度裏付
けるものである。従って、磁性元素であるＣｏ、Ｆｅ、
Ｎｉについては、添加量を４５原子％以下とすることが
望ましく、凝集が起こりにくい１５原子％以下とするこ
とがより望ましい。添加量が０．０１原子％未満の場合
には、直交交換相互作用発現効果ははっきり得られなか
った。
【０１２２】磁性元素以外の元素では、添加量を制限す
べき上限は特に見いだせていない。このことは、例えば
Ｍｎスペーサ層が直交交換相互作用を発現するのに有効
であることからも明らかである。
【０１２３】スペーサ層７１を構成するマトリクスとし
て非磁性体材料としては、少なくとも、ルテニウム（Ｒ
ｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウ
ム（Ｉｒ）、テクネチウム（Ｔｃ）、金（Ａｕ）、銀
（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、シリコン（Ｓｉ）の場合に大き
な直交交換結合が得られた。
【０１２４】一方、本実施形態においては、スペーサ層
７１と機能層１２との界面、あるいはスペーサ層７１と
記録層１１との界面、あるいはこれら両方の界面が、あ
る程度の「荒れ」を有することが望ましい。
【０１２５】すなわち、本発明者は、記録層１１と機能
層１２との間で直交交換相互作用をもたらすスペーサ層
７１を見出すべく数多くの実験を重ねた。スパッタ条件
やターゲットへの投入パワーを振った実験を繰り返すう
ちに、スペーサ層７１と機能層１２との界面、あるいは
スペーサ層７１と記録層１１との界面、あるいはこれら
の両方が荒れていて、その平均粗さが０．５ｎｍ以上で
ある場合に、大きな直交交換相互作用が得られることを
見出した。この場合も、直径３．５インチのディスクの
全面に渡って直交交換相互作用が均一であることも確認
し、磁気記録媒体に充分に用いることができることがわ
かった。ここでいう「表面荒れ」は、同一条件で作成し
た機能層１２の表面あるいはその上に堆積したスペーサ
層７１の表面を、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy：
原子間力顕微鏡）で探査し、数値処理により得られた値
である。また、あらかじめ表面粗さのわかっている条件
で機能層１２、スペーサ層７１、記録層１１と連続的に
成膜し、その後断面ＴＥＭ（Transmission Electron Mi
croscopy：透過電子顕微鏡）によって観察したところ、
同じ表面粗さが得られることが判明した。このことは、
断面ＴＥＭ観察においても界面の荒れを見積もることが
できることを意味している。
【０１２６】界面の荒れが直交交換相互作用をエンハン
スする理由は必ずしも明確ではないが、界面における元
素の相互拡散による磁気分極の変化や、長距離交換相互
作用の競合などの要因が考えられる。
【０１２７】一方、本実施形態においては、スペーサ層
７１を島状構造または網目状構造としてもよい。
【０１２８】図９は、このような島状構造または網目状
構造のスペーサ層７１を有する磁気記録媒体の断面構造
を例示する模式図である。同図については、図１乃至図
８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を
付して詳細な説明は省略する。
【０１２９】同図に表したように、スペーサ層７１は、
断面において分断して形成され、スペーサ層７１が欠落
している欠落部９１が形成されている。
【０１３０】この構造は、本発明者の独自の実験におい
て、スパッタ条件やターゲットへの投入パワー、あるい
はスペーサ層７１の膜厚を種々に変化させた実験を繰り
返すうちに見いだされたものであり、スペーサ層７１が
島状構造または網目状構造になっていると大きな直交交
換相互作用が得られることが分かった。この場合も、直
径３．５インチのディスクの全面に渡って直交交換相互
作用が均一であることも確認し、磁気記録媒体に充分に
用いることができることがわかった。
【０１３１】図１０は、スペーサ層７１における島状構
造を平面的に例示した模式図である。
【０１３２】また、図１１は、スペーサ層７１における
網状構造を平面的に例示した模式図である。
【０１３３】いずれの構造においても、スペーサ層７１
は欠落部９１を有する。この欠落部９１においては、機
能層１２と記録層１１とが隣接しているものと推定され
る。図１０及び図１１に例示したような構造は、複数の
切り出し面における断面ＴＥＭ観察によって明らかにな
ったが、スペーサ層７１の欠落部９１において機能層１
２と記録層１１とが完全に接しているのかどうかは確認
できなかった。おそらく、両層の元素とスペーサ層の元
素とがある程度混合した状態になっているものと推定さ
れる。
【０１３４】島状構造における「島」の大きさ、あるい
は網目構造における「網」の大きさが、０．５ｎｍより
も小さい場合には直交交換作用の効果を確認できなかっ
た。また、これらが５０ｎｍよりも大きい場合には、記
録層１１の磁化反転ユニット間で直交交換相互作用の不
均一性が発生する虞があるため、望ましくない。
【０１３５】スペーサ層７１が島状構造または網目状構
造の場合に直交交換相互作用が起こる原因は必ずしもあ
きらかではない。前述したようなスペーサ層７１の「荒
れ」が生ずる効果と同様なメカニズムが作用している可
能性がある。これに加えてさらに、機能層１２と記録層
１１とスペーサ層７１の材料の混合の効果が重畳されて
いる可能性もある。
【０１３６】本実施形態においてはまた、スペーサ層と
機能層１２との界面、あるいはスペーサ層７１と記録層
１１との界面、あるいはこれらの両方に、島状構造また
は網目状構造になっている界面層を設けてもよい。
【０１３７】図１２は、このような界面層を有する磁気
記録媒体の断面構造を例示する模式図である。同図につ
いても、図１乃至図１１に関して前述したものと同様の
要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３８】図１２は、スペーサ層７１の上下に界面層
１１１が存在する場合を例示する。島状あるいは網目状
の界面層１１１の一部が、機能層１２あるいは記録層１
１と接している。この構造は、複数の切り出し面におけ
る断面ＴＥＭ観察によって明らかになった。
【０１３９】この構造も、本発明者の独自の実験におい
て、スパッタ条件やターゲットへの投入パワー、あるい
はスペーサ層７１の膜厚を種々に変化させた実験を繰り
返すうちに見いだされたものであり、直径３．５インチ
のディスクの全面に渡って直交交換相互作用が均一であ
ることも確認し、磁気記録媒体に充分に用いることがで
きることがわかった。
【０１４０】界面層１１１の材料としては、機能層１
２、記録層１１、スペーサ層７１に用いられている材料
であってもよく、あるいはそれらとは異なる組成のもの
であってもよい。また、界面層１１１の材料として、ル
テニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒ
ｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、テクネチウム（Ｔｃ）、金
（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、シリコン（Ｓ
ｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、
パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、またはアルミニウム（Ａｌ）を用いた場合に、特
に顕著な直交交換結合作用が得られた。
【０１４１】このような界面層１１１を設けると直交交
換結合が得られるメカニズムは、前述した界面の荒れの
効果と同様なものであると考えられ、上記した元素以外
のものを用いた場合でも有効な可能性が高い。また、機
能層１２、記録層１１、スペーサ層７１、界面層１１１
の材料の混合の効果が重畳されている可能性もある。
【０１４２】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施の形態として、機能層１２が反強磁性体あるいは
フェリ磁性体からなり、かつ界面において相対するスピ
ンの両方が存在する磁気記録媒体について説明する。
【０１４３】図１３は、本実施形態にかかる磁気記録媒
体の要部断面を表す模式図である。すなわち、同図は機
能層１２と記録層１１の部分を表し、機能層１２におい
て互いに競合するスピン１２１ａと１２１ｂの両方が、
界面に現れる状態を表す。
【０１４４】一方、図１４は、比較例として、機能層１
２の競合するスピン１２１ａと１２１ｂのうちのスピン
１２１ａのみが界面に表れている場合を表す模式図であ
る。なお、図１３及び図１４には、機能層１２も記録層
１１も面内磁化の場合を例示したが、垂直磁化／垂直磁
化の場合も同様である。図１３に表したように、競合す
るスピンの両方が界面に現れている場合に大きな直交交
換相互作用が得られる。
【０１４５】機能層１２がフェリ磁性あるいは反強磁性
を有する場合、その膜中には相反する方向を向くスピン
１２１ａ、１２１ｂが形成されている。ここで、「競合
するスピン」とはこれら相反する方向を向くスピン１２
１ａ、１２１ｂを意味する。機能層１２の材料として用
いるものの結晶軸や熱磁界履歴の与え方を変えることに
よって、界面にあるスピン１２１ａ、１２１ｂの配列の
具合を調整することができる。
【０１４６】このように競合するスピンが界面に表れた
場合に、直交交換結合が顕著となるメカニズムは必ずし
も明確ではないが、記録層１１と機能層１２とが直接接
合していると考えると、界面でフェロ結合とアンチ・フ
ェロ結合とが競合する。このために直交交換相互作用が
エネルギー安定条件として発現することが推測される。
この現象は、機能層１２と記録層１１とが直接的に接合
している場合のみならず、第６実施形態に関して前述し
たように、スペーサ層７１を設けた場合（Ｍｎ、Ｃｒ及
びその合金、添加元素、界面の荒れ、島状スペーサ層、
島状界面層）にも再現できた。従って、第６実施形態に
おけるスペーサ層関連の効果と、本実施形態におけるス
ピン競合の効果の共存は、直交交換結合相互作用の発現
のために重要であると考えられる。
【０１４７】（第８の実施の形態）次に、本発明の第８
の実施の形態として、第１乃至第７の実施形態に関して
前述したいずれかの磁気記録媒体を搭載した磁気記録装
置について説明する。
【０１４８】図１５は、このような磁気記録装置の概略
構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の
磁気記録装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用
いた形式の装置である。同図において、磁気記録媒体デ
ィスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示し
ない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しな
いモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気
記録装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えた
ものとしてもよい。
【０１４９】媒体ディスク２００に格納する情報の記録
再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペン
ション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッド
をその先端付近に搭載している。
【０１５０】媒体ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あ
るいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆ
る「接触走行型」であってもよい。
【０１５１】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１５２】アクチュエータアーム１５５は、スピンド
ル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベ
アリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６
により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１５３】図１６は、アクチュエータアーム１５５か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。サスペンション１５４の先端には、磁気ヘ
ッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられて
いる。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読
み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４
とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各
電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘ
ッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０１５４】本発明によれば、媒体ディスク２００とし
て、第１乃至第７実施形態に関して前述したいずれかの
磁気記録媒体を用いることにより、従来よりも高い記録
密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を
確実に読みとることが可能となる。
【０１５５】ここで、本発明による磁気記録媒体（媒体
ディスク２００）は、機能層１２と記録層１１とを有
し、その両方に情報が記録される。従って、本発明の磁
気記録装置１５０においても、その両方が再生できるよ
うになっている。このような磁気ヘッドは、記録層１１
と機能層１２のそれぞれのスピンの向きに対応した構造
を再生素子部が有していれば良い。例えば、垂直磁化／
面内磁化の組み合わせを採用する場合には、垂直磁化再
生用の素子と面内磁化再生用の素子を両方持っている磁
気ヘッドを用意すればよいし、また、面内磁化用の再生
素子で垂直の再生もできるのであれば再生素子の数とし
ては一つでも充分である。これらの再生素子は、図示し
ない別々のスライダに設置されていても良いし、図１６
に表したように同一スライダに設置されていても良い。
図１６に表したように、同一のスライダ１５３に同じプ
ロセス工程で同時に作りこむようにすれば、製造コスト
の点で好ましい。
【０１５６】また、同一の再生素子により、機能層１２
と記録層１１の記録磁区からの漏洩磁界を一度に検出
し、信号処理で弁別する方法をとっても良い。この方法
を用いれば、素子を構成する部品の数を少なくできるの
で好ましい。信号処理で弁別する方法としては、記録周
波数を変える、変調コードを変える等の方法がある。
【０１５７】たとえば、垂直磁化／面内磁化の組み合わ
せ場合でも、いずれの層についても媒体に対して垂直方
向に分割された記録磁区からの漏洩磁界を検出すること
となる。従って、検出するための素子、具体的には漏洩
磁界を検出するヨークは共通であっても構わない。この
場合には、単層の磁気記録媒体に用いるのと同じ構成の
再生素子を用いることができて好ましい。弁別も上述の
方法に加えて、垂直磁化膜の再生信号形状はそれを微分
すると面内磁化膜の再生信号形状になるという特徴を使
うこともできる。それぞれの信号形状が持っている周波
数成分が異なるので、フィルタリングが容易である。ま
た、異なる変調コードを用いることが容易である。
【０１５８】図１７は、面内磁化／面内磁化の組み合わ
せの場合に用いることができる再生素子を表す概念図で
ある。すなわち、同図は、再生素子のうちのヨーク部１
４１と磁界検出素子１４２（例えばＧＭＲ素子）の部分
のみを取り出して模式的に表したものである。ヨーク部
１４１は、主に磁性体により構成され、記録媒体が発生
する漏洩磁界が効率的に通過する経路を提供する。磁化
検出素子１４２は、ヨーク部１４１を通過した磁界を電
気信号等に変換する。
【０１５９】図中の矢印１４３、１４４は、それぞれ記
録媒体の機能層と記録層のスピンの向きを示す。ヨーク
部１４１の終端部を媒体が発生する漏洩磁界の向き（た
いていはスピンの向きと同じ）に向けると、磁界通過効
率が向上して好ましい。記録媒体の走行方向（ディスク
の周方向）は、スピン１４３、１４４と無関係で構わな
いが、磁気ヘッド作成の容易さの観点からは、スピン１
４３、１４４のいずれかがディスクの周方向であるほう
が好ましい。
【０１６０】高密度の記録を行うには再生ギャップを小
さくする必要がある。そのためにはヨークの媒体対向部
の間隙を小さくしなければならず、そうすると図１７の
ような構成は困難になる。
【０１６１】図１８は、このような場合に用いることが
できる磁気再生素子の構成を例示する概念図である。す
なわち、同図に例示した再生素子においては、スピン１
４３の方向に沿った一対のヨーク１４１ａと、スピン１
４４の方向に沿った一対のヨーク１４１ｂとを有する。
それぞれのヨークは一方が共通化され、そこに磁化検出
素子１４２が設けられている。このような構造をとるこ
とによって、狭ギャップの要求も同時に満たすことがで
きる。
【０１６２】一方、本発明の磁気記録装置１５０はま
た、機能層に情報を記録し、かつ記録層に情報を記録す
るための一つ以上の素子を有するものとすることもでき
る。
【０１６３】前述した、機能層の情報を再生し、かつ記
録層の情報を再生するために一つ以上の素子を持つヘッ
ドを用いる磁気記録装置において、記録ヘッドを二つ設
ける必要は必ずしもない。それは、ユーザが記録する必
要のないＲＯＭ（Read OnlyMemory）情報を片方の層に
記録する場合も想定されるからである。このようなＲＯ
Ｍ情報の内容は、用いるシステムによって多種多様であ
り、その内容に応じて本発明に技術的な特徴を付加しう
る。
【０１６４】磁気記録ヘッドを２つ設けないようにする
と、コストの増加や装置の複雑化などを抑えることがで
きるというメリットがある。一般に、再生ヘッドから遠
い方が分解能が小さくなるので、ＲＯＭ情報に高密度・
高転送速度を要求するようなシステムに使う磁気記録装
置とする場合には、ＲＯＭ情報は記録層１１に保存した
方が良く、ＲＯＭ情報に低密度・低転送速度を要求する
ようなシステムに使う磁気記録装置とする場合にはＲＯ
Ｍ情報は機能層１２に保存した方が良い。
【０１６５】しかしながら、ユーザエリアを限度いっぱ
い要求するようなシステムに使う磁気記録装置を提供す
る場合には、記録用の素子を記録層用と機能層用の二つ
設けるのが好ましい。一つの素子で両方の機能が果たせ
るのであれば、当然素子数は一個でよい。例えば、垂直
磁化／面内磁化の組み合わせの場合には、垂直記録素子
と面内記録素子を両方有する記録用磁気ヘッドを用意す
ればよい。
【０１６６】あるいはリングヘッドで垂直磁気記録を行
う例も報告されているので、単一のリングヘッドで垂直
と面内の二つの記録を行なっても良い。リングヘッドを
二つ設けても良い。その際には製造プロセスが簡単にな
り、磁気記録媒体に軟磁性下地層を設けなくても良いと
いう利点がある。
【０１６７】これらの素子は別々のスライダに設置され
ていても良いし、図１６に例示した如く同一スライダ１
５３に設置されていても良い。また、同一部位に同じプ
ロセス工程で同時に作りこむようにすれば製造コストの
点で好ましい。
【０１６８】本発明による磁気記録装置１５０はまた、
媒体２００の機能層１２に少なくともトラッキング情
報、あるいはサーボ情報、あるいはアドレス情報を記録
するものとすることができる。
【０１６９】この場合の磁気記録装置１５０の構成部分
の満たすべき要件は、前述のものと同様である。ただ
し、機能層１２には少なくともトラッキング情報、ある
いはサーボ情報、あるいはアドレス情報が記録されてい
ることに特徴がある。前述したように、媒体２００の機
能層１２は、記録層１１に比べて磁気ヘッドからの距離
が大きいために、記録層１１よりは高密度の記録が容易
でなくなる。
【０１７０】これに対して、一般に、トラッキング情
報、あるいはサーボ情報、あるいはアドレス情報などの
情報は、ユーザが記録するコンテンツとしての情報より
も低密度（基準周波数が低い）でよい。従って、機能層
１２に少なくともこれらの情報を保存することは、本発
明の磁気記録装置の特性を有効に利用する上で大きなメ
リットとなる。またこの場合でも、機能層１２に対して
ユーザが情報を書き込めるようになっていてもなってい
なくても構わない。ユーザが情報を書き込めると物理フ
ォーマット等をユーザが再度設定できるので好ましい。
また、ユーザが機能層に情報を書き込めないようにする
と、機能層に対する記録ヘッドがなくヘッド構成が簡単
になってコストが下がる点で好ましい。
【０１７１】（第９の実施の形態）次に、本発明の第９
の実施の形態として、磁気記録媒体を加熱する加熱手段
を備え、機能層と記録層との間の室温で直交関係となる
方向に作用する交換結合相互作用がなくなる温度ＴｃＥ
に対して、Ｔｗ＞ＴｃＥ なる関係が成り立つ記録温度
Ｔｗが与えられるように記録時に加熱を行なう磁気記録
方法およびその磁気記録装置について説明する。
【０１７２】本実施形態においても、第１乃至第７実施
形態に関して前述したいずれかの磁気記録媒体を用いる
ことができる。また、本実施形態にかかる磁気記録装置
の構成部分のうち、磁気記録媒体の加熱手段を除いた大
部分は第８実施形態に関して前述したものと同様であ
る。
【０１７３】記録層１１を加熱する手段は、記録温度に
達する部分が局所的であれば、ディスク全面を加熱する
もの、あるいは局所的に加熱するもの、どちらでもよ
い。一般に、記録保持特性や使用電力を考えると局所的
に加熱して、媒体の大部分は室温、あるいは室温付近の
温度に保つ方が好ましい。高速かつ局所的な加熱を行な
うためには、光ディスクに用いられているようなレーザ
を用いるもの、あるいは誘導加熱を行なうもの、電磁波
を放出するもの、電熱線等で加熱されたプローブを近づ
けたり遠ざけたりするもの、電子線を放出するもの等が
挙げられる。
【０１７４】また、より局所的な加熱を行なうために
は、レーザ光をレンズ等を用いて媒体面状で絞りこむよ
うな方式、レーザ光（電磁波）を微小開口やソリッドイ
マルジョンレンズを用いて近接場光とする方式、プロー
ブ先端に微細なアンテナを作製してそこから誘導加熱を
行なう方式、加熱プローブの媒体対向部の形状をできる
限り先鋭化したり近づける距離をより短くしたりする方
法、電子線放出プローブの媒体対向部の形状をできる限
り先鋭化する方法等が挙げられる。これらの手法を用い
た加熱装置は媒体の記録面側にあってもいいし、その反
対面側にあっても構わない。
【０１７５】磁界を印加する手段は、図１５に表したＨ
ＤＤで用いられているような浮上スライダ１５３の端面
に誘導コイルと磁極からなる磁気回路を有するものでも
よいし、永久磁石を設置してもよいし、媒体に磁性体層
をさらに追加し、温度分布あるいは光照射による磁化分
布で瞬間的、局所的な磁界を発生させてもよいし、情報
の記録を行なう磁性体層自身から発生する漏洩磁界を利
用してもよい。永久磁石を設置する場合には、それと媒
体との距離を可変にする、磁石を微細化する、等の工夫
によって、高速・高密度の磁界印加ができるようにな
る。
【０１７６】本実施形態においては、機能層１２と記録
層１１との間の直交交換結合相互作用がなくなる温度Ｔ
ｃＥよりも高い温度に加熱した状態で記録を実行する。
そこで、次に、この温度温度ＴｃＥの測定方法について
説明する。
【０１７７】機能層１２と記録層１１との間の交換結合
相互作用が消失する温度ＴｃＥは、ヒステリシスループ
や磁気トルク曲線およびその温度依存性によって調べる
ことができる。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）などによっ
て磁気特性を測る場合には１０分ほどは加熱状態を保つ
必要があり、また昇温速度も短くはできないので、試料
は概ね１時間程度その温度に保持されることになる。薄
膜磁性体の場合、この長時間にわたる高温保持によって
非可逆な微細構造変化が起こり、正確な磁気特性評価が
できない可能性がある。光磁気記録媒体として使われて
いるアモルファス希土類・遷移金属合金の場合には、そ
のような変化は比較的起こりにくいが、ＨＤＤ媒体とし
て用いられているＣｏＣｒＰｔ系媒体などは、微細構造
の変化が２００℃程度で起こる場合もある。そのような
場合には、室温あるいはそれ以下の温度から構造変化が
起こる温度までの磁気特性の変化を高温側に外挿すれば
良い。本発明による磁気記録装置におけるＴｃＥの要請
は、実質的に、直交交換結合の存在によるヒステリシス
ループやトルク曲線の変化が測定装置上で現れなくなる
温度であれば良い。
【０１７８】ＴｃＥ判定の目安となる直交交換相互作用
の存在は、直交する二つのスピンの存在する面内におい
て、両者と４５度になる角度の方向でヒステリシスを調
べる、あるいはトルクカーブによってわかる。
【０１７９】図１９は、本発明による面内磁化／面内磁
化の組み合わせの磁気記録媒体の要部を上から見た概念
図である。
【０１８０】また、図２０は、本発明により垂直磁化／
面内磁化の組み合わせの磁気記録媒体の要部の断面を表
す概念図である。
【０１８１】それぞれにおいて、スピン２１ａを有する
記録層１１と、スピン２１ｂを有する機能層１２とが設
けられ、これに対して、トルク曲線の測定方向１６１、
ＶＳＭの測定方向１６２を例示した。直交交換相互作用
がある場合にはどのようなヒステリシス・トルク曲線が
得られるかは場合により多様で、一概に記述できない。
しかし、交換結合していない特性（独立なヒステリシス
の単純な重ね合わせ）、あるいはフェロ結合、アンチ・
フェロ結合のみがある場合（単純な一軸性の垂直膜、面
内膜、反強磁性膜、フェリ磁性膜としての特性を示す）
とは明らかに違う曲線が得られる。具体的にどの程度の
直交交換結合があるかは、全体の凝集エネルギーを最小
にするスピンの向きを計算する比較的簡単なシミュレー
ションで求めることができる。温度を変えながらヒステ
リシスやトルク曲線の測定を行い、この特徴的な特性が
得られなくなったら、その温度がＴｃＥである。
【０１８２】次に、図２１乃至図２４を参照しつつ、本
実施形態にかかる磁気記録装置および磁気記録方法の作
用について詳細に説明する。
【０１８３】図２１は、二つのスピンＳ１、Ｓ２の状態
を模式的に表した概念図である。図中上側のスピンＳ１
を反転させようとする場合、仮に両者が直交関係を保っ
たまま反転できれば下側のスピンにまったく影響を与え
ずに反転させることができる。同図の場合は、紙面に垂
直な面内で反転させることに相当する。しかし、実際の
磁気記録媒体では、記録磁界によるトルクは必ずしもこ
の方向にはかからない。
【０１８４】例えば、図示したように紙面内で上下のス
ピンＳ１、Ｓ２の間に角度θが発生してしまうと、下の
スピンＳ２はそれと直交するように矢印１８１で表した
力を受けてしまう。そうすると、記録層１１と機能層１
２とをまったく無関係に磁化反転できなくなり、場合に
よっては記録層１１のみを反転させたいのに機能層１２
のスピンも変わってしまう場合がある。大抵の場合に
は、図２１における上側のスピンＳ１はエネルギー消費
が最小になる経路を通って反転するはずであり、例え
ば、図中の角度θの値を保ったまま紙面に垂直な面内で
回転する。しかし、下側のスピンＳ２の異方性エネルギ
ーが極めて小さい場合などには問題となる可能性があ
る。そういう場合には、加熱によって直交交換結合相互
作用を遮断して磁化反転させる方法を取ると良い。その
作用について以下に説明する。
【０１８５】図２２は、磁気記録媒体の断面構造で、記
録層１１と機能層１２における磁化の反転の様子を模式
的に示したものである。説明の便宜上、記録層１１が垂
直磁化で機能層１２が面内磁化の異方性を持っている場
合について表したが、以下の説明はあらゆる組み合わせ
に対して適用できる。
【０１８６】まず、初期状態として、図２２（ａ）に表
したように、記録層１１におけるすべての磁化が下向き
に設定されている場合を想定する。そして、これに記録
ヘッドより上向きの磁界を印加して、上向きスピンを持
つ記録磁区を形成する過程を以下に説明する。以下の説
明においては、３本のスピン２１ａのうちの真中の部分
だけを加熱し反転させる過程（記録過程）を考える。こ
の場合に、図２２（ａ）乃至（ｄ）の順にステップが進
行して記録が行われる。
【０１８７】すなわち、図２２（ａ）は、室温（Ｔａ）
での初期状態を表す。
【０１８８】次に、図２２（ｂ）に表したように、媒体
を加熱し、加熱部分１９１の温度が交換結合がなくなる
温度ＴｃＥに達した状態とする。すなわち、この状態に
おいては、加熱部分１９１において、機能層１２と記録
層１１との交換結合が消失している。
【０１８９】但しこのとき、記録層１１あるいは機能層
１２のモーメントは必ずしも消失する必要はない。例え
ば、機能層１２と記録層１１との間隙が機能層１２の原
子間距離（あるいは反強磁性結合しているモーメント間
の距離）よりも長い場合には、機能層１２内のモーメン
ト間の結合が切れる温度よりも低い温度で機能層１２と
記録層１１との層間結合が切れる。この場合には、機能
層１２、記録層１１ともに磁化（モーメント）を持って
いるが、両者に交換結合相互作用はない。
【０１９０】また、多少の交換結合相互作用があって
も、実質的に無視しうる程度である場合も当然に存在す
る。例えば、記録磁界や記録層の保磁力が１００ Ｏｅ
（エルステッド）のオーダーにある場合に、磁界に換算
した交換結合力Ｈｅｘが０．１Ｏｅのオーダーであるな
らば、それは本発明による磁気記録装置及び磁気記録方
法において、無視できる。
【０１９１】次に、図２２（ｃ）に表したように、媒体
の温度を記録温度Ｔｗに上昇させ、かつ記録ヘッドによ
って上向きの磁界を印加する。この状態においては交換
結合相互作用がなくなっているので、記録層１１は機能
層１２のスピンにまったく影響を与えずに、ヘッドの印
加磁界ベクトルによって決まる任意の経路を辿って効率
的に磁化反転する。その結果、図示したようにスピンは
上向きとなる。
【０１９２】その後、図２２（ｄ）に表したように、お
んどを室温まで降下させる。
【０１９３】以上説明したように、媒体を加熱すること
によって、より効率的に記録層１１のみの磁化反転が可
能になる。この作用は機能層１２のみを反転させる場合
にも同様に適用できる。磁化反転が効率的に行なえるよ
うになるので、より高密度の磁気記録が行えるようにな
るだけでなく、記録層や機能層の材料選択の幅が広がり
好ましい。
【０１９４】ところで、直交交換相互作用と同時にフェ
ロ結合あるいはアンチ・フェロ結合の交換相互作用が存
在する場合があることが知られている。本発明による磁
気記録媒体および磁気記録装置によって室温で記録動作
を行なう際には、このような相互作用の存在はあまり好
ましくはない。しかしながら、媒体の加熱を行なうこと
によって、この相互作用を逆に利用して効率よい磁化反
転を行なうことができるようになり、より高密度の磁気
記録ができるようになる。その作用を以下に説明する。
【０１９５】図２３は、直交交換相互作用２０１と、フ
ェロあるいはアンチ・フェロの交換相互作用２０２の温
度依存性を模式的に表したものである。本発明者は、種
々の交換結合の特徴を調べていくうちに、図２３に例示
したように、フェロあるいはアンチ・フェロ交換相互作
用の消える温度が、直交交換相互作用の消える温度Ｔ
ｃＥよりも高い場合と低い場合とがあることを見出し
た。さらに検討を重ねた結果、この特徴をうまく利用す
ればより効率的な磁気記録ができることを知得するに至
った。すなわち、ＴｃＥよりも高い温度ではスピン間に
はフェロあるいはアンチ・フェロの交換相互作用のみが
作用し、その影響を受けてスピン間のなす角度は９０度
よりも小さくなる。この状態で記録磁界が印加される
と、磁界の印加方向はスピンの方向とずれるためにより
小さなエネルギーで反転できるのである。
【０１９６】図２４は、この過程を表す概念図である。
すなわち、図２４は、磁気記録媒体の断面構造を表し、
記録層１１と機能層１２における磁化の反転の様子を模
式的に表したものである。図１乃至図２３と同様の要素
には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１９７】図２４は、初期状態として記録層１１にお
けるすべての磁化が下向きに設定されており、これに記
録ヘッドより上向きの磁界を印加して、上向きスピンを
持つ記録磁区を形成し、三本あるスピンのうちの真中の
部分だけを加熱し反転させる過程（記録過程）を表す。
【０１９８】まず、同図（ａ）に表したように、室温
（Ｔａ）においてスピンが上向きに揃った状態とされて
いる。
【０１９９】次に、図２４（ｂ）に表したように、媒体
を局所的に加熱し、加熱部分１９２の温度が概ね直交交
換結合がなくなる温度ＴｃＥにまで昇温する。
【０２００】すると、図２４（ｃ）に表したように、直
交交換結合はなくなったが、フェロ相互作用が存在する
ため記録層１１のスピンは機能層１２のスピンと同じ向
きに向く。
【０２０１】次に、図２４（ｄ）に表したように、媒体
温度が記録温度Ｔｗに達し、かつ図示しない記録ヘッド
によって上向きの磁界を印加することにより、加熱部分
１９２のスピンを上向きに反転する。この際には、記録
層１１のスピンは予め横を向いていた（図２４（ｃ））
ために、例えば図２２（ｂ）→（ｃ）のときのようなス
ピンと同じ方向に記録磁界を印加する場合と比べて、よ
り少ないエネルギーで磁化反転ができる。
【０２０２】そして、図２４（ｅ）に表したように、室
温まで冷却してスピンは固定される。
【０２０３】以上説明したように、媒体を加熱すること
によってより効率的に記録層１１のみの磁化反転が可能
になる。この作用は機能層１２のみを反転させる場合に
も同様に適用でき、また、直交交換相互作用がなくなっ
たときに残存している交換相互作用がアンチ・フェロの
場合にも適用できる。
【０２０４】本実施形態によれば、磁化反転が効率的に
行なえるようになるので、より高密度の磁気記録が行え
るようになるだけでなく、記録層や機能層の材料選択の
幅が広がり好ましい。
【０２０５】以上、具体例を参照しつつ、本発明の第１
乃至第９の実施の形態について説明した。以下、実施例
を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細
に説明する。
【０２０６】（第１の実施例）まず、本発明の第１の実
施例として、機能層と記録層との間にスペーサ層を設け
た構造において、直交交換結合作用を有することによる
熱揺らぎ回避効果を確認するための実験の詳細について
説明する。
【０２０７】本実施例においては、図８に表した断面構
造を有する磁気記録媒体を作製した。
【０２０８】具体的には、直径３．５インチのガラス基
板（１３）上に、Ｐｔ下地層５０ｎｍを堆積し、その上
にＦｅＰｔ−Ｂ機能層（１２）１５ｎｍ、Ｍｎスペーサ
層（７１）０．４ｎｍ、ＣｏＰｔＣｒ記録層（１１）１
５ｎｍ、Ｃ保護層（１４）３ｎｍを順次スパッタ法によ
って積層し、その後、表面に潤滑剤を塗布した。ＦｅＰ
ｔ−Ｂ機能層（１２）の成膜の際には、基板温度を約４
００℃に加熱した。この加熱処理によって機能層（１
２）の磁気異方性の向きが基板に対して４５度の角度で
立ち上がった。一方、記録層（１１）は、面内磁化膜と
なった。
【０２０９】すべての層の成膜工程は真空を破らずに連
続して行なったが、別の実験よりこの条件で交換結合多
層膜が形成できることを確認している。
【０２１０】このディスク試料のＭ−ＨループをＶＳＭ
にて測定した。膜面に垂直な方向に磁界を印加してヒス
テリシスを調べたところ、図２５に模式的に表したよう
な特性が得られた。
【０２１１】このヒステリシスの理解のために、Ｍｎス
ペーサ層（７１）を用いない媒体も比較例として同時に
作成した。この場合、機能層（１２）と記録層（１１）
とはフェロ結合しており、かつ機能層（１２）が優勢な
磁気特性を持っていて、図２６に模式的な表したような
ヒステリシス特性が得られた。
【０２１２】図２６には、ヒステリシスループの各点で
の機能層（１２）と記録層（１１）のスピンの向きを併
せて模式的に表した。大きな磁界が印加されている状態
では、両方ともスピンは磁界の方向に向く。これが同図
に表した状態Ａである。外部磁界が小さくなると、機能
層は斜め方向の強い異方性を持つのでスピンは斜めに向
く。同時に記録層のスピンも交換結合によって斜めに向
く。そして、異方性の向きに完全に向いた状態Ｂとな
る。スピンが斜めに向いていく過程は外部磁界に対して
緩やかに進むため、ヒステリシス上は緩やかなカーブを
描く。
【０２１３】状態Ｂがエネルギー的に安定であるため
に、それ以降の印加磁界の減少→逆方向への増加の過程
においてスピンはほとんど動かない。このためヒステリ
シスはほぼ水平な直線状となる。そして機能層のスピン
に作用する総外部エネルギーが異方性エネルギーを越え
た時点で機能層のスピンは反転する。同時に記録層のス
ピンも反転する。これが状態Ｃである。この過程はエネ
ルギー極小点間の転移であるため急峻に起こり、ヒステ
リシスは垂直な直線状となる。
【０２１４】このあと外部磁界が大きくなるにつれて機
能層のスピンが外部磁界にならいはじめ記録層のスピン
もこれに従う。充分に大きな磁界が印加されて状態Ｄに
達する。
【０２１５】以上の過程を参照しつつ、実施例として作
成した媒体のヒステリシスとして図２５に表した特性を
以下に説明する。
【０２１６】図２７は、図２５のヒステリシスループの
各点での機能層（１２）と記録層（１１）のスピンの向
きを併せて模式的に表した説明図である。基本的なスピ
ンの動きは、図２６に関して前述したものと同様であ
る。
【０２１７】すなわち、充分に大きな磁界で飽和した状
態Ａから、機能層（１２）のスピンが傾き始め異方性の
向きに向いた状態Ｂに移行する。ここまでは図２６に表
した参考例の場合と同様である。この後、印加磁界が減
少した時点で今度は記録層（１１）のスピンが紙面に垂
直な方向に回転を始め、エネルギー極小点である状態
Ｂ’へと移行する。この後は、図２６の場合と同様に、
機能層（１２）及び記録層（１１）のスピンの急峻な反
転が起こり（状態Ｃ）、磁界と同じ向きに揃う（状態
Ｄ）。
【０２１８】このように、ヒステリシスループの解析に
より、この媒体は直交交換相互作用が存在することがわ
かった。この例の場合は直交交換相互作用と同時にフェ
ロ交換相互作用も存在する。
【０２１９】次に、図２７の状態Ｂ’において、面内方
向のヒステリシスループを測定した。ただし、印加磁界
をそれほど大きくせず、記録層（１１）の磁化反転が起
こった時点で磁界を減じるようにした。その結果、記録
層（１１）単独の場合と同様のループ特性が得られた。
このことは、機能層（１２）のスピン状態に何ら変化を
与えずに記録層（１１）のみの磁化反転ができたという
ことを意味する。
【０２２０】機能層（１２）と記録層（１１）にはフェ
ロ結合が存在し、また、面内方向の磁界印加は機能層
（１２）のスピンも反転させようとする成分を持つが、
印加磁界が機能層（１２）の磁気異方性よりも小さい
（正確には、機能層（１２）に与えられる総エネルギー
が磁気異方性よりも小さい）ために、機能層（１２）は
磁化反転しない。従って、面内に印加する磁界に関して
は、本実施例の磁気記録媒体と、従来の単一の記録層を
有する磁気記録媒体とで違いはない。つまり同じ面内磁
気記録媒体として作用する。
【０２２１】そこで、面内方向の磁化に関して、従来の
記録層単独の場合と、本実施例による直交交換結合した
媒体とで、熱揺らぎの影響を調べてみた。本実施例の媒
体は、熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）が大きかっ
たので、温度を１２０℃とした加速劣化環境で残留磁化
の減衰度合いを調べた。
【０２２２】図２８は、加速劣化試験の結果を表すグラ
フ図である。すなわち、同図の縦軸は時刻ゼロにおける
磁化量で規格化した相対磁化量を表し、横軸は経過時間
の対数である。特性２５１は本実施例の直交交換結合媒
体、特性２５２は記録層単独からなる媒体の試験結果を
それぞれ表す。図２８から明らかなように、記録層（１
１）と機能層（１２）とを直交交換結合媒体とすること
で記録媒体としての性能を変えずに飛躍的に熱揺らぎ耐
性を向上させることができた。
【０２２３】なお、スペーサ層（７１）をクロム（Ｃ
ｒ）とし、膜厚を０．５ｎｍとして同様の媒体を作成し
たところ、各屈曲点の位置関係は異なるが、図２５と同
様のヒステリシスループが得られた。また、ＭｎとＣｒ
とを同時にスパッタすることにより、スペーサ層（７
１）をＣｒＭｎ合金とする同様の媒体も作成した。その
形成の際に、Ｃｒターゲットへの投入電力を変えること
によりスペーサ層（７１）におけるＣｒ組成比を調節し
た。
【０２２４】図２９は、スペーサ層厚０．４ｎｍの場合
の特性を表すグラフ図である。すなわち、同図の縦軸
は、図２７において状態Ｂ’となる磁界（「安定化磁
界」と称する）を表し、横軸はスペーサ層（７１）のＣ
ｒ組成比を原子％で表す。安定化磁界が存在すること
が、直交交換結合の存在を意味している。図２９から明
らかなように、本実施例においては、全てのＣｒ組成に
おいて１ｋＯｅ以上の安定化磁界が得られることがわか
った。
【０２２５】（第２の実施例）次に、本発明の第２の実
施例として、２層の下地層によって機能層と記録層にそ
れぞれ面内磁気異方性を付与した実験の結果について説
明する。
【０２２６】本実施例においては、図１に例示した積層
構造を有する磁気記録媒体を作製した。具体的には、
３．５インチのＮｉＰめっきＡｌディスク基板（１３）
上に、Ｔｉ第一下地層５０ｎｍ、ＮｉＡｌ第二下地層３
０ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ機能層（１２）１０ｎｍ、Ｃ
ｏＣｒＰｔＴａ記録層（１１）１０ｎｍ、Ｃ保護層（１
４）３ｎｍを順次スパッタ法にて積層し、その後潤滑剤
を塗布した。すべての層の成膜は、真空を破らずに連続
して行なった。
【０２２７】機能層（１２）と記録層（１１）との間に
は、Ｐｔスペーサ層０．２ｎｍを堆積したが、断面ＴＥ
Ｍ観察ではＰｔスペーサ層の存在は確認できなかった。
Ｐｔスペーサ層が薄いのと、採用した成膜方法のために
界面が混合状態となったためと思われる。ここで用いた
スペーサ層の成膜法は、機能層（１２）をＣｏＣｒＴａ
ターゲットとＰｔターゲットを用いた２元同時スパッタ
で作成し、成膜終了時にＣｏＣｒＴａターゲットの印加
プラズマを数秒ほど先に消す、という方法である。
【０２２８】本実施例においては、採用した二つの下地
層の効果で、機能層（１２）、記録層（１１）ともに面
内磁気異方性を持っている。このことは垂直方向のＶＳ
Ｍ測定で困難軸方向特有のヒステリシスが得られたこと
でも確認できた。
【０２２９】図３０は、本実施例の記録媒体の面内方向
のヒステリシスを表すグラフ図である。同図中に挿入し
たスピンの向きの概説図からわかるように、このヒステ
リシスから、機能層（１２）と記録層（１１）とは直交
交換結合していることがわかった。すなわち、大きな磁
界が印加されている状態Ａでは両層とも磁界の方を向
く。そして、磁界が減少していくと、記録層のスピンが
回転して機能層のスピンと直交関係になる（状態Ｂ）。
この回転過程は、スピンの向きと磁界の向きとの影響を
強く受けるので、ヒステリシス上は磁界とともにゆっく
りと変化する曲線となる。
【０２３０】直交関係がエネルギー的に安定なので、逆
方向の磁界が印加され機能層（１２）が磁化反転し始め
るまでこの関係は維持され、磁化反転後は機能層（１
２）のみ向きが異なる形態となる（状態Ｃ）。その後、
逆方向磁界が大きくなると両層ともに外部磁界のほうを
向く（状態Ｄ）。
【０２３１】図３０に例示した具体例においては、外部
磁界に沿うのが機能層（１２）で、それと直交関係にな
るのは記録層（１１）の方であったが、実際には、両層
ともに、形成されている多数のスピンは面内においてラ
ンダムな方向に向いている。従って、ある部分では図３
０に例示したような方位関係になっているし、別のある
部分では、機能層（１２）と記録層（１１）とでスピン
の方位が逆転した方位関係となっている。両者は概ね等
しい割合で媒体中に存在しており、ヒステリシスはその
全体の総和として得られている。
【０２３２】本実施例における直交交換結合は、以下に
説明する方法によっても確認した。まず、面内方向に強
い磁界を印加し、図３０の状態Ｂに対応する状態を形成
した（α過程）。次に、媒体を面内方向に９０度回転さ
せ、状態Ｂとなる磁界まで磁界を印加しゼロ磁界に戻し
た（β過程）。この時点で、α過程で飽和着磁された部
分とβ過程で飽和着磁された部分の両者が媒体中に存在
することになる。
【０２３３】次に、α過程と同じ角度に媒体を戻し、磁
化反転させて状態Ｃに対応する状態を形成した。そし
て、再びβ過程と同じ配置にして磁化量を調べた。
【０２３４】その結果、磁化量にほとんど変化が見られ
ず、磁化反転していないことがわかった。このことはす
なわち、α過程で磁化反転する部分とβ過程で磁化反転
する部分はそれぞれ独立に磁化反転していることを意味
し、直交交換結合の存在の証明となる。
【０２３５】本実施例の記録媒体を用いれば、直行関係
を有する任意の二方向の多値磁気記録ができることは明
かである。比較例として、本実施例の「ＣｏＣｒＰｔＴ
ａ機能層（１２）１０ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ記録層
（１１）１０ｎｍ」の部分をＣｏＣｒＰｔＴａ記録層２
０ｎｍに置き換えた磁気記録媒体を試作した。
【０２３６】これらの媒体の熱揺らぎ特性を、図２８に
関して前述したものと同様の実験により評価したとこ
ろ、図２８と同じ結果が得られた。すなわち、本実施例
と比較例の媒体は、熱揺らぎ耐性はほぼ同じであるが、
記録密度の点では、直交交換結合を有する本実施例の媒
体が、比較例の媒体の約２倍の記録密度を有しているこ
とが確認できた。
【０２３７】このことは、換言すると、本発明によって
媒体の熱揺らぎ耐性を増大させていることにもなる。す
なわち、記録密度は、膜厚と強い相関がある（記録密度
は、残留磁化と膜厚との積（Ｍｒｔ）にほぼ反比例す
る）ので、本実施例で比較例と同じ記録密度にするには
膜厚をほぼ倍にすればよい。そうすると熱安定性係数
（ＫｕＶ）／ （ｋＢＴ）の値は倍になり、熱揺らぎ量
は飛躍的に小さくなる。なお、熱安定性係数（ＫｕＶ）
／（ｋＢＴ）は熱揺らぎによる磁化の変化に指数的に影
響を与えるので、信号劣化量は１／２よりもはるかに小
さくなる。
【０２３８】（第３の実施例）次に、本発明の第３の実
施例として、機能層と記録層との間にスペーサ層を設け
た記録媒体を試作し、さらにそれを搭載した磁気記録装
置を試作した結果について説明する。
【０２３９】本実施例においては、図８に例示した断面
構造を有する磁気記録媒体を作製した。具体的には、
３．５インチのＮｉＰめっきＡｌディスク基板（１３）
上に、Ｔｉ第一下地層５０ｎｍ、ＮｉＡｌ第二下地層３
０ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ機能層（１２）１０ｎｍ、Ｒ
ｈスペーサ層（７１）１ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ記録層
（１１）１０ｎｍ、Ｃ保護層（１４）３ｎｍを順次スパ
ッタ法によって積層し、その後潤滑剤を塗布した。
【０２４０】ここでも、すべての層の成膜は、真空を破
らずに連続的に行なった。ただし、下地層を成膜する前
にテクスチャリング処理を施して、機能層（１２）には
ディスク周方向の異方性を付与し、記録層（１１）を作
成するときにはマスクを用いてディスク半径方向の異方
性を付与した。その後、第２実施例と同様の磁気特性評
価により、機能層（１２）と記録層（１１）との間に直
交交換相互作用が働いていることを確認した。
【０２４１】また、上述の方法と同様の方法により、Ｒ
ｈスペーサ層（７１）の膜厚を変えた媒体を作成した。
また、ＮｉＣｒ合金、ＡｕＰｔ合金、Ｃｒ／Ｐｔ極薄多
層膜（０．２ｎｍ周期）をスペーサ層（７１）とした媒
体もそれぞれ試作した。
【０２４２】これらの媒体について、図３０において状
態Ａから状態Ｂに移行させるために必要な磁界を測定し
た。以下、この磁界を「安定化磁界」と称する。
【０２４３】図３１は、本実施例において試作した記録
媒体における安定化磁界とスペーサ層厚との関係を表す
グラフ図である。同図には本実施例において得られた全
ての結果をプロットしたが、この結果から、５ｎｍ以下
よりも薄いスペーサ層（７１）で直交交換結合が発生す
ることがわかった。
【０２４４】また、スペーサ層（７１）の膜厚が３ｎｍ
以下の場合には、より強い直交交換結合が得られること
がわかった。各材料によって膜厚の依存性は多少異なる
ことも想定されたが、概して、「磁性体」や「貴金属」
といった種類では分類しても優位差は見られなかった。
その理由は、必ずしも明確ではないが、第６実施形態に
関して前述したように、それ単体では磁性を示さなくて
も、堆積することにより磁性（強磁性、反強磁性あるい
はフェリ磁性）を界面近傍で発現するような場合がある
ためであると考えられる。
【０２４５】本実施例の媒体を用いれば、直行関係を持
つ任意の二方向の多値磁気記録ができる。比較例とし
て、本実施例の「ＣｏＣｒＰｔＴａ機能層（１２）１０
ｎｍ、Ｒｈスペーサ層（７１）１ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴ
ａ記録層（１１）１０ｎｍ」の部分を「ＣｏＣｒＰｔＴ
ａ記録層２０ｎｍ」に置き換えた磁気記録媒体を試作し
た。
【０２４６】これらの媒体の熱揺らぎ特性を図２８に関
して前述したものと同様の実験により評価したところ、
同じ特性を示した。すなわち、同じ熱揺らぎ耐性の媒体
であるにもかかわらず、直交交換結合媒体は２倍の記録
密度を有している。
【０２４７】このことは、第２実施例に関して前述した
ように、媒体の熱揺らぎ耐性を増大させていることにも
なる。すなわち、記録密度は膜厚と強い相関があるの
で、本実施例で比較例と同じ記録密度とするには膜厚を
ほぼ倍にすればよい。そうするとＫｕＶ／ｋＢＴの値は
倍になり、熱揺らぎ量は飛躍的に小さくなる。本発明者
は、本実施例の記録媒体を用いて磁気記録装置を作成し
た。すなわち、磁気記録特性評価装置（スピンスタン
ド）に、横手記録用に作成したヘッドと長手記録用ヘッ
ドの二つを装着し、それぞれ異なる周波数でａｌｌ−ｏ
ｎｅパターンの記録を行った。
【０２４８】そして、図１７に例示した構造を有するヨ
ーク（１４１）とＧＭＲセンサ（１４２）を用いた再生
ヘッドが装着されたヘッドをさらに用意し、記録された
情報の再生を試みた。その結果、横手記録用ヘッド・長
手記録用ヘッドでそれぞれ再生した場合よりも６ｄＢほ
ど小さいＣＮＲで再生することができた。
【０２４９】小さい信号になった理由の一つとして、ヘ
ッドが異なることによる「トラックずれ」が考えられ
る。また、ギャップが広いために分解能が不足して結果
として信号強度が減少したことも考えられる。
【０２５０】そこで、図１８の構造をもつヨーク（１４
１ａ、１４１ｂ）とＧＭＲセンサ（１４２）を用いた再
生ヘッドが装着されたヘッドをさらに用意し、記録され
た情報の再生を試みた。その結果、２ｄＢの信号の向上
が見られた。
【０２５１】次に、横手記録用ヘッドでサーボ信号を記
録した。そして、通常の長手記録用のヘッドで、再生素
子部のみに図１７の構造のヨークを適用したヘッドを作
成し、それを用いて再生する実験を行なった。ただし、
このとき、横手記録によって作成したサーボ情報をヘッ
ドの図１７の構造の再生ヘッドの横手センサーで検出
し、それによるトラッキング制御を行なうようにした。
その結果、通常の長手記録用ヘッドで再生した場合より
も２ｄＢ小さいＣＮＲで再生することができた。横手記
録領域にトラッキング情報のみ、あるいはアドレス信号
のみ記録した場合にも同様な結果が得られた。
【０２５２】本実施例は、実際の商品としてのＨＤＤに
対しても適用することができる。すなわち、現状のＨＤ
Ｄ装置は、工場出荷時にサーボライティングを行なう
が、その工程で横手記録ヘッドを用いて機能層にサーボ
情報を書き込めばよい。
【０２５３】（第４の実施例）次に、本発明の第４の実
施例として、垂直磁化／面内磁化の組み合わせで、且つ
多粒子系の機能層と記録層を用いた磁気記録媒体を試作
評価した結果について説明する。
【０２５４】本実施例においても、図８に例示した断面
構造を有する磁気記録媒体を作製した。具体的には、
３．５インチのガラスディスク基板（１３）上に、Ｔｉ
第一下地層５０ｎｍ、ＣｏＣｒ第二下地層１０ｎｍ、Ｃ
ｏＣｒＰｔ機能層（１２）１０ｎｍ、Ｒｕ−ＦｅＮｉス
ペーサ層（７１）０．５ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ記録層
（１１）１０ｎｍ、Ｃ保護層（１４）３ｎｍを、順次ス
パッタ法によって積層し、その後、潤滑剤を塗布した。
本実施例においても、すべての層の成膜は真空を破らず
に連続して行なった。
【０２５５】第二下地層は、Ｃｒ量が３０原子％であ
り、非磁性である。スペーサ層（７１）にはＦｅとＮｉ
がそれぞれ８原子％、９原子％添加されているが、それ
ぞれが微粒子として分散しており、スペーサ層（７１）
単独では非磁性を示す。
【０２５６】機能層（１２）は、垂直磁化膜、記録層
（１１）は面内磁化膜である。このことは、記録層（１
１）がない試料では面内方向にヒステリシスがない垂直
磁化膜特有の特徴を示し、記録層（１１）を堆積した後
では面内方向でヒステリシスおよび保磁力が観察された
ことから判定できた。
【０２５７】図３２は、本実施例の媒体の垂直方向のヒ
ステリシスを例示するグラフ図である。図中に挿入した
スピンの向きの概説図にも表したように、このヒステリ
シスにより、機能層と記録層とは直交交換結合している
ことがわかった。
【０２５８】すなわち、大きな磁界が印加されている状
態では両層とも磁界の方を向く（状態Ａ）。磁界が減少
していくと、記録層（１１）のスピンが回転して機能層
（１２）のスピンと直交関係になる（状態Ｂ）。この回
転過程は、スピンの向きと磁界の向きとの影響を強く受
けるので、ヒステリシス上は磁界とともにゆっくりと変
化する曲線となる。直交関係がエネルギー的に安定なの
で、逆方向の磁界が印加され機能層（１２）が磁化反転
し始めるまでこの関係は維持され、磁化反転後は機能層
（１２）のみ向きが異なる形態となる（状態Ｃ）。その
後、逆方向磁界が大きくなると両層ともに外部磁界のほ
うを向く（状態Ｄ）。
【０２５９】図３２に表したものと類似したヒステリシ
スは、面内方向においても観察された。各層のスピンの
向きが図３２に表したものと類似の動作をしているとし
て、この結果を説明することができる。
【０２６０】直交交換結合は、第２実施例に関して前述
したものに準じて、次に示す方法によっても確認され
た。まず、面内方向に強い磁界を印加し、状態Ｂに対応
する状態を作った。次に、垂直方向に磁界を印加し、状
態Ｂとなる磁界まで磁界を印加しゼロ磁界に戻した。こ
の時点で、媒体の垂直方向と面内方向で飽和着磁された
状態が作られる。次に、面内に磁界を印加し、磁化反転
させて状態Ｃに対応する状態を作った。そして、再び垂
直方向の磁化量を調べた。その結果、磁化量にほとんど
変化が見られず、磁化反転していないことがわかった。
このことはすなわち、面内での磁化反転と垂直での磁化
反転はそれぞれ独立であることを意味し、直交交換結合
の存在の証明となった。
【０２６１】本実施例の媒体を用いれば、垂直方向と面
内方向の二方向の多値磁気記録ができることは明かであ
る。比較例として、本実施例の「ＣｏＣｒＰｔ機能層１
０ｎｍ、Ｒｕ−ＦｅＮｉスペーサ層０．５ｎｍ、ＣｏＣ
ｒＰｔＴａ記録層１０ｎｍ」の部分を「ＣｏＣｒＰｔＴ
ａ記録層２０ｎｍ」に置き換えた磁気記録媒体を作成し
た。
【０２６２】これらの熱揺らぎ特性を、図２８に関して
前述したものと同様の実験で評価したところ、同じ結果
が得られた。すなわち、同じ熱揺らぎ耐性の媒体である
にもかかわらず、直交交換結合媒体は２倍の記録密度を
有している。
【０２６３】このことは、第２及び第３実施例に関して
前出したように、媒体の熱揺らぎ耐性を増大させている
ことにもなる。すなわち、記録密度は膜厚と強い相関が
あるので、本実施例で比較例と同じ記録密度とするには
膜厚をほぼ倍にすればよい。そうすると熱安定性係数
（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）の値は倍になり、熱揺らぎ量は
飛躍的に小さくなる。
【０２６４】次に、本発明者は、直交交換相互作用を得
るためのスペーサ層（７１）への添加元素の効果を調べ
た。図３２に関して前述したものと同様の評価方法によ
り築港交換相互作用を有無を調べたところ、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれかを添加し
た場合に大きな直交交換相互作用が得られることを見出
した。また、これらの添加元素に対して、マトリックス
として好適なスペーサ層（７１）の材料を調べたたとこ
ろ、少なくとも、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｃ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｉの場合に、特に大きな直交交換結
合が得られることが分かった。
【０２６５】また、添加元素量についても調べたとこ
ろ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉについては添加量が４５原子％よ
り大きいと、交換結合した磁性３層膜となってしまっ
て、直交交換相互作用が発現しないことがわかった。ま
た、１５原子％以下だとより大きな直交交換相互作用が
得られることがわかった。
【０２６６】以上説明した本実施例の媒体構造におい
て、ＣｏＣｒ第二下地層を「ＦｅＴａＣ軟磁性下地層３
０ｎｍ／ＣｏＣｒ第二下地層１０ｎｍ」とした媒体を作
成し、それを用いて磁気ディスク装置を作成した。ま
た、記録／再生を行なうヘッドとしては、垂直記録用の
単磁極ヘッドと長手記録用ヘッドのリングヘッドの二つ
の素子が設置されたヘッドを装着し、それぞれ異なる周
波数でａｌｌ−ｏｎｅパターンの記録を行った。再生は
通常の面内用の素子を用いた。その結果、周波数弁別の
方法を用いることにより、単一のヘッドで垂直と面内を
独立して記録・再生できることがわかった。
【０２６７】（第５の実施例）次に、本発明の第５の実
施例として、人工格子を採用した磁気記録媒体について
説明する。
【０２６８】本実施例においては、図８に模式的に例示
した断面構造の磁気記録装置を作製した。３．５インチ
のガラスディスク基板（１３）上に、Ｔｉ下地層２０ｎ
ｍ、Ｃｏ５ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／Ｃｏ５ｎｍ機能層
（１２）、Ｉｒスペーサ層（７１）０．５ｎｍ、Ｃｏ／
Ｐｄ多層膜からなる記録層（１１）、Ｃ保護層（１４）
３ｎｍを順次スパッタ法にて積層し、その後潤滑剤を塗
布した。 本実施例においても、すべての層の成膜は真
空を破らずに連続して行なった。
【０２６９】ここで、記録層（１１）は、膜厚０．３ｎ
ｍのＣｏ層と膜厚０．７ｎｍのＰｄ層とを交互に１０周
期積層した磁性人工格子構造とした。また、機能層（１
２）は、それ単独では反強磁性となる、いわゆる合成反
強磁性体層である。
【０２７０】機能層（１２）は面内異方性を有し、記録
層（１１）は垂直異方性を有する。Ｉｒスペーサ層（７
１）積層した後、１５ＷのＲＦスパッタエッチング処理
を施し、Ｒａ＝１ｎｍの表面荒れを形成した。
【０２７１】本実施例の媒体の垂直方向のヒステリシス
は図３２に例示したものと同様なものとなった。ただ
し、同図におけるスピンの向きの挿入図のうち、機能層
（１２）の向きは、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏを形成する一方の
Ｃｏ層内のスピンの向きに対応する。この図からわかる
ように、このヒステリシスにより、機能層（１２）と記
録層（１１）とは直交交換結合していることがわかっ
た。Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ層が単純に垂直方向にフェロ結合
しているだけでは、Ｃｏ／Ｐｄ層のヒステリシスの保磁
力が増えるだけの変化しかもたらさないためである。
【０２７２】本実施例の媒体は、同様の人工格子構造の
記録層のみを有する磁気記録媒体と比較して熱揺らぎ耐
性が増大していた。すなわち、上記構造において、Ｃｏ
／Ｒｕ／Ｃｏ機能層（１２）を省略して記録層（１１）
のみの比較例の媒体を作成し、１４０℃での磁化量変化
特性を比較評価したところ、図２８と同様な結果が得ら
れた。本実施例の媒体における熱揺らぎ耐性の増大は、
磁性粒子が機能層を併せた分の熱安定性係数（ＫｕＶ）
／（ｋＢＴ）を有しているためと推定される。
【０２７３】本発明者は、直交交換結合の発現にはスペ
ーサ層の荒れが影響していると考え、スペーサ層（７
１）を形成する際のスパッタ圧力、ガス種（Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅおよびそれらに添加するＮ２、Ｏ２、Ｈ
２、ＣＨｎ）、ターゲットへの投入電力、ターゲット・
基板間距離を変えた成膜方法、および、ＲＦ／ＤＣスパ
ッタエッチング処理（処理の有無と条件）により、種々
の表面粗さを持つＩｒスペーサ層を作成した。
【０２７４】その結果、スペーサ層（７１）と機能層
（１２）との界面、あるいはスペーサ層（７１）と記録
層（１１）との界面、あるいはこれらの両方が荒れてい
て、かつその平均粗さが０．５ｎｍ以上である場合に、
大きな直交交換相互作用が得られることを見出した。直
径３．５インチのディスクの全面に渡って直交交換相互
作用が均一であることも確認し、磁気記録媒体に充分に
用いることができることがわかった。このときの「表面
荒れ」は、同一条件で作成した機能層表面あるいはその
上に堆積したスペーサ層表面をＡＦＭで探査し、数値処
理により評価した値である。
【０２７５】また、あらかじめ表面粗さのわかっている
条件で機能層（１２）、スペーサ層（７１））、記録層
（１１）と連続的に成膜し、その後、断面ＴＥＭによっ
て観察したところ、同じ表面粗さを持つことが判明し
た。このことは、断面ＴＥＭ観察においても界面の荒れ
を見積もることができることを意味している。
【０２７６】スペーサ材料についても探索したところ、
少なくとも、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｃ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｓｉの場合に、同様な表面荒れにより直交交
換結合が発現する効果が得られることがわかった。
【０２７７】（第６の実施例）次に、本発明の第６の実
施例として、島状のスペーサ層を設けた磁気記録媒体に
ついて説明する。
【０２７８】本実施例においても、図８に模式的に表し
た断面構造を基本とする磁気記録媒体を作製した。具体
的には、３．５インチのガラスディスク基板（１３）上
に、ＳｉＮ下地層４０ｎｍ、ＴｂＦｅＣｏ機能層（１
２）１０ｎｍ、Ａｕスペーサ層（７１）、ＣｏＣｒＰｔ
Ｔａ記録層（１１）１０ｎｍ、Ｃ保護層（１４）３ｎｍ
を順次スパッタ法にて積層し、その後潤滑剤を塗布し
た。本実施例においても、すべての層の成膜は、真空を
破らずに連続して行なった。
【０２７９】本実施例における機能層（１２）は、光磁
気記録媒体に用いられているアモルファス希土類・遷移
金属合金の一種であり、垂直磁気異方性を持つ連続磁性
薄膜である。また、記録層（１１）は、斜め方向スパッ
タによりディスク周方向の面内磁気異方性を持ってい
る。また、Ａｕスペーサ層（７１）は、設定で０．２ｎ
ｍ分の堆積を行なったものであるが、同一条件で作成し
たスペーサ層表面をＡＦＭで探査した結果から、直径１
〜５ｎｍ程度の島（アイランド）状になっていることが
わかっている。このことは、断面ＴＥＭ観察においても
スペーサ層（７１）が不連続な膜として観察されること
からも判断できた。
【０２８０】本実施例の媒体が垂直／面内の直交交換結
合を示していることは、第４実施例に関して前述したも
のと同様の評価を行なうことにより確認した。
【０２８１】本実施例の媒体は、記録層単独の場合より
も熱揺らぎ耐性が増大していた。すなわち、ＴｂＦｅＣ
ｏ機能層（１２）を設けず、記録層（１１）のみの比較
例の媒体を作成し、１４０℃での磁化量変化特性を調べ
たところ、図２８に表したものと同様な結果が得られ
た。熱揺らぎ耐性の増大は、磁性粒子が機能層を併せた
分の熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）を有している
ためと推定される。
【０２８２】同様な島状スペーサ層（７１）による直交
交換結合発現効果は、少なくとも、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、
Ｉｒ、Ｔｃ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの場
合にも得られることがわかった。また、スペーサ層（７
１）の設定膜厚を変えて調べたところ、島状に限らず、
連続膜に貫通孔があるような網目状構造のスペーサ層
（７１）を形成した場合においても同様な効果が得られ
ることがわかった。すなわち、本実施例のスペーサ層
（７１）は、図１０あるいは図１１に例示したような平
面構造を有する。島（アイランド）あるいは網目の大き
さと直交交換結合発現効果の相関を調べたところ、島
（アイランド）あるいは網目の大きさが０．５ｎｍ〜５
０ｎｍの場合に効果が大きいことがわかった。
【０２８３】（第７の実施例）次に、本発明の第７の実
施例として、不連続な界面層を設けた磁気記録媒体を試
作し、これに熱アシスト記録を行った結果について説明
する。
【０２８４】本実施例においても、図１１に模式的に表
した断面構造に類似した構造を有する磁気記録媒体を作
製した。具体的には、３．５インチのガラスディスク基
板（１３）上に、ＳｉＮ下地層４０ｎｍ、ＧｄＤｙＴｂ
Ｃｏ機能層（１２）１０ｎｍ、Ｓｉスペーサ層（７１）
０．７ｎｍ、（Ｃｏ０．３ｎｍ／Ｐｄ０．７ｎｍ）１０
周期の人工格子構造を有する記録層（１１）、Ｃ保護層
（１４）３ｎｍを順次スパッタ法にて積層し、その後潤
滑剤を塗布した。本実施例においても、すべての層の成
膜は真空を破らずに連続して行なった。
【０２８５】機能層（１２）は、光磁気記録媒体に用い
られているアモルファス希土類・遷移金属合金の一種で
あり、面内磁気異方性を持つ連続磁性薄膜である。ま
た、記録層（１１）は、第５実施例に関して前述したも
のと同一の磁性人工格子であり、垂直磁気異方性を有す
る。また、Ｓｉスペーサ層（７１）の堆積の後、設定膜
厚０．２ｎｍのＣｒを界面層（１１１）として堆積し
た。界面層（１１１）堆積までを行なった試料表面をＡ
ＦＭで探査した結果より、界面層（１１１）としてのＣ
ｒが０．６〜１０ｎｍ直径の島（アイランド）状になっ
ていることがわかった。このことは断面ＴＥＭ観察にお
いても、Ｃｒ相当部分が不連続な膜として観察されるこ
とからも判断できる。
【０２８６】本実施例の記録媒体が面内磁化／垂直磁化
の直交交換結合を有することは、第４実施例に関して前
述したのと同様の評価を行なうことにより確認した。
【０２８７】本実施例の記録媒体は、記録層単独の場合
よりも熱揺らぎ耐性が増大していた。すなわち、ＧｄＤ
ｙＴｂＣｏ機能層（１２）のない、記録層（１１）のみ
の比較例媒体を作成し、１４０℃での磁化量変化特性を
調べたところ、図２８と同様な結果が得られた。ここで
も熱揺らぎ耐性の増大は、磁性粒子が機能層を併せた分
の熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）を有しているた
めと推定される。
【０２８８】本実施例に関連して種々の材料探索実験や
作成法を変えて行なった実験により、同様な直交交換結
合発現効果は、界面層（１１１）がスペーサ層（７１）
の材料と異なる材料からなり、第６実施例に関して前述
したものと同様な島（アイランド）状あるいは網目状に
なっていることで得られることがわかった。また、この
界面層（１１１）はスペーサ層（７１）の下側にあって
も同じく効果が得られることがわかった。
【０２８９】界面層（１１１）の材料としては、機能層
（１２）、記録層（１１）、スペーサ層（７１）に用い
られている材料で異なる組成のもの、あるいはＲｕ、Ｒ
ｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｃ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌの元素の場合
特に大きな効果が得られることもわかった。
【０２９０】次に、本実施例の磁気記録媒体の動特性
を、局所的に熱を加えられるＨＤＤの記録／再生評価装
置によって評価した。この装置は、通常のＨＤＤ評価装
置（スピンスタンド）に、光ディスク等で用いられる光
ピックアップが付加されているものである。レーザの波
長は、６３３ｎｍとした。レーザは、基板裏面より外部
低浮上レンズを介して照射される。外部低浮上レンズと
基板とでＳＩＬ（SolidImmersion Lens）を構成し、焦
点が概ね記録層部分で結ぶように設計されている。
【０２９１】レーザスポットの直径は、ＦＷＨＭ（Full
Width at Half Maximum：半値全幅）で約５００ｎｍで
ある。精密なピエゾ素子によるヘッドの駆動で、光の照
射位置と記録ヘッドのギャップ位置とを一致させた。媒
体の熱磁気特性をＶＳＭにて評価したところ、直交交換
結合の切れる温度ＴｃＥは２６０℃であった。
【０２９２】まず、レーザを照射しないで記録／再生を
試み、リファレンスとしての記録特性を調べた。次に、
レーザを照射しながら記録を行った。別の実験とシミュ
レーションにより、あらかじめ照射パワーと媒体の温度
上昇の関係をつかんでおき、照射するレーザパワーを変
化させて、記録温度Ｔｗと再生信号のＣＮ比（ＣＮＲ）
の関係を調べた。４００ｋｆｃｉの単一周波数記録をお
こなった結果、Ｔｗ＞ＴｃＥの条件が満たされる場合に
リファレンスよりも大きな再生出力が得られることがわ
かった。
【０２９３】これは図２２や図２４に例示したような動
作により得られたものであると考えられる。この効果の
原因は、作用の項で説明したように反転エネルギーの減
少による磁化反転の効率化、あるいは、フェロ結合ある
いはアンチ・フェロ結合による磁化反転の効率化の可能
性があるが、いずれかあるいは両方によるものと推定さ
れる。
【０２９４】（第８の実施例）次に、本発明の第８の実
施例として、機能層と記録層との界面において相対する
スピンの両方が存在する磁気記録媒体の試作例について
説明する。
【０２９５】本実施例においては、図１に模式的に表し
た断面構造を基本とする磁気記録装置を作製した。具体
的には、３．５インチのガラスディスク基板（１３）上
に、Ｃｒ下地層２０ｎｍ、ＮｉＯ機能層（１２）１０ｎ
ｍ、ＣｏＣｒＰｔＴａ記録層（１１）１０ｎｍ、Ｃ保護
層（１４）３ｎｍを順次スパッタ法にて積層し、その後
潤滑剤を塗布した。ここでも、すべての層の成膜は真空
を破らずに連続して行なった。
【０２９６】本実施例における機能層（１２）は反強磁
性薄膜であり、成膜時にディスク周方向に磁界を印加し
た結果、ディスク周方向の面内磁気異方性を有してい
る。また、記録層（１１）は、第５実施例に関して前述
したものと同じものであり、垂直磁気異方性を有する。
【０２９７】本実施例の記録媒体が垂直磁化／面内磁化
の組み合わせからなる直交交換結合を有することは、第
５実施例に関して前述したものと同様の評価を行なうこ
とにより確認した。このときの直交交換相互作用による
記録層（１１）の残留磁化の大きさは、ディスク半径方
向が最も大きく、このことは、記録層（１１）がディス
ク半径方向、機能層（１２）がディスク周方向をドミナ
ントとする直交交換結合となっていることを意味する。
【０２９８】この効果は、記録層（１１）まで成膜した
後に磁場中アニールしても得られなかった。一般に、強
磁性膜を積層した状態で磁場中アニールを施すと、強磁
性膜のスピン配列にならって、反強磁性体の界面には一
方向に揃ったスピン配列が形成されると考えられてい
る。ところが、強磁性体がない状態で磁場中アニールす
ると、反強磁性体の異方性がその磁界の方向を向くのみ
で、スピン配列は最もエネルギーの低い図１３に例示し
たような状態となる。そして、図１３に関して説明した
ような作用によって直交交換相互作用が発現したものと
考えられる。
【０２９９】本実施例の記録媒体は、記録層単独の場合
よりも熱揺らぎ耐性が増大していた。すなわち、記録層
（１１）のみの比較例としての記録媒体を作成し、１６
０℃での磁化量変化特性を調べたところ、図２８と同様
な結果が得られた。熱揺らぎ耐性の増大は、磁性粒子が
機能層を併せた分の熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢ
Ｔ）を有しているためと推定される。
【０３００】同様の直交交換結合発現効果は、機能層
（１２）の材料としてＣｒＰｔを用い、成膜中に垂直方
向に磁界を印加し、かつ記録層（１１）として第５実施
例と同様な（Ｃｏ０．３ｎｍ／Ｐｄ０．７ｎｍ）１０周
期の人工格子型垂直磁化記録層を用いた場合にも得られ
た。ＣｒＰｔは、フェリ磁性体となることが知られてお
り、上記の反強磁性体と同様の作用によるものと考えら
れる。
【０３０１】また、同様の直交交換結合発現効果は、第
３実施例乃至第７実施例に関して前述したスペーサ層
（７１）を用いた場合にも得られることがわかった。
【０３０２】（第９の実施例）次に、本発明の第９の実
施例として、機能層と記録層がそれぞれ、磁性粒子が非
磁性体により分断された構造を有する磁気記録媒体の試
作結果について説明する。
【０３０３】本実施例においては、第４実施例に関して
前述したものと同様の構造を有する記録媒体を作成し
た。ただし、機能層（１２）／スペーサ層（７１）／記
録層（１１））の成膜時のスパッタガスを、分圧５％の
酸素を含むＡｒとし、スパッタ圧力を５Ｐａとした。記
録層（１１）および機能層（１２）の微細構造を平面お
よび断面ＴＥＭを用いて調べたところ、主にＣｏとＰｔ
とＣｒからなる柱状の磁性結晶粒子（直径約７ｎｍ）
が、アモルファスのＣｏ−Ｏと微量のＣｒからなる非磁
性部分によって分断されている構造となっていた。記録
層（１１）の添加元素であるＴａの存在（局在）ははっ
きりしなかった。
【０３０４】このような分断構造は、機能層（１２）、
スペーサ層（７１）、記録層（１１）の全体にわたって
いた。また、機能層（１２）、記録層（１１）単独の薄
膜試料において、ＶＳＭによる反転体積Ｖの評価を行な
ったところ、体積Ｖの値は概ね磁性結晶粒径と膜厚の積
と等しかった。このことは記録分解能が機能層（１
２）、記録層（１１）ともに磁性粒子程度であることを
意味する。
【０３０５】本実施例の媒体も、記録層単独の場合より
も熱揺らぎ耐性が増大していた。すなわち、記録層（１
１）のみの比較例の媒体を作成し、１００℃での磁化量
変化特性を調べたところ、図２８と同様な結果が得られ
た。ここでも、熱揺らぎ耐性の増大は、磁性粒子が機能
層を併せた分の熱安定性係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）を
有しているためと推定される。
【０３０６】（第１０の実施例）次に、本発明の第１０
の実施例として、機能層の磁性粒子のほうが記録層の磁
性粒子よりもサイズが大きい磁気記録媒体の試作結果に
ついて説明する。
【０３０７】本実施例においても、図８に模式的に表し
た断面構造を基本とする磁気記録媒体を作製した。具体
的には、３．５インチのガラスディスク基板（１３）上
に、Ｖ下地層４０ｎｍ、ＣｏＰｔ機能層（１２）１０ｎ
ｍ、Ｒｕ−ＣｒＰｄスペーサ層（７１）０．５ｎｍ、
（Ｃｏ０．３ｎｍ／Ｐｄ０．７ｎｍ）１０周期の人工格
子記録層（１１）、Ｃ保護層（１４）３ｎｍを順次スパ
ッタ法にて積層し、その後潤滑剤を塗布した。
【０３０８】本実施例においても、すべての層の成膜は
真空を破らずに連続して行なった。ただし（スパッタガ
ス／圧力）の値を、機能層（１２）の成膜時は（Ａｒ／
１Ｐａ）、スペーサ層（７１）／記録層（１１）の成膜
時は（Ａｒ＋５％ Ｏ２／５Ｐａ）とした。機能層（１
２）は面内磁気異方性、記録層（１１）は垂直磁気異方
性を示した。
【０３０９】記録層（１１）および機能層（１２）の微
細構造を平面および断面ＴＥＭを用いて調べたところ、
図７に例示した如く、機能層（１２）はＣｏとＰｔから
なる柱状の磁性結晶粒子（直径約１５ｎｍ）がアモルフ
ァスのＣｏ−Ｏからなる非磁性部分で分断されている構
造となり、記録層（１１）は主にＣｏとＰｔとＣｒから
なる柱状の磁性結晶粒子（直径約７ｎｍ）がアモルファ
スのＣｏ−Ｏと微量のＣｒからなる非磁性部分で分断さ
れている構造となっていた。
【０３１０】断面微細構造を詳細に観察したところ、機
能層（１２）と記録層（１１）とは結晶粒の大きさが異
なり、機能層（１２）の結晶粒一個の上に記録層（１
１）の結晶粒が概ね二個成長している形態を有すること
が分かった。このような形態となった理由は、記録層
（１１）の成膜条件が、粒界物質が多く入る条件ではあ
るが機能層（１２）とのエピタキシャルな連続性を保っ
ているために完全に独立な結晶成長を行なわないためで
あると考えられる。
【０３１１】機能層（１２）、記録層（１１）単独の薄
膜試料でＶＳＭによる反転体積Ｖの評価を行なったとこ
ろ、体積Ｖの値は、概ね各層の磁性結晶粒径と膜厚の積
と等しかった。このことは、記録分解能が機能層（１
２）、記録層（１１）ともに磁性粒子程度であることを
意味する。
【０３１２】第９実施例に関して前述したものと同様な
評価により、同様な熱揺らぎ耐性の向上が確認された
が、向上の度合いは第９実施例よりも大きかった。その
理由は、記録層（１１）から見ると結晶粒としては連続
しているため、その点では第９実施例と同じで、さら
に、機能層（１２）の結晶粒が大きいために、熱安定性
係数（ＫｕＶ）／（ｋＢＴ）の増加分が４倍となってい
るためであると考えられる。
【０３１３】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。
【０３１４】例えば、磁気記録媒体を構成する基板やそ
の他各層の積層構成、あるいは各層の材料や膜厚につい
ては、当業者が設計変更して本発明の効果を得る限りに
おいて本発明の範囲に包含される。
【０３１５】また、本発明の磁気記録媒体は、ディスク
状には限定されず、カード状やテープ状あるいはラベル
状などの各種の形態によって同様の作用効果を奏する。
【０３１６】さらに、本発明の磁気記録装置は、特定の
記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良
く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムー
バブル」方式のものでも良い。
【０３１７】その他、本発明の実施の形態として上述し
た磁気記録媒体、磁気記憶装置および磁気記録方法を基
にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての
磁気記録媒体、磁気記録装置および磁気記憶方法も同様
に本発明の範囲に属する。
【０３１８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来の磁気記録媒体およびその記録方法で熱揺らぎ限界
と言われていた記録密度を、機能層と記録層とが直交交
換結合した媒体を用いることにより大幅に改善でき、産
業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気記録媒体の断
面構造を表す模式図である。
【図２】記録層１１と機能層１２における磁気モーメン
トの配列関係を説明するための模式図である。
【図３】記録層１１と機能層１２ともに面内磁化膜とし
た場合の直交交換結合関係を例示する模式図である。
【図４】記録層と機能層におけるスピンの配列関係を例
示する模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる磁気記録媒体の
要部を表す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる磁気記録媒体の
記録層と機能層のスピンの様子を例示する模式図であ
る。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる磁気記録媒体の
要部断面構造を表す模式図である。
【図８】本発明の第６実施形態にかかる磁気記録媒体の
断面構造を例示する模式図である。
【図９】島状構造または網目状構造のスペーサ層７１を
有する磁気記録媒体の断面構造を例示する模式図であ
る。
【図１０】スペーサ層７１における島状構造を平面的に
例示した模式図である。
【図１１】スペーサ層７１における網状構造を平面的に
例示した模式図である。
【図１２】界面層を有する磁気記録媒体の断面構造を例
示する模式図である。同
【図１３】本発明の第７実施形態にかかる磁気記録媒体
の要部断面を表す模式図である。
【図１４】比較例として、機能層１２の競合するスピン
１２１ａと１２１ｂのうちのスピン１２１ａのみが界面
に表れている場合を表す模式図である。
【図１５】本発明の磁気記録装置の概略構成を例示する
要部斜視図である。
【図１６】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。
【図１７】面内磁化／面内磁化の組み合わせの場合に用
いることができる再生素子を表す概念図である。
【図１８】トラック幅が狭い場合に用いることができる
磁気再生素子の構成を例示する概念図である。
【図１９】本発明による面内磁化／面内磁化の組み合わ
せの磁気記録媒体の要部を上から見た概念図である。
【図２０】本発明により垂直磁化／面内磁化の組み合わ
せの磁気記録媒体の要部の断面を表す概念図である。
【図２１】二つのスピンＳ１、Ｓ２の状態を模式的に表
した概念図である。
【図２２】磁気記録媒体の断面構造で、記録層１１と機
能層１２における磁化の反転の様子を模式的に示したも
のである。
【図２３】直交交換相互作用２０１と、フェロあるいは
アンチ・フェロの交換相互作用２０２の温度依存性を模
式的に表したものである。
【図２４】磁気記録媒体の断面構造を表し、記録層１１
と機能層１２における磁化の反転の様子を模式的に表し
たものである。図
【図２５】本発明の第１実施例のディスク試料の膜面に
垂直な方向に磁界を印加してヒステリシスを調べて得ら
れた特性図である。
【図２６】ヒステリシスループの各点での機能層（１
２）と記録層（１１）のスピンの向きを併せて模式的に
表した。大きな磁界が印加されている状態では、
【図２７】図２５のヒステリシスループの各点での機能
層（１２）と記録層（１１）のスピンの向きを併せて模
式的に表した説明図である。
【図２８】加速劣化試験の結果を表すグラフ図である。
【図２９】スペーサ層厚０．４ｎｍの場合の特性を表す
グラフ図である。
【図３０】本発明の第２実施例の記録媒体の面内方向の
ヒステリシスを表すグラフ図である。
【図３１】本発明の第３実施例において試作した記録媒
体における安定化磁界とスペーサ層厚との関係を表すグ
ラフ図である。
【図３２】本発明の第４実施例の媒体の垂直方向のヒス
テリシスを例示するグラフ図である。
【符号の説明】
１１ 記録層 １２ 機能層 １３ 基板 １４ 保護層 ２１ａ、２１ｂ モーメント（スピン）の向き ２２ ディスク周方向 ２３ ディスク半径方向 ４１ 非磁性層 ５１ 磁性粒子 ５２ 非磁性部分 ７１ スペーサ層 １１１ 界面層 １２１ 界面にあるスピン １４１ ヨーク部 １４２ センサー部 １４３ 媒体の各層のスピンの向き １４４ 媒体の各層のスピンの向き １５０ 磁気再生装置 １５２ スピンドル １５３ ヘッドスライダ １５４ サスペンション １５５ アクチュエータアーム １５６ ボイスコイルモータ １５７ スピンドル １６１ トルク曲線の測定方向 １６２ ＶＳＭの測定方向 １６４ リード線 １６５ 電極パッド １８１ スピンが受ける力 １９１ 加熱部分 ２００ 媒体ディスク ２０１ 直交交換相互作用の温度依存性 ２０２ フェロ結合あるいはアンチ・フェロ結合の交換
相互作用の温度依存性 ２５１ 直交交換結合媒体 ２５２ 記録層単独媒体
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 5/738 Ｇ１１Ｂ 5/738 11/10 ５０２ 11/10 ５０２Ｚ Ｈ０１Ｆ 10/30 Ｈ０１Ｆ 10/30 (72)発明者 秋山 純一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5D006 BB01 BB07 BB08 CA01 CA05 DA03 DA08 EA03 5D054 AA05 AB13 AB15 AB18 BA01 BA07 BA34 BA61 5D075 AA03 CC04 FF12 5D091 CC05 CC11 CC26 GG06 HH20 5E049 BA06 CB01 CB02 DB12

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁性体を含有する機能層と、 前記機能層の上に積層され磁性体を含有する記録層と、 を備え、 前記記録層は、複数の磁性粒子と、前記磁性粒子の間に
    存在する非磁性体と、を有し、 前記機能層と前記記録層は、室温において互いに略直交
    関係となる方向に交換結合相互作用を及ぼすことを特徴
    とする磁気記録媒体。
  2. 【請求項２】前記機能層と前記記録層のそれぞれは、膜
    面に対して略平行な方向に磁気異方性を有することを特
    徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
  3. 【請求項３】前記磁気記録媒体は、ディスク状の形態を
    有し、 前記機能層と前記記録層のいずれか一方は、前記ディス
    クの半径方向に対して略平行な方向に磁気異方性を有
    し、 前記機能層と前記記録層のいずれか他方は、前記ディス
    クの半径方向に対して略直角な方向に磁気異方性を有す
    ることを特徴とする請求項２記載の磁気記録媒体。
  4. 【請求項４】前記機能層と前記記録層のいずれか一方
    は、膜面に対して略平行な方向に磁気異方性を有し、 前記機能層と前記記録層のいずれか他方は、膜面に対し
    て略垂直な方向に磁気異方性を有することを特徴とする
    請求項１記載の磁気記録媒体。
  5. 【請求項５】前記機能層は、連続した磁性体からなるこ
    とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁
    気記録媒体。
  6. 【請求項６】前記機能層は、複数の磁性粒子と、その磁
    性粒子の間に存在する非磁性体と、を有することを特徴
    とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記録媒
    体。
  7. 【請求項７】前記機能層に含有される前記磁性粒子の平
    均の大きさは、前記記録層に含有される前記磁性粒子の
    平均の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項６記
    載の磁気記録媒体。
  8. 【請求項８】前記機能層と前記記録層との間に、前記機
    能層とも前記記録層とも異なる組成のスペーサ層が設け
    られたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つ
    に記載の磁気記録媒体。
  9. 【請求項９】前記スペーサ層は、マンガン（Ｍｎ）、ク
    ロム（Ｃｒ）あるいはこれらの少なくともいずれかを含
    有した合金からなることを特徴とする請求項８記載の磁
    気記録媒体。
  10. 【請求項１０】前記スペーサ層は、非磁性体にコバルト
    （Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン
    （Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）およびパラジ
    ウム（Ｐｄ）のうちから選ばれる少なくともいずれかの
    元素を添加した材料からなることを特徴とする請求項８
    記載の磁気記録媒体。
  11. 【請求項１１】前記スペーサ層と前記機能層との界面
    と、前記スペーサ層と前記記録層との界面の少なくとも
    いずれかは、平均粗さが０．５ｎｍ以上であることを特
    徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の磁気記
    録媒体。
  12. 【請求項１２】前記スペーサ層は、島状または網目状に
    形成されてなることを特徴とする請求項８〜１１のいず
    れか１つに記載の磁気記録媒体。
  13. 【請求項１３】前記スペーサ層と前記機能層との界面
    と、前記スペーサ層と前記記録層との界面の少なくとも
    いずれかに、島状または網目状の界面層が設けられてな
    ることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１つに記
    載の磁気記録媒体。
  14. 【請求項１４】前記機能層は、反強磁性体あるいはフェ
    リ磁性体からなり、且つ相対するスピンの両方が前記記
    録層との界面において存在することを特徴とする請求項
    １〜１３のいずれか１つに記載の磁気記録媒体。
  15. 【請求項１５】請求項１〜１４のいずれか１つに記載の
    磁気記録媒体を走行させる走行機構と、 前記磁気記録媒体に情報を記録し再生するヘッドと、 を備え、 前記ヘッドは、 前記機能層に格納された情報を再生するための検出部
    と、 前記記録層に格納された情報を再生するための検出部
    と、 を有することを特徴とする磁気記録装置。
  16. 【請求項１６】前記ヘッドは、 前記機能層に情報を磁気的に記録するための書込部と、 前記記録層に情報を磁気的に記録するための書込部と、 を有することを特徴とする請求項１５記載の磁気記録装
    置。
  17. 【請求項１７】前記機能層に格納されたトラッキング情
    報、サーボ情報およびアドレス情報の少なくともいずれ
    かに基づいて動作することを特徴とする請求項１５また
    は１６に記載の磁気記録装置。
  18. 【請求項１８】前記磁気記録媒体を加熱する加熱手段を
    さらに備え、 前記加熱手段により前記磁気記録媒体を加熱して、前記
    機能層と前記記録層との間の前記交換結合相互作用が実
    質的に消失する温度ＴｃＥよりも高い温度Ｔｗに前記記
    録層を加熱した状態において前記記録層に情報を磁気的
    に記録することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれ
    か１つに記載の磁気記録装置。
  19. 【請求項１９】請求項１〜１４のいずれか１つに記載の
    磁気記録媒体の機能層と記録層とにそれぞれ情報を記録
    することを特徴とする磁気記録方法。
  20. 【請求項２０】請求項１〜１４のいずれか１つに記載の
    磁気記録媒体の機能層にトラッキング情報、サーボ情報
    およびアドレス情報の少なくともいずれかを記録するこ
    とを特徴とする磁気記録方法。
  21. 【請求項２１】前記機能層と前記記録層との間の前記交
    換結合相互作用が実質的に消失する温度ＴｃＥよりも高
    い温度Ｔｗに前記記録層を加熱した状態において前記記
    録層に情報を磁気的に記録することを特徴とする請求項
    １９または２０に記載の磁気記録方法。
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