JP2003091801A - 磁気記録装置及び磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱揺らぎ限界を打破する高磁気異方性エネル
ギーの磁気記録媒体への記録を可能にする。 【解決手段】 高磁気異方性エネルギーを持つ記録層と
光誘起強磁性を示す材料からなる機能層を積層させ、光
を照射したときに機能層の磁化と交換結合することによ
り記録層の保磁力が減少し、記録できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録装置及び
磁気記録媒体に関する。

【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、情報の記憶機能及び再生機能を担う磁気記憶装置
（ＨＤＤ）は、さらなる高速化及び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
あると言われており、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】ＨＤＤのうち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
層を記録層として具備している。この磁気記録媒体に高
密度記録を行うためには磁性体層に記録される磁区をで
きるだけ微小化する必要がある。

【０００４】また、小さな磁区を分別できるようにする
ためには磁区の境界が滑らかであることが必要であり、
そのためには磁性粒子をできるだけ微小化する必要があ
る。また、隣接する磁性粒子同士で磁化反転が連鎖する
と磁区の境界の乱れとなるので、磁性粒子間には交換結
合相互作用が働かないように非磁性体によって磁気的に
分断する必要がある。

【０００５】また、ＨＤＤのうち磁気ヘッドは、磁気記
録媒体に記録された磁気情報を読み取るために、磁気記
録媒体の磁性体層との間で相互作用を高くする必要があ
る。このためには、磁気記録媒体の磁性体層の膜厚も小
さくする必要がある。

【０００６】以上の要請から、磁気記録媒体の磁性体層
を構成する磁性体の磁化反転のユニット(磁性粒子とほ
ぼ等しい)の体積はどんどん小さくしていかなければな
らない。

【０００７】ところが、磁化反転ユニットを微小化する
と、そのユニットが持つ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、この熱揺らぎ現象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。

【０００８】熱揺らぎによる磁化の反転を防ぐための一
つの方法として、磁性体層の磁気異方性エネルギーを熱
揺らぎエネルギーよりも大きくすることが考えられる。
しかしながら、磁性体層の磁気異方性エネルギーを大き
くすると、磁性体層に反転磁区を形成する（記録する）
ときの保磁力は、磁気異方性エネルギーにほぼ比例する
ために大きくなりすぎ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という問題が発生す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
方法では、高密度記録を行うために磁化反転ユニットを
微細化するには、熱揺らぎ限界が存在するため限界があ
る。また、熱揺らぎ限界による磁化の反転を防ぐため
に、磁気異方性エネルギーが大きな磁性体を記録層に使
うと今度は保磁力が大きくなりすぎ現状の記録ヘッドで
は記録できなくなるという問題が生じる。

【００１０】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、磁気異方性エネルギーが大きな磁性体を記録層に用
いても、現状の記録ヘッドを用いて記録できる磁気記録
装置、磁気記録媒体及び磁気記録方法を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成
され、光を照射されると強磁性を発現する磁気異方性エ
ネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する磁性体からなる機能層
と、前記機能層上に前記機能層と交換結合相互作用を及
ぼすように積層された前記磁気異方性エネルギー密度Ｋ
_ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}
を有する磁性粒子からなる記録層と、前記機能層に光を
照射して、前記機能層に強磁性を発現させる光照射手段
と、前記記録層に磁界を印加することによって信号磁化
を記録する磁気記録手段とを具備することを特徴とする
磁気記録装置を提供する。

【００１２】このとき、前記記録層が、前記磁性粒子間
に形成された非磁性体とを具備することが好ましい。

【００１３】また、前記機能層が少なくともＴｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる材料を含
む磁性半導体薄膜であることが好ましい。

【００１４】また、前記記録層が、ＦｅＰｔ合金、Ｆｅ
Ｐｄ合金、ＣｏＰｔ合金及びＣｏＰｄ合金から選ばれる
合金を含むことが好ましい。

【００１５】また、本発明は、非磁性基板と、前記非磁
性基板上に形成され、電界を印加されると強磁性を発現
する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する磁性体
からなる機能層と、前記機能層上に前記機能層と交換結
合相互作用を及ぼすように積層された前記磁気異方性エ
ネルギー密度Ｋ_ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギ
ー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}を有する磁性粒子からなる記録層と、前
記機能層に電界を印加して、前記機能層に強磁性を発現
させる電界印加手段と、前記記録層に磁界を印加するこ
とによって信号磁化を記録する磁気記録手段とを具備す
ることを特徴とする磁気記録装置を提供する。

【００１６】このとき、前記記録層が、前記磁性粒子間
に形成された非磁性体とを具備することが好ましい。

【００１７】また、前記機能層が少なくともＴｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる材料を含
む磁性半導体薄膜であることが好ましい。

【００１８】また、前記記録層が、ＦｅＰｔ合金、Ｆｅ
Ｐｄ合金、ＣｏＰｔ合金及びＣｏＰｄ合金から選ばれる
合金を含むことが好ましい。

【００１９】また、本発明は、非磁性基板と、前記非磁
性基板上に形成され、光を照射されると強磁性を発現す
る磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する磁性体か
らなる機能層と、前記機能層上に前記機能層と交換結合
相互作用を及ぼすように積層された前記磁気異方性エネ
ルギー密度Ｋ_ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー
密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}を有する磁性粒子からなる記録層とを具備
し、前記機能層は光を照射されることによって強磁性を
発現させることができ、かつ前記記録層は磁界を印加さ
れることによって信号磁化を記録することができること
を特徴とする磁気記録媒体を提供する。

【００２０】また、本発明は、非磁性基板と、前記非磁
性基板上に形成され、電界を印加されると強磁性を発現
する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する磁性体
からなる機能層と、前記機能層上に前記機能層と交換結
合相互作用を及ぼすように積層された前記磁気異方性エ
ネルギー密度Ｋ_ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギ
ー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}を有する磁性粒子からなる記録層とを具
備し、前記機能層は電界を印加されることによって強磁
性を発現させることができ、かつ前記記録層は磁界を印
加されることによって信号磁化を記録することができる
ことを特徴とする磁気記録媒体を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して詳細に説明する。

【００２２】（実施形態１）図１は、ロータリーアクチ
ュエータを用いた磁気ディスク装置の概略を示したもの
である。

【００２３】図１に示すように、磁気記憶媒体であるデ
ィスク１０１は、スピンドル１１０に装着され、所定の
回転数で回転される。ディスク１０１上を浮上若しくは
接触した状態で情報の記録再生を行う磁気記録再生素子
及び光照射手段を搭載したヘッドスライダ１が設けられ
ている。このヘッドスライダ１は、薄板状のサスペンシ
ョン５０の先端に取り付けられている。

【００２４】サスペンション５０は、図示しない駆動コ
イルを保持するボビン部等を有するアクチュエータアー
ム１０２の一端に接続されている。一方、アクチュエー
タアーム１０２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１２０が設けられている。

【００２５】ボイスコイルモータ１２０は、アクチュエ
ータアーム１０２のボビン部に巻き上げられた図示しな
い駆動コイルと、このコイルを挟むように対向して配置
された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから
構成されている。

【００２６】アクチュエータアーム１０２は、固定軸１
３０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１２０により回転揺動が
自在にできるようになっている。

【００２７】図２には、図１に示したヘッドスライダ１
及び磁気記録媒体であるディスク１０１を拡大したとき
の断面図である。

【００２８】図２に示すように、磁気記録媒体であるデ
ィスク１０１は、非磁性基板１３と、この上に形成され
た機能層１２と、この上に形成された記録層１１と、こ
の上に形成された保護層１４とを具備している。

【００２９】非磁性基板１３としては、通常円形の硬質
の基板を用いることができる。材料は、金属、ガラス或
いはセラミクスなどの非磁性体を用いることができる。

【００３０】機能層１２としては、光を照射されると強
磁性を発現する光誘起強磁性体を用いる。強磁性を発現
したときの磁気異方性エネルギー密度はＫ_ｕＦＬとす
る。強磁性を発現したときの機能層１２の磁気異方性は
面内磁気異方性、垂直磁気異方性或いはこれらの混合等
いずれでも良い。

【００３１】機能層１２の厚さは特に制限はないが、１
０００ｎｍ以上は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、厚さが０．１ｎｍ以下になると実質的に薄膜
を構成できないので好ましくない。

【００３２】また、機能層１２の光誘起強磁性を示す光
量としては１０数ミリワット程度或いはそれ以下のレー
ザー光で強磁性を示すものが好ましい。

【００３３】機能層１２として、光誘起強磁性を示すも
のとしては、強磁性半導体がある。例えばＩｎ、Ｇａ、
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｉ或いはＧｅを含む半導体で、具体的に
は、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ或いはＺｎ
Ｔｅ等にＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ或いはＮｉ
等の遷移金属を含んだ強磁性半導体等が挙げられる。

【００３４】記録層１１は、機能層１２と交換結合相互
作用を及ぼすように積層されている。また、記録層１１
は、機能層１２の磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬよ
りも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＲＬを有する
磁性粒子と、この磁性粒子間に形成された非磁性体とを
具備する。

【００３５】記録層１１中に存在す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。この観点から磁気粒子の磁性金属
材料としては例えばＣｏ、Ｐｔ、Ｓｍ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｂｉ及びＡｌ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
好ましい。

【００３６】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ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ
Ｔａ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、Ｆｅ_６０Ｐｔ
_６０、Ｆｅ_６０Ｐｄ_６０、Ｃｏ_３Ｐｔ_１等が挙げられ
る。

【００３７】また、記録層１１に含まれる磁性粒子とし
て、これらの他にも、ＴｂＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＣ
ｏ、ＧｄＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＤｙＦｅＣｏ、ＮｄＦｅＣ
ｏ、ＮｄＴｂＦｅＣｏ等の希土類と遷移金属の合金が挙
げられる。また、磁性層と貴金属層の多層膜（Ｃｏ／Ｐ
ｔ、Ｃｏ／Ｐｄ等）が挙げられる。また、ＰｔＭｎＳｂ
等の半金属が挙げられる。また、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。

【００３８】記録層１１に含まれる磁性微粒子の磁気特
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Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｉ或いはＢ等の元
素或いはこれらの元素と酸素、窒素、炭素、水素の中か
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。

【００３９】記録層１１の磁気異方性に関しては、垂直
磁気異方性、面内磁気異方性或いはそれらの混合であっ
ても構わない。

【００４０】記録層１１の厚さに特に制限はないが、高
密度記録を実現するためには１００ｎｍ以下が好まし
く、５０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が更に
好ましい。０．５ｎｍ以下になると薄膜を構成するのが
困難になるので好ましくない。

【００４１】記録層１１に含まれる磁性粒子間に非磁性
体を形成して分断化する方法としては、ＣｒやＴａやＢ
等の非磁性元素或いはＳｉＯ_２に代表される酸化物、Ｓ
ｉ_２Ｎ_３等に代表される窒化物等の非磁性体を添加して
粒間に析出させてもよい。また、半導体で使われるリソ
グラフィー等の技術を利用した人工的な加工によって、
磁性粒子間に非磁性体を形成しても良い。また、自己組
織化するＰＳ−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磁性粒子間に非磁性
体を形成しても良い。また、粒子線照射等による加工に
よって磁性粒子間に非磁性体を形成しても良い。

【００４２】機能層１２と記録層１１との間の交換結合
相互作用は、スパッタ法等による一般的な媒体製造工程
において、機能層１２を成膜し、真空を破らずに引き続
き記録層１１を成膜することで実現できる。

【００４３】機能層１２と記録層１１との間隙は、理論
的には数ｎｍ程度離れていても交換結合相互作用が及ぶ
ので、交換結合が作用するのであれば機能層１２と記録
層１１の間に非磁性の層や表面改質部分があっても構わ
ない。

【００４４】また、機能層１２と記録層１１の間に別の
磁性膜を入れることによって交換結合力を制御できるの
で、本発明による作用を損なわない限り、機能層１２と
記録層１１の間に複数の磁性層が存在しても構わない。

【００４５】機能層１２及び記録層１１の積層構造で、
本発明の磁気記録媒体の効果を奏することは可能である
が、必要に応じて保護層１４を形成してもよい。保護層
１４としては、ＣやＳｉＯ_２等からなる薄膜を用いるこ
とができる。また、基板１３と機能層１２との間に下地
層を用いることができる。下地層を用いることによって
機能層１２や記録層１１の成長膜の制御性を向上させる
ことが可能となる。下地層は、磁性体であっても非磁性
体であってもよい。下地層の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。

【００４６】下地層が磁性体であれば、磁性薄膜に効率
的な記録／再生を行うために、記録層１１の磁性体中の
磁区や記録／再生ヘッド１と交換相互作用或いは静磁気
相互作用を介して磁気的に結合されている。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。

【００４７】また、記録層１１が面内磁化膜の場合、軟
磁性層を記録層の上或いは下に設け、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。

【００４８】また、非磁性体からなる下地層は、磁性部
や非磁性部の結晶構造を制御する目的或いは基板１３か
らの不純物の混入を防ぐ目的で設置される。例えば、磁
性部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。

【００４９】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を用いることにより、磁性部或いは
非磁性部の結晶性或いはアモルファス性を制御する場合
もある。

【００５０】また、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。

【００５１】また、基板１３からの不純物の混入を防ぐ
目的には、格子間隔の小さい或いはは緻密な薄膜を下地
層として用いればよい。

【００５２】上記の磁性体、非磁性体の下地層は、その
機能を共通に持っていても構わない。即ち、磁性部の結
晶性を制御する磁性下地層等があっても構わない。この
場合には、記録或いは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各々の場合よりも好ましい。

【００５３】また、上記の下地層は、イオンプレーティ
ング・雰囲気ガス中でのドープ・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構わない。この場
合、薄膜堆積のプロセスを介さなくて済むので、媒体作
成上好ましい。 記録ヘッド１は、その直下に局所的な
磁界を印加するとともに局所的な光照射ができるように
なっている。局所的な磁界を印加することにより微細な
磁化反転部分を記録層１１に作成することができる。局
所的な光照射を機能層１２にすることにより微細な領域
に強磁性を発現させることができる。

【００５４】記録ヘッド１中に存在する光を照射する手
段は、光ディスクに用いられているようなレーザーを用
いることができる。また、電熱線等で加熱されたプロー
ブから発せられる光を近づけたり遠ざけたりするもの等
が考えられる。また、より局所的な照射を行うために
は、レーザー光を、レンズ等を用いて媒体面状で絞りこ
むような方式を用いることができる。また、レーザー光
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
場光とする方法等を用いることができる。

【００５５】これらの手法を用いた光照射装置は磁気記
録媒体１０１の記録層１１側にあってもいいし、その反
対面である機能層１２側にあっても構わない。

【００５６】記録ヘッド１中に存在する磁界を印加する
手段は、通常のＨＤＤで用いられているような浮上スラ
イダーの端面に誘導コイルと磁極からなる磁気回路を有
するものを用いることができる。また、永久磁石を設置
してもよいし、磁気記録媒体に磁性体層をさらに追加
し、温度分布或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。また、情報の記録を行
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。

【００５７】記録ヘッド１にある磁界を印加する手段と
しては、Ｆｅ、ＮｉＦｅ、Ｆｅ合金等の一般的に通常の
ＨＤＤ装置に使われている磁性材料が挙げられる。

【００５８】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、磁界印加を高速化、高密度化できるようにな
る。

【００５９】本発明において、保持された磁気記録情報
の読み取りは従来の磁気記録装置と同様の方式を用いる
ことができる。すなわち磁気記録媒体１０１からの漏洩
磁界を、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気再生ヘッド１な
どで検知して行う。すなわち、記録情報の読み取り時に
は、光照射することなしに行えることから、従来どおり
の読み取りシステムとの互換性が確保される。

【００６０】光誘起強磁性体は磁化Ｍ或いは保磁力Ｈｃ
を、光を照射しながらＶＳＭ等によって調べることがで
きる。さらに、記録層１１と機能層１２を交換結合した
膜は光を照射した膜をＶＳＭで磁気特性を測ることによ
って光を照射しないときのＨｃより減少することによっ
て調べることができる。

【００６１】図３は、図２に示す磁気記録媒体１０１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。

【００６２】記録層１１中には磁性粒子２１が非磁性体
２２によって区画されている。磁気粒子２１の中の矢印
は磁化の向きを、矢印の長さは保磁力の大きさを模式的
に表わしている。

【００６３】機能層１２も記録層１１と同様な磁性粒子
とそれを分断する非磁性体からなる構造になっている
が、説明の便宜上そうしてあるだけであって、他の形
態、例えば連続膜や(３次元)グラニュラー構造等の形態
をとっても構わない。ここでは、簡単のため、垂直磁気
記録媒体の場合を例にとって説明するが、ここで行う説
明は面内媒体或いは両者の混合の場合にもそのまま適用
できるものである。

【００６４】図３（ａ）に示すように、初期状態として
記録層１１の全ての磁化が上向きに設定されている。こ
の状態は光照射及び磁界印加前の状態である。機能層１
２には磁化が発現されていなく、記録層１１の磁化は全
て上を向いており、その保磁力は大きい。この状態では
記録層１１は十分に大きい保磁力を有するために熱揺ら
ぎによる磁化の消失はない。

【００６５】次に、図３（ｂ）に示すように、記録ヘッ
ド（図２中、符号１）より矢印２４で図示された範囲に
光を照射する。光照射によって機能層１２に磁化が現
れ、記録層１１と交換結合相互作用によってカップリン
グすることにより記録層１１の磁気異方性エネルギーが
減少する。

【００６６】次に、図３（ｃ）に示すように、記録ヘッ
ド（図２中、符号１）より下向きの磁界を印加して、下
向きスピンを持つ記録磁区を形成する。このとき機能層
１２と記録層１１が交換結合した磁化が下向きの磁界に
より下向きスピンを形成している。

【００６７】ここで記録層１１は、磁気異方性エネルギ
ー密度が記録層１１よりも小さい機能層１２と交換結合
することにより、記録層１１の保磁力は記録ヘッドから
の磁界で記録できる程度まで低下する。その結果従来の
磁界の大きさを持つ記録ヘッドによっても十分に記録層
１１の磁化が下向きに反転する。こうして矢印２４に示
す領域に磁化転移が形成される。もし機能層１２が無け
れば、記録層１１の保磁力は記録ヘッドからの磁界より
も大きく記録ヘッドの磁界では記録できないことにな
る。

【００６８】次に、図３（ｄ）に示すように、下向きス
ピンの記録磁区形成後、光照射を止めることによって機
能層１２の磁化は消失し、記録層１１及び機能層１２は
交換結合相互作用しなくなる。この結果記録層１１の保
磁力は記録層１１本来の大きな値に戻る。こうして熱揺
らぎ現象を抑えることができる。

【００６９】図４に、図３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→
（ｄ）の時間変化と、このときの記録層１１における保
磁力Ｈｃ_Ｒの変化を模式的に示す。

【００７０】図４に示すように、光照射開始前及び光照
射終了後での記録層１１の保磁力Ｈｃ_Ｒは、記録ヘッド
の磁力密度Ｈｗよりも高い値となっている。しかしなが
ら光照射をしている間は、機能層１２に強磁性が発現す
ることによって記録層１１の保磁力Ｈｃ_Ｒは記録ヘッド
の磁力密度Ｈｗよりも低い値となる。

【００７１】このように記録ヘッドにて情報を書き込む
ときに光を照射することによって、機能層１２に強磁性
を発現させ、機能層１２と記録層１１との交換結合相互
作用によって記録層１１の保磁力を記録ヘッドの磁力密
度よりも小さくすることによって、記録を容易にさせ
る。さらに記録後は光を照射しないようにすることで高
密度磁気記録における課題であった熱揺らぎの問題を解
決するために高保磁力の膜を利用することができる。

【００７２】このとき機能層１２の磁気異方性エネルギ
ー密度Ｋ_ｕＦＬよりも、記録層１１の磁気異方性エネル
ギー密度Ｋ_ｕＲＬを大きくするようにしなければならな
い。機能層１２の磁気異方性エネルギー密度Ｋｕ_ＦＬと
記録層１１の磁気異方性エネルギー密度Ｋｕ_ＲＬの差は
特に限定されない。両者の差が小さいと、全体の保磁力
Ｈｃ低減効果は小さいが、機能層１２の厚さを薄くして
も大きなＫｕＶ（Ｖは磁区の堆積）を得ることができ
る。一方、両者の差が大きいと、保磁力Ｈｃ低減効果は
大きいが、機能層の厚さを厚くしないと同時反転の条件
を得るのが困難になる。したがって、両者の差は媒体を
用いるシステムに応じて決定される。

【００７３】一般的な使用においては、Ｋｕ_ＲＬ／Ｋｕ
_ＦＬの値は３以上であることが望ましく、５以上がより
好ましく、１０以上がさらに好ましい。

【００７４】次に、図２に模式的に示した構造の磁気記
録装置を具体的に作製した例を示す。

【００７５】先ず、２．５インチのガラス基板１３上
に、ＺｎＯ下地層（図示せず）を厚さ５０ｎｍ、Ｃｏ添
加のＺｎＯ機能層１２を厚さ２５ｎｍ、Ｏ添加のＣｏＰ
ｔＣｒ記録層１１を厚さ２０ｎｍ、Ｃ保護層１４を厚さ
３ｎｍ順次スパッタ法にて積層し、その後潤滑剤を塗布
した。

【００７６】次に、記録層１１の微細構造をＴＥＭを用
いて調べたところＣｏＰｔＣｒ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。

【００７７】記録層１１単独の磁気特性は、面内方向に
磁化容易軸を有し、ＶＳＭで測定した室温の保磁力Ｈｃ
は約５ｋＯｅであると推定される。キュリー温度の正確
な同定は膜構造の塑性変化のためにできなかったが、２
００℃までの温度依存性から外挿すると、概ね３００℃
と推定された。磁性粒径が小さいために熱揺らぎの影響
が大きくなっているものと思われる。

【００７８】次に、この積層膜に対して、光を照射しな
がらＶＳＭの測定を行なうと、保磁力の低下が観測され
た。

【００７９】光照射によるＶＳＭ実験を、機能層１２の
膜厚を振って測定した。その結果をまとめたものを図５
に示す。横軸は機能層１２であるＣｏ添加ＺｎＯの膜の
厚さ（ｎｍ）で縦軸は保磁力である。

【００８０】図５に示すように、機能層１２の膜厚が厚
ければ厚いほど保磁力が低下していくことが分かる。す
なわち機能層１２が厚い方が記録磁界の観点から見ると
好ましいことが分かる。しかしながら機能層１２が厚す
ぎると、磁気記録媒体の作製上好ましくない。さらに記
録磁界が約２ｋＯｅであることを考慮して、この実験で
は２５ｎｍの膜厚を選んだ。

【００８１】次に、上記の磁気記録媒体の動特性をＨＤ
Ｄの記録／再生評価装置にて評価した。回転数は４５０
０ｒｐｍで、記録ギャップは２００ｎｍ、ＧＭＲ素子を
用いた再生ヘッドはギャップが１１０ｎｍであった。浮
上量と潤滑剤の厚さから磁気スペーシングは３０ｎｍと
推定された。局所的な光照射には波長６３３ｎｍのレー
ザーを用いた。レーザーは基板裏面より外部低浮上レン
ズを介して機能層１２／記録層１１部分へ照射された。
外部低浮上レンズと基板の両方でＳＩＬレンズとなるよ
うに設計を行い、焦点が機能層１２／記録層１１部分で
結ぶようにした。レーザースポットの直径はＦＷＨＭ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。

【００８２】先ず、レーザーを照射しないで磁気記録を
試みた。再生信号はノイズがほとんどであり、十分な記
録ができていないことがわかった。このことは記録層１
２の保磁力とヘッドの記録能力から勘案して当然の結果
である。次に、レーザー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
ワーと機能層１２の磁化の関係をつかんでおき、照射す
るレーザーパワーを変化させて、再生信号のＣＮ比（Ｃ
ＮＲ）の関係を調べた。

【００８３】図６に、４００ｋｆｃｉの単一周波数記録
をおこなった結果を模式的に示す。

【００８４】図６に示すように、記録可能限界条件での
ＣＮＲはほぼ１０ｄＢであり、実際のＨＤＤシステムに
用いるにはあまりにも低い値である。しかし、本発明に
よる記録方式の原理を確認するには十分である。記録周
波数をもっと低くする或いは媒体の磁気特性を調整する
ことによってＣＮＲを改善することは十分に可能であ
る。

【００８５】（実施形態２）次に、本発明の実施形態２
について述べる。実施形態１とは光の代わりに電界を印
加し、機能層に電界によって強磁性が発現する電界誘起
強磁性体を用いたところが相違する。その他の構成は実
施形態１で説明した図１及び図２と同様であるのでその
詳しい説明は省略する。

【００８６】ここでは図７を用いて、機能層１２及び記
録層１１の磁化の反転について説明する。

【００８７】先ず、図７（ａ）に示すように、初期状態
として記録層１１の全ての磁化が上向きに設定されてい
る。この状態は電界印加及び磁界印加前の状態である。
機能層１２には磁化が発現されていなく、記録層１１の
磁化は全て上を向いており、その保磁力は大きい。この
状態では記録層１１は十分に大きい保磁力を有するため
に熱揺らぎによる磁化の消失はない。

【００８８】次に、図７（ｂ）に示すように、記録ヘッ
ド（図２中、符号１）より矢印２４で図示された範囲に
電界を印加する。電界印加によって機能層１２に磁化が
現れ、記録層１１と交換結合相互作用によってカップリ
ングすることにより記録層１１の磁気異方性エネルギー
が減少する。

【００８９】次に、図７（ｃ）に示すように、記録ヘッ
ド（図２中、符号１）より下向きの磁界を印加して、下
向きスピンを持つ記録磁区を形成する。このとき機能層
１２と記録層１１が交換結合した磁化が下向きの磁界に
より下向きスピンを形成している。

【００９０】ここで記録層１１は、磁気異方性エネルギ
ー密度が記録層１１よりも小さい機能層１２と交換結合
することにより、記録層１１の保磁力は記録ヘッドから
の磁界で記録できる程度まで低下する。その結果従来の
磁界の大きさを持つ記録ヘッドによっても十分に記録層
１１の磁化が下向きに反転する。こうして矢印２４に示
す領域に磁化転移が形成される。もし機能層１２が無け
れば、記録層１１の保磁力は記録ヘッドからの磁界より
も大きく記録ヘッドの磁界では記録できないことにな
る。

【００９１】次に、図７（ｄ）に示すように、下向きス
ピンの記録磁区形成後、電界印加を止めることによって
機能層１２の磁化は消失し、記録層１１及び機能層１２
は交換結合相互作用しなくなる。この結果記録層１１の
保磁力は記録層１１本来の大きな値に戻る。こうして熱
揺らぎ現象を抑えることができる。

【００９２】次に、図２に模式的に示した構造の磁気記
録装置を具体的に作製した例を示す。但しここでは記録
層１１を基板側、この上に機能層１２を積層下例を示
す。

【００９３】先ず、２．５インチのガラス基板上に、Ｍ
ｇＯ下地層を厚さ５０ｎｍ、ＦｅＰｔＡｇ記録層を厚さ
２５ｎｍ、ＧａＡｓ機能層を厚さ２０ｎｍ、Ｃ保護層を
厚さ３ｎｍ順次スパッタ法にて積層し、その後潤滑剤を
塗布した。

【００９４】次に、記録層１１の微細構造をＴＥＭを用
いて調べたところＦｅＰｔからなる柱状の磁性結晶粒子
(直径約７ｎｍ)が微量のＡｇ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。

【００９５】記録層１１単独の磁気特性は、面直方向に
磁化容易軸を有し、ＶＳＭで測定した室温の保磁力Ｈｃ
は約１５ｋＯｅであると推定される。磁気トルク計を用
いて磁気異方性エネルギー密度を測定したが、その磁気
異方性エネルギー密度Ｋｕは約５×１０^７ｅｒｇ／ｃｃ
であった。そのときの熱揺らぎ安定化指数であるＫｕＶ
／ｋ_ｂＴは約４００であり、熱安定性も充分にある。

【００９６】上記の磁気記録媒体の磁気特性をＶＳＭ装
置にて同様に評価した。室温で、電界を印加しないでＭ
Ｈカーブを測定した結果、記録層単独のものとほぼ同様
なカーブが得られた。

【００９７】次に、約５０Ｖの電界を磁気記録媒体にか
けながらＭＨカーブを測定した。その結果、その保磁力
は約３ｋＯｅまで低下し、通常の記録ヘッドの磁界で書
込み可能な媒体が得られた。これは電界を印加したこと
により、保磁力の小さな強磁性体が機能層上に現れ、そ
れと記録層の磁化が交換結合することにより記録層の保
磁力が低下したものである。

【００９８】その後、電界を取り外して再度ＭＨカーブ
を測定したところ、記録層単独のＭＨカーブと同様のも
のが再度得られた。これにより、電界を印加中のみ記録
層の保磁力が低下し、記録ヘッドで書込みが可能になる
ことが示された。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、磁気異方性エネル
ギーの大きい材料系を記録層として用いても磁化印加手
段によって記録可能な磁気記録装置、磁気記録媒体及び
磁気記録方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による磁気記録装置の斜視図。

【図２】 本発明による磁気記録装置の断面図。

【図３】 本発明の実施形態１における記録層と機能層
の磁化の光照射に対する変化を模式的に示す図であり、
（ａ）は光照射前、（ｂ）は光照射中、（ｃ）は記録、
（ｄ）は光照射後である。

【図４】 本発明の実施形態１における磁気記録媒体の
記録層の保磁力の光照射による変化を模式的に示す図。

【図５】 本発明の実施形態１における磁気記録媒体の
記録層の保磁力と機能層膜厚の関係を示す図。

【図６】 本発明の実施形態１における磁気記録媒体の
ＣＮＲの光照射パワーに対する変化を示す図。

【図７】 本発明の実施形態２における記録層と機能層
の磁化の光照射に対する変化を模式的に示す図であり、
（ａ）は電界印加前、（ｂ）は電界印加中、（ｃ）は記
録、（ｄ）は電界印加後である。

【符号の説明】

１・・・記録ヘッド ５０・・・サスペッション １００・・・筐体 １０１・・・ディスク １０２・・・アクチュエータアーム １１０・・・スピンドル １２０・・・ボイスコイルモータ １３０・・・固定軸 １１・・・記録層 １２・・・機能層 １３・・・基板 １４・・・保護層 ２１・・・磁性粒子 ２２・・・非磁性粒間物質 ２３・・・転移形成位置 ２４・・・光照射領域或いは電界印加領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永瀬 俊彦 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 (72)発明者 前田 知幸 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 (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 DA03 EA03 FA00 5D075 AA03 CC01 CD02 EE03 FF01 5D091 AA10 CC05 CC17 CC26

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性基板と、 前記非磁性基板上に形成され、光を照射されると強磁性
   を発現する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する
   磁性体からなる機能層と、 前記機能層上に前記機能層と交換結合相互作用を及ぼす
   ように積層された前記磁気異方性エネルギー密度Ｋ
   _ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}
   を有する磁性粒子からなる記録層と、 前記機能層に光を照射して、前記機能層に強磁性を発現
   させる光照射手段と、 前記記録層に磁界を印加することによって信号磁化を記
   録する磁気記録手段とを具備することを特徴とする磁気
   記録装置。
2. 【請求項２】前記記録層が、前記磁性粒子間に形成され
   た非磁性体とを具備することを特徴とする請求項１記載
   の磁気記録装置。
3. 【請求項３】前記機能層が少なくともＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、
   Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる材料を含む磁性
   半導体薄膜であることを特徴とする請求項１記載の磁気
   記録装置。
4. 【請求項４】前記記録層が、ＦｅＰｔ合金、ＦｅＰｄ合
   金、ＣｏＰｔ合金及びＣｏＰｄ合金から選ばれる合金を
   含むことを特徴とする請求項１記載の磁気記録装置。
5. 【請求項５】非磁性基板と、 前記非磁性基板上に形成され、電界を印加されると強磁
   性を発現する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有す
   る磁性体からなる機能層と、 前記機能層上に前記機能層と交換結合相互作用を及ぼす
   ように積層された前記磁気異方性エネルギー密度Ｋ
   _ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}
   を有する磁性粒子からなる記録層と、 前記機能層に電界を印加して、前記機能層に強磁性を発
   現させる電界印加手段と、 前記記録層に磁界を印加することによって信号磁化を記
   録する磁気記録手段とを具備することを特徴とする磁気
   記録装置。
6. 【請求項６】前記記録層が、前記磁性粒子間に形成され
   た非磁性体とを具備することを特徴とする請求項５記載
   の磁気記録装置。
7. 【請求項７】前記機能層が少なくともＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、
   Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる材料を含む磁性
   半導体薄膜であることを特徴とする請求項５記載の磁気
   記録装置。
8. 【請求項８】前記記録層が、ＦｅＰｔ合金、ＦｅＰｄ合
   金、ＣｏＰｔ合金及びＣｏＰｄ合金から選ばれる合金を
   含むことを特徴とする請求項５記載の磁気記録装置。
9. 【請求項９】非磁性基板と、 前記非磁性基板上に形成され、光を照射されると強磁性
   を発現する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有する
   磁性体からなる機能層と、 前記機能層上に前記機能層と交換結合相互作用を及ぼす
   ように積層された前記磁気異方性エネルギー密度Ｋ
   _ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}
   を有する磁性粒子からなる記録層とを具備し、 前記機能層は光を照射されることによって強磁性を発現
   させることができ、かつ前記記録層は磁界を印加される
   ことによって信号磁化を記録することができることを特
   徴とする磁気記録媒体。
10. 【請求項１０】非磁性基板と、 前記非磁性基板上に形成され、電界を印加されると強磁
    性を発現する磁気異方性エネルギー密度Ｋ_ｕＦＬを有す
    る磁性体からなる機能層と、 前記機能層上に前記機能層と交換結合相互作用を及ぼす
    ように積層された前記磁気異方性エネルギー密度Ｋ
    _ｕＦＬよりも大きい磁気異方性エネルギー密度Ｋ_{ｕ ＲＬ}
    を有する磁性粒子からなる記録層とを具備し、 前記機能層は電界を印加されることによって強磁性を発
    現させることができ、かつ前記記録層は磁界を印加され
    ることによって信号磁化を記録することができることを
    特徴とする磁気記録媒体。