JP2012212478A

JP2012212478A - 磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2012212478A
Application number: JP2011076284A
Authority: JP
Inventors: Koichi Mizushima; 公一水島; Toshie Sato; 利江佐藤; Hirofumi Shuto; 浩文首藤; To Yo; 涛楊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: US8553358B2; JP5550594B2; US20120250180A1

Abstract

【課題】読み出しのビット誤り率を低減することができる磁気ヘッドを提供すること。
【解決手段】一実施形態に係る磁気ヘッドは、補助磁極、第１のスピントルク発振素子、及び第２のスピントルク発振素子を備える。補助磁極は、磁気記録媒体に磁場を印加する。第１のスピントルク発振素子は、第１の周波数で発振し、当該第１の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する。第２のスピントルク発振素子は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振し、当該第２の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スピントルク発振素子を磁気センサとして用いる読み出しヘッドに関する。

近年、垂直磁化媒体の開発と、ＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）素子を磁気センサとして用いる読み出しヘッド（ＴＭＲヘッド）の採用とにより、磁気記録における記録密度は、年率４０％で向上している。２００９年時点では、５００Ｇｂ／ｉｎ^２の記録密度が達成されている。また、記録密度を飛躍的に高める方策として、パターン化媒体が知られている。

さらに、近年では、記録密度を飛躍的に高める他の方策として、記録層を多層化した３次元記録の方法が提案されている。３次元記録の方法では、磁気共鳴周波数が層毎に異なる磁気記録媒体が用いられ、磁気センサとしてのスピントルク発振素子と補助磁極とを併用して各層への選択的書き込みと、各層からの選択的読み出しが行われる。

特開２００５−２８５２４２号公報

１つの補助磁極と１つのスピントルク発振素子を用いて記録の読み出しを行う従来の３次元記録の方法では、読み出し電圧が小さく且つ読み出し電圧の極性が記録磁化の向きに依存しないため、ビット誤り率が大きくなる場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、読み出しのビット誤り率を低減することができる磁気ヘッドを提供することである。

一実施形態に係る磁気ヘッドは、補助磁極、第１のスピントルク発振素子、及び第２のスピントルク発振素子を備える。補助磁極は、磁気記録媒体に磁場を印加する。第１のスピントルク発振素子は、第１の周波数で発振し、当該第１の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する。第２のスピントルク発振素子は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振し、当該第２の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する。

実施形態に係る磁気ヘッドを示す概略図。図１に示したスピントルク発振素子を示す概略図。図１に示したスピントルク発振素子が出力する高周波電圧を処理する回路を示す概略図。図３に示した差動増幅器が出力する電圧信号を概略的に示すグラフ。図１に示したスピントルク発振素子のうちの一方のスピントルク発振素子から出力される高周波電圧を検波して得られる電圧信号を概略的に示すグラフ。図１に示した磁気記録媒体が垂直磁化媒体である例を示す概略図。一実施形態に係る磁気記録装置を示す概略図である。図７に示したアクチュエータアームから先の磁気ヘッドアセンブリを示す概略図。実施例に係るスピントルク発振素子を示す概略図。図９に示したスピントルク発振素子のうちの一方から出力される高周波電圧を検波して得られる電圧信号を比較例として示すグラフ。図９に示したスピントルク発振素子を備える磁気ヘッドから出力される電圧信号を概略的に示すグラフ。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、実施形態に係る磁気ヘッドを説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る磁気ヘッド１００を概略的に示している。この磁気ヘッド１００は、磁気記録媒体１１０から情報を読み出す読み出しヘッドとして使用される。

本実施形態では、磁気記録媒体１１０が、複数の記録層（磁性層）、例えば、４つの記録層１１１、１１２、１１３、１１４を含む三次元磁気記録媒体である例を説明する。磁気記録媒体１１０は、例えば円板状に形成され、回転駆動されることにより磁気ヘッド１００に対して相対的に移動される。磁気記録媒体１１０の中心から半径方向に沿って等間隔に複数の円環状のトラックが記録層毎に形成されている。各トラックには、記録ビット（磁性体ドット）が等間隔に配列されている。図１には、トラック方向（即ち、磁気記録媒体１１０の周方向）に垂直な面における磁気記録媒体１１０の断面の一部分が示されている。

記録層１１１、１１２、１１３、１１４の磁気共鳴周波数は、それぞれ異なっている。磁気共鳴周波数は、磁気ヘッド１００に最も近い記録層１１１から最も遠い記録層１１４へ向かうに従って高くなる。即ち、記録層１１１、１１２、１１３、１１４の磁気共鳴周波数をそれぞれｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４と表すと、ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜ｆ_４である。

磁気記録媒体１１０では、記録層１１１、１１２、１１３、１１４は、非磁性層１１５、１１６、１１７によって分離されている。具体的には、記録層１１１と記録層１１２との間に非磁性層１１５が配置され、記録層１１２と記録層１１３との間に非磁性層１１６が配置され、記録層１１３と記録層１１４との間に非磁性層１１７が配置されている。

記録層１１１、１１２、１１３、１１４は、面内磁化膜で形成され、記録層１１１、１１２、１１３、１１４に含まれる各記録ビットの磁化は、トラック方向に垂直であり且つ膜面に水平である方向を、即ち、磁気記録媒体１１０の径方向を向いている。記録ビットの磁化の向きは、記録ビットに記録されている情報に対応する。一例として、情報“０”が記録されている記録ビットの磁化は、磁気記録媒体１１０の中心に向かう方向を向いており、情報“１”が記録されている記録ビットの磁化は、中心から外側に向かう方向を向いている。

このような磁気記録媒体１１０では、記録ビットからの磁束が面内に閉じ込められるので、磁気記録媒体１１０からの磁場の漏洩がほとんどない。このため、記録ビットからの磁場を検出することで読み出しを行う磁気記録方式では、磁気記録媒体１１０から情報を読み出すことはできない。磁気共鳴現象を利用する本実施形態の磁気記録方式では、磁気記録媒体１１０から情報を読み出すことが可能である。さらに、記録ビット間の静磁結合が弱いため、磁気記録媒体１１０の高密度化が可能であり、また、記録層からの磁場の漏洩がほとんどないため、記録層を多層化して各記録層に情報を記録する三次元記録が可能である。

図１の磁気ヘッド１００は、磁気センサとしてのスピントルク発振素子１０１及び１０２と、磁気記録媒体１１０に磁場を印加する補助磁極１０３とを備える。スピントルク発振素子１０１及び１０２は、発振周波数が互いに異なる。

一例では、補助磁極１０３は、リング型磁極であり、磁気記録媒体１１０の中心から外側に向かう方向の磁場を印加する。補助磁極１０３の直下に位置する各記録層の記録ビットには、同じ記録層の他の記録ビットより強い磁場が印加される。記録ビットに磁場が印加されると、記録ビットの磁気共鳴周波数は、磁場の強さ、及び磁場の向きと記録ビットの磁化の向きとの間の関係に応じて変化する。記録層１１４の記録ビットについて具体的に説明すると、記録ビットの磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと平行である場合には、記録ビットの磁気共鳴周波数ｆ_４は、ｆ_４ ^＊＝ｆ_４＋Δｆ_４に変化し、記録ビットの磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと反平行である場合には、記録ビットの磁気共鳴周波数ｆ_４は、ｆ_４ ^＊＝ｆ_４−Δｆ_４に変化する。ここで、補助磁極１０３の直下に位置する記録層１１４の記録ビットに印加される磁場をＨ_４、磁気回転比をγとすると、Δｆ_４は、下記数式（１）で表される。

このように、補助磁極１０３の直下に位置する各記録層の記録ビットの磁気共鳴周波数は、同じ記録層の他の記録ビットの磁気共鳴周波数とは異なる。

スピントルク発振素子１０１は、図２に示すように、磁化固定層２０３、非磁性層２０４及び磁化フリー層２０５を順次積層した積層構造を基本としたナノメートルサイズの素子である。なお、スピントルク発振素子１０２は、図２に示されるスピントルク発振素子１０１と同様の構成を有するので、スピントルク発振素子１０２の構成についての説明は省略する。

磁化固定層２０３は、垂直磁化を有する。即ち、磁化固定層２０３の磁化の向きは、膜面に対して実質的に垂直である。磁化固定層２０３の磁化は、固定されている。

磁化固定層２０３は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、又はＣｏ、Ｎｉ及びＦｅの少なくとも１つを含む合金等の材料で形成される。なお、磁化固定層２０３は、強磁性層を含む積層膜で形成されてもよい。一例として、磁化固定層２０３は、強磁性層及び反強磁性層を積層した交換結合膜で形成されることができる。この例では、反強磁性層は、強磁性層との交換結合により、強磁性層の磁化の向き、即ち、磁化固定層２０３の磁化の向きを固定する。

磁化固定層２０３と磁化フリー層２０５との間に配置される非磁性層２０４は、銅（Ｃｕ）等の非磁性金属、或いは、ＭｇＯ（マグネシウム酸化膜）及びＡｌ−Ｏ（アルミニウム酸化膜）等の絶縁膜で形成される。磁気ヘッド１００を読み出しヘッドとして用いる場合、非磁性層２０４は、大きな出力電圧を得るために、ＭｇＯ及びＡｌ−Ｏ等の絶縁膜で形成されることが好ましい。即ち、磁気ヘッド１００は、トンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto-resistive）発振素子であることが好ましい。

磁化フリー層２０５は、垂直磁化を有する。即ち、磁化フリー層２０５の磁化２０６の向きは、膜面に対して実質的に垂直である。さらに、磁化フリー層２０５は、一軸磁気異方性を有する。一軸磁気異方性は、一様磁場中において結晶磁気異方性の高い材料を成膜することにより、又は、成膜後に一様磁場中でアニールすることにより発生させることができる。

さらに、スピントルク発振素子１０１は、膜面に対して垂直に電流を流すための１対の電極２０１及び２０２を備える。スピントルク発振素子１０１では、電流源２１０から直流電流Ｉが供給されると、この電流Ｉが膜面に対して垂直に流れ、即ち、磁化固定層２０３から非磁性層２０４を介して磁化フリー層２０５へ通電される。ある電流Ｉが通電されると、磁化フリー層２０５の磁化２０６の歳差運動が誘起され、即ち、磁化フリー層２０５の磁化２０６が定常振動する。ここで、ある電流Ｉとは、閾値電流密度より大きい電流密度を有する電流を指す。

磁化フリー層２０５の磁化２０６が定常振動する振動数をωと表すと、スピントルク発振素子１０１の発振周波数は、ω／２πである。スピントルク発振素子１０１の発振周波数は、磁化フリー層２０５のサイズ及び膜厚、磁化２０６を定常振動させるための直流電流Ｉ、磁化２０６に作用する外部磁場の大きさ等に依存する。これらを適宜調節することにより、スピントルク発振素子１０１の発振周波数を数ＧＨｚから数十ＧＨｚの任意の値に設定することが可能である。

歳差運動する磁化フリー層２０５の磁化２０６と磁化固定層２０３の磁化との間の磁気抵抗効果（巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant magneto-resistive）効果又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果）により、電極２０１及び２０２間には、スピントルク発振素子１０１の発振周波数に応じた数ＧＨｚから数十ＧＨｚの高周波電圧が発生する。この高周波電圧は、負荷２１１に出力される。さらに、スピントルク発振素子１０１の近傍には、磁化フリー層２０５の磁化２０６の歳差運動に伴って、スピントルク発振素子１０１の発振周波数に応じた周波数（数ＧＨｚから数十ＧＨｚ）の高周波（回転）磁場２２０が発生する。

磁気ヘッド１００は、スピントルク発振素子１０１及び１０２の各々から発生する高周波電圧（電力）及び高周波磁場の両方を利用して、磁気記録媒体１１０に記録されている情報を読み出す。

スピントルク発振素子１０１の磁化フリー層２０５内の磁化が歳差運動することにより発生した高周波磁場２２０は、スピントルク発振素子１０１の近傍に位置する記録ビットに作用する。スピントルク発振素子１０１の発振周波数が記録ビットの磁気共鳴周波数に一致している場合、高周波磁場２２０と記録ビットとの間に磁気共鳴が起こる。磁気共鳴時には、記録ビットは、高周波磁場２２０のエネルギーを吸収する。一方で、スピントルク発振素子１０１は、記録ビットの共鳴吸収によりエネルギーを損失する。その結果、一定電流の通電下においては、磁気共鳴が起こると、スピントルク発振素子１０１の出力電圧（読み出し電圧）の振幅が小さくなる。後述するように、磁気ヘッド１００は、磁気共鳴現象によって生じるスピントルク発振素子１０１及び１０２の出力電圧の振幅の変化を検出することにより、磁気記録媒体１１０から情報を読み出すことができる。なお、出力電圧の変化に伴って電圧の位相も変化するので、電圧変化に代えて位相の変化を検出することにより、磁気記録媒体１１０に記録されている情報を読み出すことも可能である。

なお、補助磁極１０３を備える磁気ヘッド１００では、スピントルク発振素子１０１及び１０２を読み出す対象の記録ビットの直上に設置することができない場合がある。しかしながら、共鳴状態にある磁性体の高周波透磁率は、非共鳴状態のものに比べて１桁以上大きいので、スピントルク発振素子１０１及び１０２が読み出す対象の記録ビットの直上に設置されない場合でも、高周波磁場の磁束が読み出す対象の記録ビットに集中し、この記録ビットに十分強い高周波磁場が印加される。

次に、磁気記録媒体１１０から情報を読み出す方法について具体的に説明する。ここでは、第４層の記録層１１４の記録ビット１１８に記録されている情報を読み出す場合を想定する。上述したように、補助磁極１０３の直下に位置する記録層１１４の記録ビット１１８には、記録層１１４の他の記録ビットに比べてより強い磁場が補助磁極１０３により印加され、これにより、この記録ビット１１８の磁気共鳴周波数は、磁化の向きに応じて変化されている。具体的には、記録ビット１１８の磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと平行である場合には、記録ビット１１８の磁気共鳴周波数は、ｆ_４＋Δｆ_４に変化され、記録ビット１１８の磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと反平行である場合には、記録ビット１１８の磁気共鳴周波数は、ｆ_４−Δｆ_４に変化される。

第４層の記録層１１４に記録されている情報を読み出す場合、図１に示されるように、スピントルク発振素子１０１の発振周波数は、ｆ_４＋Δｆ_４に設定され、スピントルク発振素子１０２の発振周波数は、ｆ_４−Δｆ_４に設定される。スピントルク発振素子１０１の発振周波数とスピントルク発振素子１０２の発振周波数の差は、２Δｆ_４である。これにより、スピントルク発振素子１０１は、補助磁極１０３の磁場の向きと平行な向きの磁化を有する記録ビット１１８に選択的に磁気共鳴を生じさせることができ、スピントルク発振素子１０２は、補助磁極１０３の磁場の向きと反平行な向きの磁化を有する記録ビット１１８に選択的に磁気共鳴を生じさせることができる。

磁気記録媒体１１０が磁気ヘッド１００に対して相対的に移動されると、スピントルク発振素子１０１及び１０２の出力電圧の振幅は、時々刻々と変化される。具体的には、磁気ヘッド１００の直下を通過する記録ビット１１８の磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと平行である場合、共鳴吸収によりスピントルク発振素子１０１のエネルギー損失が増大し、スピントルク発振素子１０１の出力電圧の振幅が小さくなる。また、磁気ヘッド１００の直下を通過する記録ビット１１８の磁化の向きが補助磁極１０３の磁場の向きと反平行である場合、共鳴吸収によりスピントルク発振素子１０２のエネルギー損失が増大し、スピントルク発振素子１０２の出力電圧の振幅が小さくなる。

図３に示すように、スピントルク発振素子１０１から出力される高周波電圧は、振幅変調（ＡＭ：amplitude modulation）検波回路３０１へ送られる。ＡＭ検波回路３０１は、スピントルク発振素子１０１からの高周波電圧に対してＡＭ検波を行い、高周波電圧の振幅値を出力する。同様に、スピントルク発振素子１０１から出力される高周波電圧は、ＡＭ検波回路３０２によってＡＭ検波を施される。差動増幅器３０３は、引き算回路として用いられ、ＡＭ検波回路３０１の検波出力Ｖ_１とＡＭ検波回路３０２の検波出力Ｖ_２との差を計算して電圧信号（読み出し電圧）を生成する。

図４は、差動増幅器３０３から出力される電圧信号の一例を示している。図４では、縦軸は、電圧信号の信号レベルを示し、横軸は、時間を示す。また、図４に示される矢印は、記録ビット１１８の磁化の向きを示している。図４に示されるように、電圧信号の極性は、記録ビット１１８の磁化の向き、即ち、記録ビット１１８に記録されている情報（“０”又は“１”）に依存して変化する。従って、電圧信号の極性を判定することで記録ビット１１８に記録されている情報を読み出すことができる。

磁気ヘッド１００では、スピントルク発振素子１０１及び１０２の一方のみを利用して、磁気記録媒体１１０から情報を読み出すこともできる。図５は、スピントルク発振素子１０１の出力電圧を検波した後の電圧信号を示している。図５に示されるように、１つのスピントルク発振素子を利用する場合、電圧信号の極性は、記録ビットの磁化の向きに依存しない。このため、電圧信号の信号レベルを判定することで記録ビットに記録されている情報を読み出すことになる。

電圧信号の極性を判定する本実施形態の方式は、電圧信号の信号レベルを判定する方式より容易に実行することができる。さらに、１対のスピントルク発振素子１０１及び１０２を利用する場合、電圧信号の変化量ΔＶがより大きくなり、電圧信号における雑音等の影響を低減することができる。従って、１対のスピントルク発振素子１０１及び１０２を利用する本実施形態の磁気ヘッド１００においては、磁気記録媒体１１０に記録されている情報をより正確に読み出すことができ、ビット誤り率を低減することができる。

なお、他の記録層に記録されている情報を読み出す場合、スピントルク発振素子１０１及び１０２の発振周波数は、読み出し対象の記録層の磁気共鳴周波数に応じて設定される。或いは、磁気ヘッド１００には、磁気記録媒体１１０の記録層に対応する複数対のスピントルク発振素子が設けられてもよい。

また、差動増幅器３０３から出力される電圧信号が取り得る２つの電圧値Ｖ^＋及びＶ⁻の絶対値が略等しくなることが望ましく、即ち、出力電圧が略等しい１対のスピントルク発振素子１０１及び１０２を用いることが望ましい。

さらに、磁気記録媒体１１０は、図１に示されるような複数の記録層を含む３次元磁気記録媒体の例に限らず、１層の磁気記録媒体であってもよい。さらに、磁気記録媒体１１０は、面内磁化を有する磁気記録媒体（面内磁化媒体）の例に限らず、図６に示すように、記録ビットが垂直磁化６０１を有する磁気記録媒体（垂直磁化媒体）６００であってもよい。

図１の磁気ヘッド１００は、磁気記録媒体１１０に情報を書き込むアシスト型記録ヘッドとして使用することもできる。記録ヘッドとして用いる場合、磁気ヘッド１００は、補助磁極１０３を記録磁極として用い、スピントルク発振素子１０１及び１０２をアシスト用発振素子として用いる。記録と読み出しとにおける違いは、記録の場合には、記録ビットの磁化を反転させるために、記録磁極（補助磁極）１０３による磁場、及び発振素子１０１又は１０２による高周波磁場をともに読み出しの場合より強く印加することである。

磁気ヘッド１００を記録ヘッドとして用いる場合には、スピントルク発振素子１０１及び１０２は、大電流を通電することで強い高周波磁場（マイクロ波磁場ともいう）を発生することができる膜面垂直通電（ＣＰＰ：current perpendicular-to-plane）型発振素子であることが好ましい。

次に、図７及び図８を参照して、上述した磁気ヘッド１００を搭載した磁気記録再生装置の一例を説明する。

図７は、一実施形態に係る磁気記録再生装置７００を概略的に示している。磁気記録再生装置７００は、磁気ディスク（磁気記録媒体）７０１を備える。この磁気ディスク７０１は、スピンドル７０２に装着されスピンドルモータにより矢印Ａの方向に回転される。磁気ディスク７０１の近傍に設けられたピボット７０３には、アクチュエータアーム７０４が保持されている。アクチュエータアーム７０４の先端にはサスペンション７０５が取り付けられている。サスペンション７０５の下面にはヘッドスライダ７０６が支持されている。ヘッドスライダ７０６には、例えば、図１に示される磁気ヘッド１００が搭載されている。アクチュエータアーム７０４の基端部にはボイスコイルモータ７０７が形成されている。

磁気ディスク７０１を回転させ、ボイスコイルモータ７０７によりアクチュエータアーム７０４を回動させてヘッドスライダ７０６を磁気ディスク７０１上にロードすると、磁気ヘッドを搭載したヘッドスライダ７０６の媒体対向面（ＡＢＳ）が磁気ディスク７０１の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ７０６は、磁気ディスク７０１と接触するいわゆる接触走行型のものであってもよい。この状態で、磁気ディスク７０１に記録された情報を読み出すことができる。

図８は、アクチュエータアーム７０４から先の磁気ヘッドアセンブリ８００を磁気ディスク側から見た拡大斜視図である。磁気ヘッドアセンブリ８００は、アクチュエータアーム７０４を含み、アクチュエータアーム７０４の一端にはサスペンション７０５が接続されている。サスペンション７０５の先端部には、図１に示される磁気ヘッド１００を有するヘッドスライダ７０６が取り付けられている。サスペンション７０５には信号の書き込み及び読み取り用のリード線８０１が配線され、このリード線８０１とヘッドスライダ７０６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。リード線８０１は、磁気ヘッドアセンブリ８００の電極パッド８０２に接続されている。

以上のように、本実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、発振周波数が互いに異なる２つのスピントルク発振素子を磁気センサとして用いることにより、磁気記録媒体の記録ビットに記録されている情報に応じて極性が変化し且つ信号レベルが高い電圧信号を得ることができ、その結果、ビット誤り率を低減することができる。

次に、本実施形態の具体的な実施例を挙げて説明する。ただし、本実施形態は、以下の実施例に限定されるものでない。

（実施例）
次に、実施例に係る磁気ヘッドについて説明する。
図９は、本実施例に係る磁気ヘッドの発振素子部９００を概略的に示している。図９の発振素子部９００は、スパッタ法によりガラス基板９０１上に磁性積層膜を成膜し、電子線及び光リソグラフィーを用いて磁性積層膜を加工して作製した。発振素子部９００には、２つのスピントルク発振素子９１０及び９２０が並列に設けられている。これらスピントルク発振素子９１０及び９２０は、同じ構造を有する１対の発振素子である。スピントルク発振素子９１０及び９２０のサイズはそれぞれ４０ｎｍ×８０ｎｍとした。スピントルク発振素子９１０及び９２０の磁化フリー層９１５及び９２５は、ＣｏＦｅＢ膜で形成し、その膜厚は２ｎｍとした。非磁性層９１４及び９２４は、ＭｇＯのトンネル絶縁膜で形成し、その膜厚は１ｎｍとした。磁化固定層９１５及び９２５は、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの積層膜で形成し、ＣｏＦｅｂ膜の膜厚は４ｎｍ、Ｒｕ膜の膜厚は０．９２ｎｍ、ＣｏＦｅ膜は膜厚を４ｎｍとした。電極９１１、９１２、９２１、９２２はＣｕで形成した。

スピントルク発振素子９１０及び９２０の上方には、絶縁層としてのＳｉＯ_２層を介してＣｏＦｅ２膜９０３、Ｃｕ膜９０４及びＣｏＦｅ１膜９０５を順次積層したＣｏＦｅ膜（磁性膜）を形成した。このＣｏＦｅ膜は、コプレナーガイドの中心導体の一部となっている。ＣｏＦｅ膜の保磁力Ｈｃは、５２０Ｏｅであり、４５０Ｏｅの外部磁場の下でのＣｏＦｅ膜の磁気共鳴周波数は、外部磁場がＣｏＦｅ膜の磁化と平行である場合には８．１ＧＨｚであり、外部磁場がＣｏＦｅ膜の磁化と反平行である場合には４．３ＧＨｚであった。

ケース１：スピントルク発振素子９１０を単独で用いる場合
スピントルク発振素子９１０に流す電流を調節し、外部磁場４５０Ｏｅが印加されている状況下でのスピントルク発振素子９１０の発振周波数を８．１ＧＨｚに設定した。ＣｏＦｅ膜の磁化と平行又は反平行になるように外部磁場の向きを１秒毎に変更して、スピントルク発振素子９１０の検波出力Ｖ_１を測定した結果を図１０に示す。図１０からは、ＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁場と平行な場合には、共鳴吸収により発振素子のエネルギー損失が増大し、出力電圧が低下することがわかる。即ち、磁化の向きに応じた出力が得られ、情報の読み出しがなされている。

ケース２：スピントルク発振素子９１０及び９２０を用いる場合
スピントルク発振素子９１０及び９２０に流す電流を調節し、外部磁場４５０Ｏｅが印加されている状況下でのスピントルク発振素子９１０及び９２０の発振周波数をそれぞれ８．１ＧＨｚ及び４．３ＧＨｚに設定した。ＣｏＦｅ膜の磁化と平行又は反平行になるように外部磁場の向きを１秒毎に変更して、スピントルク発振素子９１０及び９２０の検波後の出力電圧の差Ｖ_１−Ｖ_２を測定した結果を図１１に示す。ＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁場と平行である場合には、共鳴吸収によりスピントルク発振素子９１０のエネルギー損失が増大し、スピントルク発振素子９１０の出力電圧Ｖ_１が低下する。これに対し、ＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁場と反平行である場合には、共鳴吸収によりスピントルク発振素子９２０のエネルギー損失が増大し、スピントルク発振素子９２０の出力電圧Ｖ_２が低下する。図１１に示されるように、２つのスピントルク発振素子９１０及び９２０を用いる場合にも、磁化の向きに応じた電圧信号が得られ、情報の読み出しがなされている。

ケース１とケース２を比較すると、ケース２では、ＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁場と平行である場合の信号レベルと、ＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁場と反平行である場合の信号レベルとの差が、ケース１より２倍に増大し、且つ、ＣｏＦｅ膜の磁化の向きに応じて電圧信号の極性が変化している。従って、本実施形態のように発振周波数が互いに異なる２つのスピントルク発振素子を用いることにより、磁気記録媒体の記録ビットに記録されている情報に応じて極性が変化し且つ信号レベルの変化が大きい電圧信号を得ることができることがわかる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…磁気ヘッド、１０１，１０２…スピントルク発振素子、１０３…補助磁極、１１０…磁気記録媒体、１１１，１１２，１１３，１１４…記録層（磁性層）、１１５，１１６，１１７…非磁性層、１１８…記録ビット、２０１，２０２…電極、２０３…磁化固定層、２０４…非磁性層、２０５…磁化フリー層、２１０…電流源、２１１…負荷、３０１，３０２…ＡＭ検波回路、３０３…差動増幅器、７００…磁気記録再生装置、７０１…磁気ディスク、７０２…スピンドル、７０３…ピボット、７０４…アクチュエータアーム、７０５…サスペンション、７０６…ヘッドスライダ、７０７…ボイスコイルモータ、８００…磁気ヘッドアセンブリ、８０１…リード線、８０２…電極パッド、９００…発振素子部、９０１…ガラス基板、９０２…絶縁層、９０３…ＣｏＦｅ２層、９０３…Ｃｕ層、９０３…ＣｏＦｅ１層、９１０，９２０…スピントルク発振素子、９１１，９１２，９２１，９２２…電極、９１３，９２３…磁化固定層、９１４，９２４…絶縁層、９１５，９２５…磁化フリー層。

Claims

磁気記録媒体に磁場を印加する補助磁極と、
第１の周波数で発振し、当該第１の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する第１のスピントルク発振素子と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振し、当該第２の周波数に応じた周波数の高周波磁場を前記磁気記録媒体に印加する第２のスピントルク発振素子と、
を具備することを特徴とする磁気ヘッド。
前記第１のスピントルク発振素子が出力する高周波電圧を検波して第１の検波出力を生成する第１の検波回路と、
前記第２のスピントルク発振素子が出力する高周波電圧を検波して第２の検波出力を生成する第２の検波回路と、
前記第１の検波出力と前記第２の検波出力との差分を計算して差分信号を生成する差動増幅器と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記第１の検波出力の信号レベルと前記第２の検波出力の信号レベルとが等しくなるように、前記第１のスピントルク発振素子及び前記第２のスピントルク発振素子が調整されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッド。
前記第１のスピントルク発振素子及び前記第２のスピントルク発振素子は、トンネル型磁気抵抗発振素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
磁気回転比をγ、前記補助磁極により印加される磁場の大きさをＨｐと表す場合、前記第１の周波数と前記第２の周波数の差２Δｆが下記の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。