JP2015008026A - 磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】再生信号のSN比を向上させることができる磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る磁気記録再生装置は、記録媒体及びスピントルク発振素子再生ヘッドを備える。記録媒体では、複数の同心円状トラックが形成されている。スピントルク発振素子再生ヘッドは、前記記録媒体から情報を再生するものであって、第1のクロストラック方向幅を有する発振層と、第2のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備える。前記第1のクロストラック方向幅は前記第2のクロストラック方向幅の2倍より大きく、前記第2のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、スピントルク発生素子再生ヘッドを備えた磁気記録再生装置に関する。
スピントルク発振素子をハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録再生装置の再生ヘッドに利用する技術が提案されている。スピントルク発振素子を備えるスピントルク発振素子再生ヘッドでは、従来のHDD再生ヘッドにおいて問題になりつつあるマグノイズの問題を回避できると考えられている。これは、スピントルク発振素子の発振層内の磁化の発振エネルギーによってマグノイズのエネルギーを相対的に抑制することができるためである。スピントルク発振素子再生ヘッドでは、スピントルク発振素子の発振が安定であるほどマグノイズが抑制され、高SN比(signal−to−noise ratio)の再生信号を得ることができる。スピントルク発振素子再生ヘッドにおいては、トラック間干渉及びビット間干渉といった媒体ノイズを抑制し、再生信号のSN比を向上できることが求められている。
ところで、スピントランスファ技術分野でよく知られているスピントルク発振素子の加工形状の型はピラー型とナノコンタクト型の2つに大別される。ピラー型のスピントルク発振素子は、磁気抵抗効果(MR:magnetoresistance effect)素子の形状に類似して、発振層、スペーサ層、及びポーラライザ層により形成された磁性多層膜をサブミクロンサイズの柱状に加工した形状を有する。一方、ナノコンタクト型のスピントルク発振素子は、磁性多層膜を特定の形状に加工することなく、通電するためのコンタクト電極をサブミクロンサイズに加工した形状を有する。ナノコンタクト型のスピントルク発振素子は、ピラー型のスピントルク発振素子に比べて安定な発振が得られやすいと考えられている。例えば、ナノコンタクト型のスピントルク発振素子において、適当な磁場環境下で18000という高いQ値の発振を得られることが報告されている。ナノコンタクト型のスピントルク発振素子では、発振層が特に加工されておらず、発振層の側面の加工ダメージが少ないことが、安定な発振を得られる理由であると考えられている。このように、発振層に対する加工ダメージを小さくすることが安定な発振につながるとする知見が得られている。
S. I. Kiselev et al., Nature 425, 380 (2003)
W. H. Rippard et al., Physical Review B 70, 100406 (2004)
スピントルク発振素子再生ヘッドにおいては、再生信号のSN比を向上するために、スピントルク発振素子を安定して発振させ、且つ、媒体ノイズを抑制することができることが求められている。
本発明が解決しようとする課題は、再生信号のSN比を向上させることができる磁気記録再生装置を提供することである。
一実施形態に係る磁気記録再生装置は、記録媒体及びスピントルク発振素子再生ヘッドを備える。記録媒体では、複数の同心円状トラックが形成されている。スピントルク発振素子再生ヘッドは、前記記録媒体から情報を再生するものであって、第1のクロストラック方向幅を有する発振層と、第2のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備える。前記第1のクロストラック方向幅は前記第2のクロストラック方向幅の2倍より大きく、前記第2のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい。
以下、図面を参照しながら種々の実施形態を説明する。ここでは、実施形態に係る磁気記録再生装置をハードディスクドライブ(HDD)に適用した例について説明する。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。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る磁気記録再生装置100を概略的に示している。磁気記録再生装置100は、図1に示すように、スピントルク発振素子再生ヘッド110及び記録媒体120を備える。
図1は、第1の実施形態に係る磁気記録再生装置100を概略的に示している。磁気記録再生装置100は、図1に示すように、スピントルク発振素子再生ヘッド110及び記録媒体120を備える。
スピントルク発振素子再生ヘッド110は、記録媒体120に記録されている磁気情報を再生するために使用される。具体的には、スピントルク発振素子再生ヘッド110は、記録媒体120から発せられる磁場を検出する磁気センサとしてスピントルク発振素子(STO:Spin Torque Oscillator)112を備える。以下では、スピントルク発振素子再生ヘッドをSTO再生ヘッドと記載する。STO再生ヘッド110は、図示しないアクチュエータアームの先端部に取り付けられている。情報再生時には、STO再生ヘッド110が記録媒体120の表面から所定の浮上量をもって保持されるように、アクチュエータアームが駆動される。
本実施形態では、記録媒体120は磁気ディスクである。記録媒体120には、複数の同心円状のトラック122が形成されている。各トラック122には、記録ビットが等間隔に配列されている。記録ビットが配列される間隔は、同一トラック内で等間隔であればよく、トラックごとに異なっていてもよい。情報再生時には、記録媒体120は、図示しない回転機構により矢印R(あるいはその逆)の方向に回転される。それにより、STO再生ヘッド110は記録媒体120に対して相対的に移動する。
ここでは、説明の便宜上、図1に示すように、STO再生ヘッド110に固定されたXYZ直交座標系を定義する。X方向はクロストラック方向(すなわち、記録媒体120の径方向)を表し、Y方向は記録媒体120の記録面に垂直な方向を表し、Z方向はスピントルク発振素子112が記録媒体120に対して相対的に移動する方向(ダウントラック方向。ここでは,ビット方向と称することにする。)を表す。
図2は、スピントルク発振素子112を概略的に示している。スピントルク発振素子112は、図2に示すように、発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203、キャップ層204、及び下地層205により形成されている。発振層201は下地層205に積層され、スペーサ層202は発振層201に積層され、ポーラライザ層203はスペーサ層202に積層され、キャップ層204はポーラライザ層203に積層されている。下地層205、発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203、及びキャップ層204が積層されている方向を積層方向と称することにする。情報再生時には、STO再生ヘッド110は、積層方向がビット方向に略一致するようにして記録媒体120に対向して配置される。ここでは、記録ビットCを含むトラック122Cに記録されている情報を再生する場合を想定している。情報再生を行う対象のトラックを対象トラックと称する。図2では、説明のために記録媒体120の一部とスピントルク発振素子112のX−Z断面とを並べて示しているが、情報再生時には、スピントルク発振素子112は、対象トラック(例えばトラック122C)上をビット方向に相対的に移動しながら、直下に位置する記録ビットからの媒体磁場を検出する。
スピントルク発振素子112は、1対の電極を介して所定の直流電流を通電することにより発振する。所定の直流電流とは、閾値電流密度より大きい電流密度を有する直流電流を指す。具体的には、スピントルク発振素子112に直流電流を通電すると、直流電流がポーラライザ層203によってスピン偏極される。スピン偏極した電流は、発振層201の磁化にスピントルクを作用させる。それにより、発振層201の磁化が定常的に振動する。本実施形態では、ポーラライザ層203は磁化が運動できるフリー層であり、直流電流の通電下ではポーラライザ層203の磁化も定常的に振動する。なお、ポーラライザ層203は磁化が固定されたピンド層であってもよい。
磁化振動は、磁気抵抗(MR:magnetoresistive)効果を通じて高周波出力に変換される。具体的には、磁気抵抗効果によって電極間の電圧に交流成分が生じ、電圧の交流成分が図示しない高周波回路によって取り出される。高周波出力の周波数は、例えば、発振層201のサイズ及び膜厚、直流電流の大きさ、外部磁場の大きさなどに依存する。高周波出力の周波数は、外部磁場に依存することから、記録媒体120の記録ビットからの磁場にも依存する。従って、再生信号である高周波出力の周波数(あるいは位相)を測定することで記録ビットの磁化方向を検出することができる。
一例では、記録媒体120は垂直磁気記録媒体である。記録媒体120の各記録ビットは、その磁化方向に応じた情報を保持する。例えば、磁化方向が上向き(+Y方向)の記録ビットは情報“0”を保持し、磁化方向が下向き(−Y方向)の記録ビットは情報“1”を保持する。さらに、記録ビットは、その磁化方向に応じた媒体磁場を発生する。STO再生ヘッド110は、スピントルク発振素子112に作用する記録ビットからの媒体磁場を検出することで、その記録ビットが保持する情報を再生することができる。
STO再生ヘッド110による再生動作は、スピントルク発振素子112を発振させた状態でなされる。スピントルク発振素子112が発振した状態でスピントルク発振素子112をビット方向に記録媒体120に対して相対移動させることにより、STO再生ヘッド110は、記録ビットからの磁場を次々に検出する。磁場の検出は、高周波出力の周波数変化又は位相変化を検出することによってなされる。
発振層201は、クロストラック方向幅Lを有する。ポーラライザ層203は、クロストラック方向幅Dを有する。ポーラライザ層203は、円柱形状、楕円柱形状、角が丸くなっている四角柱形状などの柱状にパターニングされており、クロストラック方向幅Dは、ポーラライザ層203のクロストラック方向幅の最大値を指す。例えば、ポーラライザ層203が半径Rの円柱形状である場合、クロストラック方向幅Dは半径Rの2倍である。クロストラック方向幅は、スピントルク発振素子112が情報再生のために記録媒体120に対向して配置された状態でのクロストラック方向の寸法を指す。スピントルク発振素子112は、クロストラック方向幅L及びDが下記数式(1)を満たすように、設計され加工されている。数式(1)によれば、クロストラック方向幅Lはクロストラック方向幅Dの2倍より大きい。
L>2D (1)
数式(1)は、スピントルクによって発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201の側面の加工ダメージの影響をほぼ受けない条件を表す。数式(1)を満たす場合には、発振層201に対する加工ダメージの影響を回避して安定な発振を取り出すことができる。なお、数式(1)を満たす場合に発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないとする理由は後述する。
L>2D (1)
数式(1)は、スピントルクによって発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201の側面の加工ダメージの影響をほぼ受けない条件を表す。数式(1)を満たす場合には、発振層201に対する加工ダメージの影響を回避して安定な発振を取り出すことができる。なお、数式(1)を満たす場合に発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないとする理由は後述する。
数式(1)を満たす場合、発振層201、スペーサ層202、及びポーラライザ層203を含む磁性多層膜の加工形状は、ハーフピラー型と呼び得る形状である。図2の例では、スペーサ層202がポーラライザ層203と同様にパターニングされているが、これは、ハーフピラー型と呼んでいる形状にとって本質的ではない。ここで、ハーフピラー型と呼んでいるのは、ポーラライザ層203がピラー状(柱状)に加工されていることに由来している。スペーサ層202の形状は、ポーラライザ層203と同様の形状であってもよく、ポーラライザ層203に向かって先細りとなる形状であってもよい。
記録媒体120では、トラック幅がWとなるように、図示しない記録ヘッドによって磁気記録がなされている。図2では、記録媒体120の例としてグラニュラー媒体を模式的に図示している。この場合、隣接トラック間領域210には磁化転移が生じる。記録媒体120は、いわゆるディスクリート・トラック媒体やビットバターンド媒体であっても良く、その場合、隣接トラック間領域210には、非磁性体が埋め込まれるなどの加工が施されている。磁気記録再生装置100では、ポーラライザ層203のクロストラック方向幅D及び隣接トラック間距離Bは、下記数式(2)を満たす。隣接トラック間距離とは、図2に示すような点線間の距離のことであり、記録ビット中心と,その記録ビットに動径方向に隣接する記録ビットの中心との距離を意味する。ここで隣接トラック間距離は例えば、磁気力顕微鏡(MFM)を用いて磁気像を解析することで評価することができる。数式(2)によれば、クロストラック方向幅Dは隣接トラック間距離Bより小さい。
D<B (2)
数式(2)は、ポーラライザ層203に作用する非対象トラックからの干渉を低減して、媒体ノイズを抑制するための条件を表す。非対象トラックは、対象トラック(例えばトラック122C)にクロストラック方向に隣接するトラック(例えばトラック122L、122Rなど)を指す。この条件について説明するために、これとは逆の条件、すなわち、D>Bの場合に、媒体ノイズによって再生信号が劣化する傾向があることを説明する。ここでは、図2に示される記録ビットCを再生するものとする。記録ビットL、Rが記録ビットCとクロストラック方向に隣接している。D>Bの場合、対象トラック上だけでなく、対象トラック外の隣接トラック上にもポーラライザ層203がかぶって位置するため、記録ビットL、Rからの磁場がポーラライザ層203に働くようになり、ポーラライザ層203の磁化pは、記録ビットL、Rからの影響を受けて揺らぐ。一方、発振層201の磁化mを励起するSlonczewski型スピントルクは、σIm×(m×p)に比例する。ここで、σはスピントランスファ効率を表し、Iはスピントルク発振素子112に通電される電流を表す。従って、隣接記録ビットL、Rからの磁場による磁化pの揺らぎは、スピントルクσIm×(m×p)を通じて磁化mの揺らぎに変換されることになる。磁化mの揺らぎは、発振の揺らぎにほかならず、スピントルク発振素子112からの再生信号の劣化につながる。このように、数式(2)の条件は、非対象トラックによるポーラライザ層203の磁化pの揺らぎが、スピントルクを通じて磁化mの発振に与える影響を抑えるための条件である。
D<B (2)
数式(2)は、ポーラライザ層203に作用する非対象トラックからの干渉を低減して、媒体ノイズを抑制するための条件を表す。非対象トラックは、対象トラック(例えばトラック122C)にクロストラック方向に隣接するトラック(例えばトラック122L、122Rなど)を指す。この条件について説明するために、これとは逆の条件、すなわち、D>Bの場合に、媒体ノイズによって再生信号が劣化する傾向があることを説明する。ここでは、図2に示される記録ビットCを再生するものとする。記録ビットL、Rが記録ビットCとクロストラック方向に隣接している。D>Bの場合、対象トラック上だけでなく、対象トラック外の隣接トラック上にもポーラライザ層203がかぶって位置するため、記録ビットL、Rからの磁場がポーラライザ層203に働くようになり、ポーラライザ層203の磁化pは、記録ビットL、Rからの影響を受けて揺らぐ。一方、発振層201の磁化mを励起するSlonczewski型スピントルクは、σIm×(m×p)に比例する。ここで、σはスピントランスファ効率を表し、Iはスピントルク発振素子112に通電される電流を表す。従って、隣接記録ビットL、Rからの磁場による磁化pの揺らぎは、スピントルクσIm×(m×p)を通じて磁化mの揺らぎに変換されることになる。磁化mの揺らぎは、発振の揺らぎにほかならず、スピントルク発振素子112からの再生信号の劣化につながる。このように、数式(2)の条件は、非対象トラックによるポーラライザ層203の磁化pの揺らぎが、スピントルクを通じて磁化mの発振に与える影響を抑えるための条件である。
次に、数式(1)に示す条件について説明する。
L>2Dの場合に、発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないことを、図3(a)及び(b)を参照して説明する。図3(a)は、発明者らが行った、発振層201の磁化ダイナミクスに関するマイクロマグネティックシミュレーションの設定である磁気多層膜の形状を示している。図3(b)は、そのマイクロマグネティックシミュレーションの結果を示している。シミュレーションでは、図3(a)に示すように、発振層201をX方向の長さLx、Y方向の長さLyが400nmであり且つ膜厚(Z方向に規定される。)dが3nmである直方体形状とし、ポーラライザ層203を半径Rが40nmの円柱形状としている。発振層201の磁性パラメタとして、飽和磁化800emu/cm3、交換スティッフネス係数1x10−6erg/cm、x方向の結晶一軸異方性1000erg/cm3、ギルバートダンピング係数0.02、X方向の面内外部磁場Hext=1000 Oeを用い、電流密度J=I/πR2の通電下で磁化ダイナミクスを計算している。
L>2Dの場合に、発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないことを、図3(a)及び(b)を参照して説明する。図3(a)は、発明者らが行った、発振層201の磁化ダイナミクスに関するマイクロマグネティックシミュレーションの設定である磁気多層膜の形状を示している。図3(b)は、そのマイクロマグネティックシミュレーションの結果を示している。シミュレーションでは、図3(a)に示すように、発振層201をX方向の長さLx、Y方向の長さLyが400nmであり且つ膜厚(Z方向に規定される。)dが3nmである直方体形状とし、ポーラライザ層203を半径Rが40nmの円柱形状としている。発振層201の磁性パラメタとして、飽和磁化800emu/cm3、交換スティッフネス係数1x10−6erg/cm、x方向の結晶一軸異方性1000erg/cm3、ギルバートダンピング係数0.02、X方向の面内外部磁場Hext=1000 Oeを用い、電流密度J=I/πR2の通電下で磁化ダイナミクスを計算している。
図3(b)は、電流密度が6×108A/cm2の場合の計算結果を示し、発振層201の磁化は、xy面からの立ち上がり角θ空間分布を表している。図3(b)において、点線は振動の一周期分の時空間依存性を表し、太線はθの空間分布の一周期平均を表す。図3(b)からは、大振幅の磁化ダイナミクスが、原点を中心として局在し、幅2D(この例では160nm)の範囲におさまることがわかる。従って、L>2Dの場合、発振層201に励起される大振幅の磁化ダイナミクスは、発振層201のクロストラック方向幅Lの影響をほとんど受けない。さらに、L=180、240、280nmの場合も計算したが、L=400nmの場合とほとんど同一の磁化ダイナミクスが現れることがシミュレーションで確認されている。すなわち、L>2Dであれば、発振層201の形状に無関係に同様の磁化ダイナミクスが励起される。これは、L>2Dの場合には、発振層201に励起される磁化ダイナミクスが発振層201側面の加工ダメージの影響を受けないことを意味する。
以上のように、第1の実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、発振層のクロストラック方向幅がポーラライザ層のクロストラック方向幅の2倍より大きく、且つ、ポーラライザ層のクロストラック方向幅が隣接トラック間距離より小さくなるように加工されたスピントルク発振素子を備えることにより、安定した発振を得ることが可能になるとともに、媒体ノイズを低減させることが可能になる。その結果、再生信号のSN比を高めることができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、STO再生ヘッドの構造についてより具体的に説明する。
図4は、第2の実施形態に係る磁気記録再生装置に搭載されるSTO再生ヘッド110を概略的に示している。このSTO再生ヘッド110は、図4に示すように、スピントルク発振素子112及び一対のシールド層401を備える。シールド層401は積層方向に対向し、シールド層401間にスピントルク発振素子112が配置されている。シールド層401間のギャップGは、ビット間干渉を低減するために、図2に示されるビット間距離以下になるように設計される。ビット間距離は、トラック上に記録ビットが配列される間隔を示す。ギャップGは、スピントルク発振素子112の膜厚、すなわち、発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203、キャップ層204、及び下地層205の合計膜厚に対応する。シールド層401の材料としては、パーマロイなどの高透磁率材料を用いることができる。
第2の実施形態では、STO再生ヘッドの構造についてより具体的に説明する。
図4は、第2の実施形態に係る磁気記録再生装置に搭載されるSTO再生ヘッド110を概略的に示している。このSTO再生ヘッド110は、図4に示すように、スピントルク発振素子112及び一対のシールド層401を備える。シールド層401は積層方向に対向し、シールド層401間にスピントルク発振素子112が配置されている。シールド層401間のギャップGは、ビット間干渉を低減するために、図2に示されるビット間距離以下になるように設計される。ビット間距離は、トラック上に記録ビットが配列される間隔を示す。ギャップGは、スピントルク発振素子112の膜厚、すなわち、発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203、キャップ層204、及び下地層205の合計膜厚に対応する。シールド層401の材料としては、パーマロイなどの高透磁率材料を用いることができる。
シールド層401は、スピントルク発振素子112に作用する磁場の大部分が、読み取る対象の記録ビット(例えば記録ビットC)から発生する磁場になるように、記録ビットCとビット方向に隣接する記録ビットから発生する磁場を吸収する。すなわち、シールド層401は、隣接記録ビットからの磁場がスピントルク発振素子112に作用するのを防ぐ磁気シールドとして機能する。ギャップGがビット間距離以下である場合、スピントルク発振素子112内の発振層201、スペーサ層202、及びポーラライザ層203により形成される磁性多層膜に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減することができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
さらに、シールド層401は、膜面に垂直な方向に、スピントルク発振素子112に直流電流を流すための一対の電極として機能することができる。ここでは、発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203の積層方向に垂直な面を膜面と呼ぶ。
HDD技術に関する予測によれば、現行技術を延長していった場合、記録密度の増大に伴ってHDDの記録ビットのビット間距離は、2Tbit/in2世代で約20nm、5Tbit/in2世代で約14nmになるだろうとされている。この予測通りに記録ビットが配列される場合、2Tbit/in2世代でG<20nm、5Tbit/in2世代でG<14nmとすることが必要になる。GMR(giant magnetoresistance effect)素子やTMR(tunnel magnetoresistance effect)素子のような従来型の磁気抵抗効果(MR)素子を備えるMR素子再生ヘッドには磁気シールドが設けられている。現行技術を延長していった場合、MR素子再生ヘッド技術において、2Tbit/in2世代でG<20nm、5Tbit/in2世代でG<14nmというギャップ距離が要求される。
このようなギャップ距離に関する要求は、MR素子再生ヘッド技術にとって大変困難な課題であると考えられている。現行のMR素子再生ヘッド用のMR素子においては、IrMnのような反強磁性体でピンされた磁性層であるピンド層が再生動作にとって不可欠であり、そのような反強磁性層によるピンド効果は、反強磁性体の膜厚が約7nmより大きい時に現れる。現行のMR素子再生ヘッド用のMR素子に近い形で典型的な数値として、例えば、フリー層を3nm、スペーサ層を1nm、ピンド層を5nm、反強磁性層を7nmとすると、これらだけで16nmとなり、キャップ層及び下地層を含めてぎりぎりG<20nmをクリアできるかどうかというところである。5Tbit/in2世代のようなG<14nmというギャップ距離を達成することは困難とされる。
一方、STO再生ヘッド技術に関しては、2Tbit/in2世代でG<20nm、5Tbit/in2世代でG<14nmというギャップ距離に関する要求を達成することは可能であると考えられる。これは、スピントルク発振素子にはピンド層を設けなくてもよい、すなわち、反強磁性層のようなピニング層を設けなくてもよいためである。本実施形態に係るポーラライザ層203は、発振層201にスピン偏極電流を与えるために設けられる層であって、ポーラライザ層203の磁化pが固定されている必要はない。スピントルク発振素子112の発振モードには、ポーラライザ層203の磁化pが、発振層201の磁化mとスピントルク相互作用やダイポール相互作用をしてコヒーレントに振動する振動モードがある。
本実施形態では、ポーラライザ層203をフリー層とすることで、IrMnのようなピンニング用途の反強磁性体膜が必ずしも必要なくなるため、スピントルク発振素子112の膜厚を小さくすることが可能である。これにより、シールド層401間のギャップGを小さくすることができるので、ビット間距離の小さい(すなわち、記録密度の大きい)記録媒体を用いる場合にもビット間干渉を低減することができる。
ポーラライザ層203がフリー層であるスピントルク発振素子は次に説明するような磁化膜の組み合わせで構成することが可能である。
ポーラライザ層203がフリー層であるスピントルク発振素子は次に説明するような磁化膜の組み合わせで構成することが可能である。
<第1の構成例>
図5は、スピントルク発振素子112の第1の構成例を概略的に示している。第1の構成例では、図5に示すように、発振層201とポーラライザ層203がともに面内磁化膜である。発振層201及びポーラライザ層203の材料としては、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Fe(鉄)、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi(パーマロイ)、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。
図5は、スピントルク発振素子112の第1の構成例を概略的に示している。第1の構成例では、図5に示すように、発振層201とポーラライザ層203がともに面内磁化膜である。発振層201及びポーラライザ層203の材料としては、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Fe(鉄)、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi(パーマロイ)、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。
スペーサ層202の材料としては、Cu(銅)、Ag(銀)、Ru(ルテニウム)などの非磁性金属、或いは、MgO(酸化マグネシウム)、ZnO(酸化亜鉛)、AlO(酸化アルミニウム)などの絶縁体を用いることができる。下地層205及びキャップ層204の材料としては、Ti(チタン)、Cr(クロム)、Cu、Au(金)、Ta(タンタル)、Ruなどの非磁性金属、Ti合金、Cr合金などを用いることができる。
一例として、スピントルク発振素子112は、下地層205を2nmのTa層、発振層201を3nmのCoFe層、スペーサ層202を0.86nmのMgO層、ポーラライザ層203を2nmのCoFeB層、キャップ層204を2nmのTa層とした膜構成を有する。ここでは、このような膜構成をTa(2)/CoFe(3)/MgO(0.86)/CoFeB(2)/Ta(2)のように表記する。括弧内は、膜厚を表し、その単位はnmである。この例では、ギャップGは9.86nmである。この場合、ビット間距離が9.86nm以上である記録媒体120を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子112に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
ポーラライザ層203は、図6に示すように、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603で形成された面内人工フェリ磁性(SyF:Synthetic ferrimagnetic)膜又は人工反強磁性膜であってもよい。第1強磁性層601及び第2強磁性層603の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、FeNi、CoFe、CoFeBなどを用いることができる。非磁性スペーサ層602の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Mo(モリブデン)などを用いることができる。一例では、ポーラライザ層203は、CoFe(2.6)/Ru(0.9)/CoFeB(2)のような膜構成を有する。ポーラライザ層203をSyF膜とすることで、ポーラライザ層203から発振層201への漏れ磁場が低減し、発振層201の磁化に対する外部磁場分布が均一化する。そのことで、発振層201の磁化振動の乱れが低減され得る。
発振層201は、図7に示すように、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された面内SyF膜であってもよい。第1強磁性層701及び第2強磁性層703の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、FeNi、CoFe、CoFeBなどを用いることができる。非磁性スペーサ層702の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、発振層201は、CoFeB(2)/Ru(0.9)/CoFe(2.6)のような膜構成を有する。発振層201をSyF膜とすることで、第1、第2の2つの強磁性層701、703が磁化振動に関与するようになり、発振に関わる磁気モーメントの大きさを大きくでき、発振磁化振動エネルギーを増大させることができる。それにより、磁化の熱揺らぎに由来する振動の乱れが低減しえる。一般に、熱エネルギーに対して、磁化振動エネルギーが大きいほど振動の安定性が大きい。
或いは、発振層201及びポーラライザ層203の両方が面内SyF膜であってもよい。具体的には、図8に示すように、発振層201は、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された面内SyF膜であり、ポーラライザ層203は、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された面内SyF膜であってもよい。発振層201及びポーラライザ層203を共にSyF膜とすることで、磁化振動の乱れを低減し得る。一方で、スピントルク発振素子112の総膜厚が大きくなるため、ギャップGを小さくしたいという観点からは短所となり得る。
<第2の構成例>
図9は、スピントルク発振素子112の第2の構成例を概略的に示している。第2の構成例では、図9に示すように、発振層201が面内磁化膜であり、ポーラライザ層203が垂直磁化膜である。発振層201の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。ポーラライザ層203の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
図9は、スピントルク発振素子112の第2の構成例を概略的に示している。第2の構成例では、図9に示すように、発振層201が面内磁化膜であり、ポーラライザ層203が垂直磁化膜である。発振層201の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。ポーラライザ層203の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
スペーサ層202の材料としては、Cu、Ag、Ruなどの非磁性金属、或いは、MgO、ZnO、AlOなどの絶縁体を用いることができる。下地層205及びキャップ層204の材料としては、Ti、Cr、Cu、Au、Ta、Ruなどの非磁性金属、Ti合金、Cr合金などを用いることができる。
一例として、スピントルク発振素子112は、Ta(2)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6/MgO(0.86)/CoFeB(2)/Ta(2)のような膜構成を有する。この例では、ギャップGは13.16nmである。この場合、ビット間距離が13.16nm以上になるように記録された記録媒体120を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子112に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
なお、スペーサ層202の材料としてMgOを用いた場合、MgOと強磁性体との界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Co、Ni、Fe及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金で形成されたポーラライザ層203を垂直磁化膜とすることができる。この場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、ポーラライザ層203の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層202のMgO(0.86)上にポーラライザ層203としてCoFeB(1.6)を積層することで、面内磁化膜のポーラライザ層203を垂直磁化膜とすることができる。
ポーラライザ層203は、図6に示すように、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された垂直SyF膜であってもよい。第1強磁性層601及び第2強磁性層603の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層602の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層203はPt(0.6)/[Co(1.6)/Pt(0.6)]2/Ru(0.85)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6のような膜構成を有する。
発振層201は、図7に示すように、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された面内SyF膜であってもよい。第1強磁性層701及び第2強磁性層703の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、FeNi、CoFe、CoFeBなどを用いることができる。非磁性スペーサ層602の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、発振層201は、CoFeB(2)/Ru(0.9)/CoFe(2.6)のような膜構成を有する。
或いは、発振層201が面内SyF膜であり、ポーラライザ層203が垂直SyF膜であってもよい。具体的には、図8に示すように、発振層201は、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された面内SyF膜であり、ポーラライザ層203は、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された垂直SyF膜であってもよい。
<第3の構成例>
図10は、スピントルク発振素子112の第3の構成例を概略的に示している。第3の構成例では、図10に示すように、発振層201が垂直磁化膜であり、ポーラライザ層203が面内磁化膜である。発振層201の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。ポーラライザ層203の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeB、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。
図10は、スピントルク発振素子112の第3の構成例を概略的に示している。第3の構成例では、図10に示すように、発振層201が垂直磁化膜であり、ポーラライザ層203が面内磁化膜である。発振層201の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。ポーラライザ層203の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeB、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金を用いることができる。
スペーサ層202の材料としては、Cu、Ag、Ruなどの非磁性金属、或いは、MgO、ZnO、AlOなどの絶縁体を用いることができる。下地層205及びキャップ層204の材料としては、Ti、Cr、Cu、Au、Ta、Ruなどの非磁性金属、Ti合金、Cr合金などを用いることができる。
一例として、スピントルク発振素子112は、Ta(2)/CoFeB(2)/MgO(0.86)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6/Ta(2)のような膜構成を有する。この例では、ギャップGは13.16nmである。この場合、ビット間距離が13.16nm以上になるように記録された記録媒体120を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子112に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
なお、スペーサ層202の材料としてMgOを用いた場合、MgOと強磁性体との界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Co、Ni、Fe及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金で形成された発振層201を垂直磁化膜とすることができる。この場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、発振層201の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層202のMgO(0.86)下に発振層201としてCoFeB(1.6)を積層することで、発振層201を垂直磁化膜とすることができる。
ポーラライザ層203は、図6に示すように、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された垂直SyF膜であってもよい。第1強磁性層601及び第2強磁性層603の材料としては、Co、Ni、Fe、及びそれらを含む合金、FeNi、CoFe、CoFeBなどを用いることができる。非磁性スペーサ層602の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層203は、CoFeB(2)/Ru(0.9)/CoFeB(2.6)のような膜構成を有する。
発振層201は、図7に示すように、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された垂直SyF膜であってもよい。第1強磁性層701及び第2強磁性層703の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層702の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、発振層201は、Pt(0.6)/[Co(1.6)/Pt(0.6)]2/Ru(0.85)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6のような膜構成を有する。
或いは、発振層201が垂直SyF膜であり、ポーラライザ層203が面内SyF膜であってもよい。具体的には、図8に示すように、発振層201は、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された垂直SyF膜であり、ポーラライザ層203は、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された面内SyF膜であってもよい。
<第4の構成例>
図11は、スピントルク発振素子112の第4の構成例を概略的に示している。第4の構成例では、図11に示すように、発振層201及びポーラライザ層203がともに垂直磁化膜である。発振層201及びポーラライザ層203の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
図11は、スピントルク発振素子112の第4の構成例を概略的に示している。第4の構成例では、図11に示すように、発振層201及びポーラライザ層203がともに垂直磁化膜である。発振層201及びポーラライザ層203の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
スペーサ層202の材料としては、Cu、Ag、Ruなどの非磁性金属、或いは、MgO、ZnO、AlOなどの絶縁体を用いることができる。下地層205及びキャップ層205の材料としては、Ti、Cr、Cu、Au、Ta、Ruなどの非磁性金属、Ti合金、Cr合金などを用いることができる。
一例として、スピントルク発振素子112は、Ta(2)/Pt(0.6)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6/Ru(0.86)/[Co(1.6)/Pt(0.6)]2/Ta(2)のような膜構成で形成される。この例では、ギャップGは16.16nmである。この場合、ビット間距離が16.16nm以上になるように記録された記録媒体120を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子112に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
なお、スペーサ層202の材料としてMgOを用いた場合、MgOと強磁性体の界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Co、Ni、Fe及びそれらを含む合金、例えば、FeNi、CoFe、CoFeBや、Co2FeAlxSi1−xなどのホイスラー合金で形成された面内磁化膜の発振層201及びポーラライザ層203を垂直磁化膜とすることができる。その場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、発振層201及びポーラライザ層203の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層202のMgO(0.86)上下に発振層201及びポーラライザ層203としてCoFeB(1.6)をそれぞれ積層することで、発振層201及びポーラライザ層203を垂直磁化膜とすることができる。
ポーラライザ層203は、図6に示すように、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された垂直SyF膜であってもよい。第1強磁性層601及び第2強磁性層603の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層602の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層203は、Pt(0.6)/[Co(1.6)/Pt(0.6)]2/Ru(0.85)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6のような膜構成を有する。
発振層201は、図7に示すように、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された垂直SyF膜であってもよい。第1強磁性層701及び第2強磁性層703の材料としては、FePt/CoPt合金、Co/Cr合金、Co/Pt(Pd)多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層702の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Cr、Ru、Moなどを用いることができる。一例では、発振層201は、Pt(0.6)/[Co(1.6)/Pt(0.6)]2/Ru(0.85)/[Pt(0.6)/Co(0.45)]6のような膜構成を有する。
或いは、発振層201及びポーラライザ層203が垂直SyF膜であってもよい。具体的には、図8に示すように、発振層201は、第1強磁性層601、第1強磁性層601に積層された非磁性スペーサ層602、及び非磁性スペーサ層602に積層された第2強磁性層603により形成された垂直SyF膜であり、ポーラライザ層203は、第1強磁性層701、第1強磁性層701に積層された非磁性スペーサ層702、及び非磁性スペーサ層702に積層された第2強磁性層703により形成された垂直SyF膜であってもよい。
以上のように、第2の実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、スピントルク発振素子を挟んで設けられるシールド層間のギャップがビット間距離以下であるスピントルク発振素子を使用することにより、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。その結果、再生信号のSN比を高めることができる。
(第3の実施形態)
図12は、ビット方向から見た、第3の実施形態に係るスピントルク発振素子112の概略構造を示している。スピントルク発振素子112は、図12に示すように、記録媒体120の表面に対向する面であるABS面(Air Bearing Surface)1201を有する。発振層201は、記録媒体120の表面に対向する媒体対向面1202を有する。ABS面1201は媒体対向面1202を含む。さらに、ポーラライザ層203は、記録媒体120の表面に対向する媒体対向面1203を有する。本実施形態では、ポーラライザ層203の媒体対向面1203とABS面1201(具体的には発振層201の媒体対向面1202)と間の距離Fはポーラライザ層203のクロストラック方向幅Dの半分より大きい。すなわち、下記数式(3)を満たすように、スピントルク発振素子112が設計され加工されている。
図12は、ビット方向から見た、第3の実施形態に係るスピントルク発振素子112の概略構造を示している。スピントルク発振素子112は、図12に示すように、記録媒体120の表面に対向する面であるABS面(Air Bearing Surface)1201を有する。発振層201は、記録媒体120の表面に対向する媒体対向面1202を有する。ABS面1201は媒体対向面1202を含む。さらに、ポーラライザ層203は、記録媒体120の表面に対向する媒体対向面1203を有する。本実施形態では、ポーラライザ層203の媒体対向面1203とABS面1201(具体的には発振層201の媒体対向面1202)と間の距離Fはポーラライザ層203のクロストラック方向幅Dの半分より大きい。すなわち、下記数式(3)を満たすように、スピントルク発振素子112が設計され加工されている。
F>D/2 (3)
数式(3)を満たす場合、発振層201に励起される大振幅の磁化ダイナミクスに伴うスピン波の発振層201でのABS面側での反射が抑制される。それにより、ポーラライザ層203及びスペーサ層202直下の大振幅の磁化ダイナミクスが乱されにくくなる。その結果、スピントルク発振素子112は安定に発振し、スピントルク発振素子112から高Q値の再生信号を取り出すことができる。
数式(3)を満たす場合、発振層201に励起される大振幅の磁化ダイナミクスに伴うスピン波の発振層201でのABS面側での反射が抑制される。それにより、ポーラライザ層203及びスペーサ層202直下の大振幅の磁化ダイナミクスが乱されにくくなる。その結果、スピントルク発振素子112は安定に発振し、スピントルク発振素子112から高Q値の再生信号を取り出すことができる。
F>D/2の場合に発振層201に励起される大振幅の磁化ダイナミクスに伴うスピン波の発振層201でのABS面側での反射が抑制される理由は、数式(1)に関して前述した理由と同じである。すなわち、ハーフピラー型のスピントルク発振素子112においては、電流によって励起される大振幅の磁化ダイナミクスは、ポーラライザ層203及びスペーサ層202直下の幅2Dの範囲に局在するためである。F>D/2であれば、磁化ダイナミクスの極々一部のみが発振層201の媒体対向面1202に到達することができ、ポーラライザ層203及びスペーサ層202直下の大振幅の磁化ダイナミクスを乱すことはほとんどなくなる。
ポーラライザ層203のパターニング形状は、円柱形状に限らず、楕円柱形状、角が丸くなっている四角柱形状などであってもよい。
ポーラライザ層203のパターニング形状は、円柱形状に限らず、楕円柱形状、角が丸くなっている四角柱形状などであってもよい。
スピントルク発振素子112の発振と外部磁場との関係について説明する。
一般に、スピントルク発振素子112の発振は、電流、外部磁場、磁性材料などに由来する磁気パラメタに敏感であり、それらの値によって安定な発振モードが現れたり、乱流的な不安定モードが現れたりすることは、スピントランスファ技術分野に関わる技術者たちによく知られている。従って、スピントルク発振素子112を発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203で形成すれば、必ず安定な発振が得られるというわけではない。
一般に、スピントルク発振素子112の発振は、電流、外部磁場、磁性材料などに由来する磁気パラメタに敏感であり、それらの値によって安定な発振モードが現れたり、乱流的な不安定モードが現れたりすることは、スピントランスファ技術分野に関わる技術者たちによく知られている。従って、スピントルク発振素子112を発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203で形成すれば、必ず安定な発振が得られるというわけではない。
そこで、以下に、安定な発振を得るために、スピントルク発振素子112に作用する外部磁場を印加するための構造例を示す。本実施形態では、スピントルク発振素子112に作用させる外部磁場を、従来のMR素子再生ヘッドに設けられているようなハードバイアス膜で発生させる。ハードバイアス膜には、CoPtやCoPtCr合金などの高保磁力強磁性材料を用いる。
図13は、ハードバイアス膜1301の配置の一例を示している。ハードバイアス膜1301はポーラライザ層203のクロストラック方向両側に配置されている。例えば、ハードバイアス膜1301をクロストラック方向に磁化させた場合、ポーラライザ層203をハードバイアス膜1301によって、(完全ではないまでも)クロストラック方向にピンニングすることができ、ポーラライザ層203の磁化pの揺らぎを抑えることができる。
また、ハードバイアス膜1301からの磁場は、発振層201にも作用するため、ハードバイアス膜1301とポーラライザ層203との間の距離、ハードバイアス膜1301とスペーサ層202との間の距離、ハードバイアス膜1301と発振層201との間の距離を適宜調整することで、通電下で安定した発振が得られるように調整することができる。典型的には、ハードバイアス膜1301と発振層201、スペーサ層202、ポーラライザ層203との間には絶縁層1302が設けられる。
図14は、ハードバイアス膜1401の配置の他の例を示している。この例では、ABS面1201(具体的には発振層201の媒体対向面1202)に対向する発振層201の側面1402に対向してハードバイアス膜1401が配置されている。ここでは、記録媒体120は垂直磁気記録媒体であるとする。例えば、ハードバイアス膜1401を媒体面に垂直な方向に(すなわち、Y方向に)磁化させると、発振層201にY方向の磁場が働く。このとき、発振層201の発振中心軸は、記録媒体120からの磁場と平行になりやすく、その場合、スピントルク発振素子112の高周波出力の媒体磁場による位相シフトが効率的になされる。従って、位相シフト検出方式のSTO再生ヘッドに適している。
また、ハードバイアス膜1401による磁場は、ポーラライザ層203にも作用するため、(完全ではないまでも)ポーラライザ層203の磁化をピンニングすることができ、pの揺らぎを抑えることができる。その結果、安定な発振を得ることができる。
以上のように、第3の実施形態に係る磁気記録再生装置では、ポーラライザ層の媒体対向面と発振層の媒体対向面と間の距離がポーラライザ層のクロストラック方向幅の半分より大きいスピントルク発振素子を用いることで、スピントルク発振素子を安定して発振させることができる。その結果、再生信号のSN比を向上させることができる。
以上述べた少なくとも1つの実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、発振層のクロストラック方向幅がポーラライザ層のクロストラック方向幅の2倍より大きく、且つ、ポーラライザ層のクロストラック方向幅が記録媒体の隣接トラック間距離より小さくなるように加工されたスピントルク発振素子を備えることにより、安定した発振を得ることが可能になるとともに、媒体ノイズを低減させることが可能になる。その結果、再生信号のSN比を高めることができる。
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…磁気記録再生装置、110…スピントルク発振素子再生ヘッド、112…スピントルク発振素子、120…記録媒体、122…トラック、201…発振層、202…スペーサ層、203…ポーラライザ層、204…キャップ層、205…下地層、401…シールド層、601…強磁性層、602…非磁性スペーサ層、603…強磁性層、701…強磁性層、702…非磁性スペーサ層、703…強磁性層、1201…ABS面、1202,1203…媒体対向面、1301…ハードバイアス膜、1302…絶縁層、1401…ハードバイアス膜。
Claims (11)
- 複数の同心円状トラックが形成されている記録媒体と、
前記記録媒体から情報を再生するスピントルク発振素子再生ヘッドであって、第1のクロストラック方向幅を有する発振層と、第2のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備えるスピントルク発振素子再生ヘッドと、
を具備し、
前記第1のクロストラック方向幅は前記第2のクロストラック方向幅の2倍より大きく、前記第2のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい、磁気記録再生装置。 - 前記スピントルク発振素子を挟んで設けられた1対のシールド層をさらに具備し、前記1対のシールド層間のギャップが前記記録媒体のビット間距離以下である、請求項1に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層は前記記録媒体に対向する第1の媒体対向面を有し、前記ポーラライザ層は前記記録媒体に対向する第2の媒体対向面を有し、前記第1の媒体対向面と前記第2の媒体対向面との間の距離が前記第2のクロストラック方向幅の半分より大きい、請求項1又は2に記載の磁気記録再生装置。
- 前記ポーラライザ層の前記クロストラック方向の両側に配置されたハードバイアス膜をさらに具備する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記第1の媒体対向面に対向する前記発振層の側面に対向して配置されたハードバイアス膜をさらに具備する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層が面内磁化膜であり、前記ポーラライザ層が面内磁化膜である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層が面内磁化膜であり、前記ポーラライザ層が垂直磁化膜である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層が垂直磁化膜であり、前記ポーラライザ層が面内磁化膜である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層が垂直磁化膜であり、前記ポーラライザ層が垂直磁化膜である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記発振層が人工フェリ磁性膜である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
- 前記ポーラライザ層が人工フェリ磁性膜である、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
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