JP2016051494A - Magnetic recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気記録デバイスに関する。 The present invention relates to a magnetic recording device.
ハードディスク装置は、情報爆発の時代になっても、記録技術の中核の技術に位置付けられている。その中心は記録ビットの微細化による大容量化である。磁気記録媒体と磁気ヘッドとの最適条件の組み合わせにより、延長線上の技術によって高密度記録が実用化されてきたものの、工学的な限界も近く、記録磁界を実質的に有効にする熱アシスト(特許文献1)やマイクロ波アシスト(特許文献2)の記録技術の実用化が検討されている。 Hard disk devices are positioned as the core technology of recording technology even in the age of information explosion. The center is the increase in capacity by miniaturization of recording bits. Although high-density recording has been put to practical use by the technique on the extension line due to a combination of optimum conditions of the magnetic recording medium and magnetic head, it is close to the engineering limit and heat assist that makes the recording magnetic field substantially effective (patented) Literature 1) and microwave assist (Patent Document 2) are being studied for practical use.
一方、従来の信号記録や信号の保持とは異なる原理に基づく磁気記録技術に着目し、非特許文献1に開示された、電気と磁気の交差相関である電気磁気効果(以下、「ME効果」という。)のハードディスク装置への応用が期待されている。
On the other hand, paying attention to magnetic recording technology based on a principle different from conventional signal recording and signal holding, the electromagnetic effect (hereinafter referred to as “ME effect”) disclosed in Non-Patent
ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスでは、記録媒体上の所望の領域の磁化の方向を選択的に操作することによって情報の記録を行うため、磁化の方向の操作に加えて、任意の微小領域の磁化を操作する技術が必要とされる。上述したME効果を磁気記録に活かすには、ME効果もまた所望の領域で選択的に引き起こす必要がある。 In a magnetic recording device such as a hard disk drive, information is recorded by selectively manipulating the magnetization direction of a desired area on a recording medium. A technique for manipulating magnetization is required. In order to utilize the above-described ME effect in magnetic recording, it is necessary to selectively cause the ME effect in a desired region.
すなわち、ME効果を磁気記録デバイスに応用するうえで基幹となる技術の一つが、電界と磁界の微小領域での重畳である。そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、以下のことが明らかとなった。すなわち、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層と、それに隣接するように配置され、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層と、を含む積層膜を記録媒体として用い、第一の記録媒体層に、磁気記録に必要な第二の記録媒体層の磁化反転に関わるME効果を発現させるためには、電界(E)と磁界(H)との強度の積である電界磁界積(E×H)の値に関し、第一の記録媒体の構成材料に対応した臨界値が存在する。一方、当該臨界値を超えるよう、単に電界磁界積(E×H)を設定しようとしても、電界(E)の大きさによっては、記録媒体の構成材料に絶縁破壊が生じてしまう。 That is, one of the key technologies for applying the ME effect to magnetic recording devices is the superposition of electric and magnetic fields in a minute region. Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, the following has been clarified. That is, a first recording medium layer mainly including an antiferromagnetic material, a ferrimagnetic material, or a combination thereof having an electromagnetic effect, and the first recording medium layer arranged adjacent to the first recording medium layer and recorded on the first recording medium layer Using a laminated film including a second recording medium layer mainly containing a ferromagnetic material, on which magnetic information is transferred and generates magnetization having a strength necessary for reading, as a recording medium, In order to develop the ME effect related to the magnetization reversal of the second recording medium layer necessary for magnetic recording, the electric field magnetic field product (E × H), which is the product of the strength of the electric field (E) and the magnetic field (H), is obtained. Regarding the value, there is a critical value corresponding to the constituent material of the first recording medium. On the other hand, even if an electric field product (E × H) is simply set so as to exceed the critical value, dielectric breakdown occurs in the constituent material of the recording medium depending on the magnitude of the electric field (E).
そこで本発明は、電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストし、磁気記録に必要な電界磁界積の臨界値を低くすることによって、信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention aims to provide a magnetic recording device with improved reliability by assisting the magnetization reversal action determined by the electric field product and lowering the critical value of the electric field product required for magnetic recording. .
本発明は、基板、基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含む記録媒体と、記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備え、記録媒体に対して、電界及び磁界の印加と共にマイクロ波領域の電磁波が印加される、磁気記録デバイスを提供する。 The present invention provides a substrate, a first recording medium layer which is provided on the substrate and has an electromagnetic effect, and which mainly includes an antiferromagnetic material, a ferrimagnetic material, or a combination thereof, and a first recording medium Including a second recording medium layer mainly including a ferromagnetic material provided on the layer and transferring magnetic information recorded on the first recording medium layer to generate magnetization having a strength necessary for reading. A recording medium, an electric field applying device that applies an electric field to the recording medium, and a magnetic field applying device that applies a magnetic field to the recording medium, and a microwave region together with the application of the electric field and the magnetic field to the recording medium Provided is a magnetic recording device to which an electromagnetic wave is applied.
本発明によれば、第一の記録媒体層に主として含まれる反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンの配列状態が、印加されるマイクロ波領域の電磁波(以下、単に「マイクロ波」という場合がある。)から電磁界の摂動を受ける。これにより、電界と磁界とが重畳された領域において、ME効果により第一の記録媒体層の磁化が反転するようにスピンの配列状態が変化し、これに伴って、第二の記録媒体層の磁化が同じ方向を向くように反転する。すなわち、マイクロ波領域の電磁波を印加することによって、その際のエネルギーを小さくできる。上述のようにして、本発明によれば、第二の記録媒体層における磁化反転に関わる、第一の記録媒体層におけるME効果の発現に必要な電界磁界積(E×H)の臨界値を実効的に小さくできる。その結果、特に、第一の記録媒体層(特に、酸化物薄膜)の絶縁破壊を防止できることになり、安定して電界と磁界との重畳を磁気記録媒体に生じせしめることができる。また、記録密度をより高めたうえで、記録再生の繰り返し耐久性を有する磁気記録デバイスを提供できる。 According to the present invention, the arrangement of antiparallel spins of the antiferromagnetic material or ferrimagnetic material mainly contained in the first recording medium layer is an electromagnetic wave in an applied microwave region (hereinafter simply referred to as “microwave”). May be perturbed by the electromagnetic field. Thereby, in the region where the electric field and the magnetic field are superimposed, the spin arrangement state is changed so that the magnetization of the first recording medium layer is reversed by the ME effect, and accordingly, the second recording medium layer It reverses so that the magnetization is in the same direction. That is, by applying electromagnetic waves in the microwave region, the energy at that time can be reduced. As described above, according to the present invention, the critical value of the electric field product (E × H) required for the ME effect in the first recording medium layer related to the magnetization reversal in the second recording medium layer is set. Can be effectively reduced. As a result, the dielectric breakdown of the first recording medium layer (especially the oxide thin film) can be prevented, and the superposition of the electric field and the magnetic field can be stably generated in the magnetic recording medium. In addition, it is possible to provide a magnetic recording device having higher recording density and durability against repeated recording and reproduction.
本発明者らは、本発明と、数十GHz以上の周波数を有するマイクロ波を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録(以下、「高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録」という)との相違点を、以下のように推察する。本発明は、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のように、記録媒体の構成要素、マイクロ波の共鳴条件といった、複数、かつ、複雑な条件を考慮したうえで実施される必要がなく、かつ、ME効果の発現に必要な電界磁界積(E×H)の臨界値を下げることができる。この理由は、スピンの歳差運動とマイクロ波の共鳴によって高保磁力の記録媒体の磁化反転をアシストする、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のような作用とは異なり、電界と磁界の合成であるマイクロ波が、電界、磁界のいずれか、あるいは両方によって反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンに摂動を与える作用が、ME効果の発現に必要な電界磁界積(E×H)の臨界値を下げるためと推察される。この効果は、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のように共鳴条件を最適化する必要はなく、非共鳴であっても、ME効果を発現する反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンに対する摂動作用が磁気記録に対して有効であるということを示したといえる。その結果、供給パワーを、マイクロ波アシスト記録に要するマイクロ波周波数の数十分の1程度に最適化することが可能で、実用性も高いと言える。また、記録媒体の構成材料は、ピンホールではなくても薄膜に不均一で薄い部分があると、絶縁性が保てなくなる事象、すなわち絶縁破壊に遭遇する。絶縁破壊には臨界点があるがその臨界点を超えない限りは、デジタル情報としてビットエラーがあっても、訂正可能なレベルに抑制可能である。すなわち本発明によれば、記録媒体の構成材料の絶縁破壊が抑制されることによって、信頼性が向上した実用性のある新しい記録技術の提供が可能である。 The inventors of the present invention, microwave assist recording that additionally applies a microwave having a frequency of several tens of GHz or more (hereinafter referred to as “microwave assist recording that additionally applies a high-frequency magnetic field”), The difference is inferred as follows. The present invention needs to be implemented in consideration of a plurality of and complicated conditions such as recording medium components and microwave resonance conditions, as in microwave-assisted recording in which a high-frequency magnetic field is additionally applied. In addition, the critical value of the electric field product (E × H) required for the ME effect can be lowered. The reason for this is that, unlike the action of microwave assisted recording, in which a high frequency magnetic field is additionally applied, which assists the magnetization reversal of a high coercive force recording medium by spin precession and microwave resonance, The effect of perturbing the antiparallel spin of the antiferromagnet or the ferrimagnet by the electric field or the magnetic field, or both, is the electric field magnetic field product (E × It is inferred to lower the critical value of H). This effect is not required to optimize the resonance conditions as in microwave-assisted recording in which a high-frequency magnetic field is additionally applied, and even if non-resonant, an antiferromagnetic material or a ferrimagnetic material that exhibits the ME effect. It can be said that the perturbation for anti-parallel spin is effective for magnetic recording. As a result, it can be said that the supply power can be optimized to about one-tenth of the microwave frequency required for microwave-assisted recording, and the practicality is high. Further, even if the constituent material of the recording medium is not a pinhole, if the thin film has a non-uniform and thin portion, an event where insulation cannot be maintained, that is, dielectric breakdown is encountered. Although there is a critical point for dielectric breakdown, as long as the critical point is not exceeded, even if there is a bit error as digital information, it can be suppressed to a correctable level. That is, according to the present invention, it is possible to provide a practical new recording technique with improved reliability by suppressing the dielectric breakdown of the constituent material of the recording medium.
ここで、マイクロ波領域の電磁波は、1〜6GHzの周波数を有するとよい。電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストするマイクロ波のエネルギーが上記範囲であることにより、記録媒体の構成材料の絶縁破壊を十分に抑制することができる。 Here, the electromagnetic wave in the microwave region may have a frequency of 1 to 6 GHz. When the microwave energy that assists the magnetization reversal action determined by the electric field product is within the above range, the dielectric breakdown of the constituent material of the recording medium can be sufficiently suppressed.
本発明によれば、電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストし、磁気記録に必要な電界磁界積の臨界値を低くすることによって、信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic recording device with improved reliability by assisting the magnetization reversal action determined by the electric field product and lowering the critical value of the electric field product necessary for magnetic recording.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。以下の説明は本発明の実施形態の一部を例示するものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description exemplifies a part of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. As long as the form has the technical idea of the present invention, the present invention is not limited thereto. It is included in the scope of the invention. Each configuration in each embodiment, a combination thereof, and the like are examples, and the addition, omission, replacement, and other changes of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<磁気記録デバイス>
本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける磁気記録の基本原理について図1を参照して説明する。磁気記録デバイス200を構成する基本要素は、ME効果を利用して磁気情報が記録される記録媒体1、記録媒体1に対して磁界を印加する磁界印加装置2、及び、記録媒体1に対して電界を印加する電界印加装置3を備える。本実施形態に係る磁気記録デバイス200における磁気情報の記録は、記録媒体1に対して磁界と電界とを同時に印加することによって行う。ここで、「電界と磁界とを同時に印加する」とは、記録媒体1に、より正確には記録媒体1に含まれる第一の記録媒体層101に対して、電界と磁界とが重なった部分(以下、「重畳領域」という場合がある。)を一時的に形成することを意味する。本実施形態において、「ME記録」を、「記録媒体に対して電界と磁界との重ね合わせを生じさせ、電界又は磁界のいずれか一方を反転させることによって記録媒体の磁化方向を操作する記録方法」と定義する。
<Magnetic recording device>
The basic principle of magnetic recording in the magnetic recording device according to this embodiment will be described with reference to FIG. The basic elements constituting the
ME効果を利用して記録媒体1に磁気情報を記録するには、印加する磁界と電界とを空間的に狭い領域でのみ重畳し、さらに、この重畳領域を記録媒体1上の任意の場所に移動する機構が必要とされる。これには、ハードディスクに利用されているヘッド・アセンブリ技術を基本に用いることができる。
In order to record magnetic information on the
具体的には、図1に示すように、記録媒体1に、磁界印加装置2から放射される空間的に限定された磁界25と、電界印加装置3から第一の電極31と第二の電極32との間に加えられた電界とが重なる領域、すなわち、重畳領域45が形成されている。そして、記録媒体1が、重畳領域45を移動することができるように配置され、例えば記録媒体1を移動させながら、重畳領域の磁界と電界を適宜切り替えることで、磁化情報を連続して記録媒体1の第一の記録媒体層101に記録させることが可能である。
Specifically, as shown in FIG. 1, a spatially limited
本実施形態に係る磁気記録デバイス200が従来の垂直磁気記録方式と大きく相違する点は、記録媒体1が、記録ヘッド7に備えられた磁界印加装置2からの磁界(H)25の印加に加えて、電界印加装置3から電界(E)の印加を受けることである。さらに本発明の特徴は、従来の垂直磁気記録方式でも印加する磁界(H)に加え、マイクロ波領域の電磁波26を印加する点であり、これにより、第一の記録媒体層101にME効果を発現するために必要となる、磁界(H)と電界(E)との掛け合わせである電界磁界積(H×E)の臨界値を下げることができる。その効果として、特に、電界Eによる記録媒体1(特に第一の記録媒体層101)の絶縁破壊を抑制することができる。
The
(記録媒体)
記録媒体1は、基板40と、第一の電極31と、第一の記録媒体層101と、第二の記録媒体層102とをこの順に備えて構成される。基板40は、第一の電極31、第一の記録媒体層101、及び、第二の記録媒体層102を保持する。第一の電極31は、高い電気伝導性を有する金属又は合金を好適に用いることができ、例えば、Cu、Al、Pt等の金属又は合金が挙げられる。
(recoding media)
The
第一の記録媒体層101は、電気磁気効果(以下、「ME効果」という)を有し、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含み、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して磁気情報を保存する機能を有する。ここで、「主として含む」とは、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせが、第一の記録媒体層101が層としてME効果を発現する程度の量含まれることを意味する。
The first
第二の記録媒体層102は、強磁性体を主として含み、第一の記録媒体層101に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する。第二の記録媒体層102が、第一の記録媒体層101と交換結合を介して磁気的に接続されることにより、第一の記録媒体層101に記録された磁気情報が第二の記録媒体層102に転写され、第二の記録媒体層102には第一の記録媒体層101に書込まれた磁気情報を外部に読み出すために必要な強さの磁化が発生する。これにより、記録媒体1に情報が記録されることとなる。ここで、「主として含む」とは、強磁性体が、第二の記録媒体層102が層として第一の記録媒体層101との交換結合を発現し、第一の記録媒体層101に書込まれた磁気情報を外部に読み出すために必要な強さの磁化が発生する程度の量含まれることを意味する。
The second
ME効果を有する第一の記録媒体層101に外部から電界と磁界とが同時に印加された場合、印加された電界と磁界の関係が概平行であるか、又は、概反平行であるかによって、一方の反強磁性状態が他方の反強磁性状態よりもエネルギー的により安定になる。すなわち、第一の記録媒体層101の磁化の向きを能動的に制御することができ、結果として上述の交換結合を介して、隣接する第二の記録媒体層102の磁化状態を操作することができるようになる。
When an electric field and a magnetic field are simultaneously applied to the first
(記録装置)
a.磁界印加装置
磁界印加装置2は、通常、記録ヘッド7の一部として設けられ、ビット長にかかわる要件から設計される記録用磁界発生部22を含み、ME効果をアシストするマイクロ波領域の電磁波26(以下、単に「マイクロ波」という場合がある。)を重畳するマイクロ波発生部21を含んでもよい。格別の目的がない限りME効果を発現させるべき領域に、マイクロ波によって生じるアシスト磁界を重畳すればよい。
(Recording device)
a. Magnetic Field Application Device The magnetic
記録用磁界発生部22から発生する磁界の周波数は、例えば、従来の垂直磁気記録方式で用いられる記録磁界の周波数と同程度とすることができ、例えば、数MHz〜2GHzである。 The frequency of the magnetic field generated from the recording magnetic field generator 22 can be, for example, approximately the same as the frequency of the recording magnetic field used in the conventional perpendicular magnetic recording method, and is, for example, several MHz to 2 GHz.
マイクロ波発生部21から供給されるマイクロ波は、周波数を、100MHz〜10GHzとすることができ、500MHz〜8GHzとすることが好ましく、1〜6GHzとすることがより好ましい。電界磁界積(E×H)で決まる磁化反転作用をアシストするマイクロ波のエネルギーが上記範囲であることにより、記録媒体1の構成材料、すなわち、第一の記録媒体層101、第二の記録媒体層102等の絶縁破壊を十分に抑制することができる。
The frequency of the microwave supplied from the microwave generation unit 21 can be set to 100 MHz to 10 GHz, preferably 500 MHz to 8 GHz, and more preferably 1 to 6 GHz. The microwave energy that assists the magnetization reversal action determined by the electric field product (E × H) is in the above range, so that the constituent material of the
本実施形態において、マイクロ波発生部21は磁界印加装置2に含まれているが、必ずしも磁界印加装置2に含まれている必要はない。磁界印加装置2とは別に、マイクロアシスト波発生装置として設けられていてもよい。
In the present embodiment, the microwave generation unit 21 is included in the magnetic
b.電界印加装置
電界印加装置3は第二の電極32と電極保持部34とを備える。電界印加装置3から、記録媒体1に電界を印加するためには、電界印加装置3の対極となる電極が必要であるため、第一の電極31と第二の電極32との間に、第一の記録媒体層101と第二の記録媒体層102が配置されるように記録媒体1は配置される。
b. Electric field application device The electric
第一の電極31と第二の電極32は電源33に接続される。このとき第一の電極31は電源33に接続されるだけでもよいが、同時に接地電位に接続されていることが望ましい。
The
磁界印加装置2及び電界印加装置3の少なくとも一方は、記録媒体1の表面(第二の記録媒体層102側の表面)における任意の場所に移動可能な機能が付加されている。また、磁界印加装置2及び電界印加装置3の少なくとも一方には、磁界又は電界の印加方向を制御する機能が付加されている。ME効果を利用できる限りにおいて、磁界と電界は、お互いに対して多少の傾きを有して印加されていてもよい。磁界印加装置2、電界印加装置3は、使用又は未使用時に関わらず、記録媒体1の表面と物理的に接触しないように保持される。
At least one of the magnetic
(再生装置)
記録情報を利用するための再生装置については、記録情報を再生する機能を有していれば、通常用いられる磁気ヘッド7に搭載されたものでもよく、これまで知られている技術を利用して磁気ヘッド7とは区別して、再生用の装置として設けられてもよい。
(Playback device)
A reproducing apparatus for using recorded information may be mounted on a normally used
<磁気記録動作>
図1に示すように、電界印加装置3によって第一の電極31と第二の電極32との間に加えられた電界は、電気伝導性を有する第二の記録媒体層102の存在によって、第二の電極32と第二の記録媒体層102に挟まれたギャップ部分にかかる電界35と、第一の電極31と第二の記録媒体層102に挟まれた第一の記録媒体層101にかかる電界36とに分割される。
<Magnetic recording operation>
As shown in FIG. 1, the electric field applied between the
このとき電界36は第一の記録媒体層101の広い範囲に拡散して印加されるが、空間的に限定された印加磁界25と組み合わせることで、電界と磁界とが重なって印加される領域(以下、「重畳領域」という)45を狭く限定することが可能である。重畳領域45に存在する第一の記録媒体層101は、所定の電界と磁界が付与されることでME効果により反強磁性体又はフェリ磁性体のスピン配列の方向が決定される。
At this time, the
図1では、A〜Gまであるセルの中で左から3番目だけ(セルC)のスピンの配列方向だけが電界と磁界の印加によって反転した状態を示している。しかし、この第一の記録媒体層101は、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含み、全体として二つのスピンの方向が打ち消しあうために外部からその磁化状態を読み出すことは困難である。
FIG. 1 shows a state in which only the third spin arrangement direction (cell C) from the left among cells A to G is reversed by application of an electric field and a magnetic field. However, the first
そこで、第一の記録媒体層101と交換結合可能な、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層102を、第一の記録媒体層101と隣接させて配置し、第一の記録媒体層101における第二の記録媒体層102近傍のスピンの配列状態を第二の記録媒体層102に転写させることにより、外部から第二の記録媒体層102の磁化状態を読み出すことが可能となる。
Therefore, a second
具体的には、図1のように、セルCを除きセルA〜Gの範囲内にある第二の記録媒体層102は、すべて上向きの磁化方向を示すが、セルCだけは、第一の記録媒体層101における第二の記録媒体層102近傍のスピン配列方向に対応して下向きとなっている。
Specifically, as shown in FIG. 1, all the second recording medium layers 102 in the range of the cells A to G except for the cell C show the upward magnetization direction, but only the cell C has the first The
これにより、磁気情報を再生するに当たっては、第二の記録媒体層102の磁化方向を判別することによって、第一の記録媒体層101に記録された磁化情報を読み出すことが可能となる。
Thus, when reproducing magnetic information, it is possible to read the magnetization information recorded on the first
なお、第一の記録媒体層101と第二の記録媒体層102の間の交換結合が維持される限りにおいて、その間に別の層を設けることは可能である。
As long as exchange coupling between the first
本実施形態に係る磁気記録デバイス200によれば、印加する電界と磁界の関係が、概平行か、概反平行か、を操作することによって、記録される磁化の方向を制御できる。このとき、重畳領域のみ磁化の反転が生ずる。
According to the
この現象は、第二の記録媒体層102に主として含まれる強磁性体の結晶粒子の大きさや粒界の存在とは無関係に発生するため、結晶粒子の一部分と他の部分とにおいて異なる磁化の方向を実現させることも可能である。重畳領域の大きさや幅は、第一の記録媒体層101が磁化変化を記録できる限りにおいて自由に設定可能であるが、記録密度を高める観点からは、できるだけ微細にすることが望ましい。
Since this phenomenon occurs regardless of the size of the ferromagnetic crystal grains mainly contained in the second
記録媒体1において、重畳領域45の一方の幅(図1の紙面奥行き方向への幅)は、記録媒体1のトラック幅TWの方向であり、また重畳領域45のもう一方の幅は、ビット長BLの方向である。トラック幅TWと、ビット長BLのサイズは特に限定されないが、高密度記録の観点から、第一の記録媒体層101として後述する材料を用いた場合には、トラック幅TW及びビット長BLは、それぞれ1nm〜200nmであることが好ましい。なお、重畳領域45の大きさは幅ではなく面積で特定することも可能であり、本実施形態としては、1(nm)2〜40000(nm)2の範囲で実施可能である。
In the
効率よくME記録を行なう観点から、記録媒体1と対向して設けられた磁界印加装置2は、磁気ヘッド7の先端から記録媒体1における記録動作側の最表面との間のスペーシングとして、1nm〜30nmとなるように配置されることが望ましい。
From the viewpoint of efficiently performing ME recording, the magnetic
図2は、本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける記録媒体を断面方向から示した模式図である。記録媒体1は、上述した基板40、第一の電極31、第一の記録媒体層101、及び第二の記録媒体層102に加えて、書込みのための磁束の回路を形成するために、第一の記録媒体層101及び第二の記録媒体層102よりも基板側に軟磁性材料からなる第三の記録媒体層103を含んでいても良い。電極31と第三の記録媒体層103は、基板40側から第三の記録媒体層103、電極31の順に積層されてもよいし、電極31、第三の記録媒体層103の順に積層されてもよい。
FIG. 2 is a schematic view showing the recording medium in the magnetic recording device according to the present embodiment from the cross-sectional direction. In addition to the
(第一の記録媒体層)
第一の記録媒体層101は、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して磁気情報の書込みと記録を担う機能を有する。第一の記録媒体層101に好適な特性としては、電気と磁気の結合係数が大きいこと、及び、広い温度範囲で十分な強度の交換結合を発現できることが挙げられる。
(First recording medium layer)
The first
上記特性は、優れたME効果を有する材料を単独で用いることにより得ることができるが、ME効果を有する反強磁性体と、より高いネール温度を持つ別の反強磁性体と、を組み合わせた複合材料を用いることにより得ることもできる。この場合、第一の記録媒体層101と第二の記録媒体層102との間に発現する交換結合の熱的・時間的安定性が向上する傾向にある。これらの複合材料は、所定の温度領域での交換結合を最大にできるように、材料の構造や層の厚み、磁気特性(反強磁性体の異方性エネルギーやネール温度など)などを調整できる。なお、スピンの並び方から区別した場合、その2つの性質が近似することから、ME効果をもつ反強磁性体の代わりに、ME効果をもつフェリ磁性体を用いることも可能である。
The above characteristics can be obtained by using a material having an excellent ME effect alone, but a combination of an antiferromagnetic material having an ME effect and another antiferromagnetic material having a higher Neel temperature. It can also be obtained by using a composite material. In this case, the thermal and temporal stability of exchange coupling developed between the first
第一の記録媒体層101は、例えば(a)Cr2O3、BiFeO3等ME効果を有する酸化物反強磁性体、又は、Ga1−xAlxFeO3(0≦x≦1)等ME効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも一つを含む薄膜材料とすることが可能である。また、(b)Cr2O3、BiFeO3等ME効果を有する酸化物反強磁性体、又は、Ga1−xAlxFeO3(0≦x≦1)等ME効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも1種を母体とする混晶体も可能である。また、(c)上記(a)又は(b)のME効果を有する酸化物反強磁性体又は酸化物フェリ磁性体のうちの少なくとも1種と、これらME効果を有する酸化物反強磁性体又は酸化物フェリ磁性体より高いネール温度を有する反強磁性材料との積層体、或いは、混合体としてもよい。
The first
上記反強磁性材料としては、公知のネール温度の高い反強磁性材料を適宜選択して用いることができる。代表的にはFe2O3、(1−x)Fe2O3−xRh2O3、(1−x)Fe2O3−xRuO2、(1−x)Fe2O3−xIrO2(ただしxは0<x<1)のような酸化物反強磁性体、又は、IrMn、FeMnなどのような金属反強磁性体を用いることができる。 As the antiferromagnetic material, a known antiferromagnetic material having a high Neel temperature can be appropriately selected and used. Typically, Fe 2 O 3 , (1-x) Fe 2 O 3 —xRh 2 O 3 , (1-x) Fe 2 O 3 —xRuO 2 , (1-x) Fe 2 O 3 —xIrO 2 ( However, x may be an oxide antiferromagnetic material such as 0 <x <1) or a metal antiferromagnetic material such as IrMn or FeMn.
上記第一の記録媒体層101は1nm〜1μm程度の厚みであってよい。上述した材料の組み合わせにおいて、ME効果を出現、制御するためには、上記第一の記録媒体層101は絶縁体でなければならないのは言うまでもない。
The first
(第二の記録媒体層)
第二の記録媒体層102は、第一の記録媒体層101に書込まれた磁気情報を読み出すための磁界を発生する機能を有する。第二の記録媒体層102に主として含まれる強磁性体としては、このような機能を有する金属の合金、積層体、又は、規則合金から成る硬質磁性材料を適宜選択して使用できる。例えば、CoPt、FePt及び、その合金も好適に用いられる。特に、CoCrPt系、CoCrPtB系を用いることができる。CoCrPt系では、Co−Cr−Pt(Cr含有量14〜24at%、Pt含有量8〜22at%、残部Co)、CoCrPtB系では、Co−Cr−Pt−B(Cr含有量10〜24at%、Pt含有量8〜22at%、B含有量0〜16at%、残部Co)が好ましい。
(Second recording medium layer)
The second
第二の記録媒体層102は、任意の軟磁性材料を含んでもよい。軟磁性材料は非晶質であっても微結晶であってもよい。第二の記録媒体層102に用いる軟磁性材料としては飽和磁束密度Bsの値が大きいほうが好ましい。軟磁性材料は、公知の保磁力の小さな軟磁気特性を示す材料を適宜選択して用いることができる。例えば、CoTaZr等のコバルト系合金、CoFe、CoFeB、CoCrFeB、FeCoN、FeCoTaZr、CoFeZrNb等のCo−Fe系合金、NiFe、[Ni−Fe/Sn]n多層構造やFeNiMo、FeNiCr、FeNiSi等のNi−Fe系合金、FeCo、FeCoV等のCo−Fe系合金、FeCr、FeCrTi、FeCrCu等のCr−Fe系合金、FeTa、FeTaC、FeTaN等のTa−Fe系合金、FeAlSi、FeAl、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlO等のFeAl系合金、FeMgO等のFeMg系合金、FeZrN等のFeZr系合金、FeC系合金、FeN系合金、FeSi系合金、FeP系合金、FeNb系合金、FeHf系合金、FeB系合金、Fe、MnZn等を、単独であるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。また、Coを80at%以上含有し、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo等のうち少なくとも1種を含有し、アモルファス構造を有するCo合金を用いることができる。
The second
また、第二の記録媒体層102は、上記硬質磁性材料と軟磁性材料の積層膜、あるいは傾斜組成膜であってもよい。さらに、第二の記録媒体層102は、いわゆるECC(Exchange Coupled Composite)方式の垂直磁気記録媒体に用いられる記録層であってもよい。
The second
第二の記録媒体層102の全体は1〜10nm程度の厚みであってよい。
The entire second
記録媒体1を構成する層構造、具体的には、第一の記録媒体層101、第二の記録媒体層102、第三の記録媒体層103及び電極31は、例えばスパッタリング法、パルス・レーザ堆積法(PLD)、イオンビーム堆積法(IBD)、又は化学気相堆積法(CVD)等任意の物理的又は化学的堆積プロセスから適宜選択した方法で形成することができる。
The layer structure constituting the
(基板)
基板40としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる金属基板を用いてもよく、ガラス、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボン等非金属材料からなる非金属基板を用いてもよい。ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスがあり、アモルファスガラスとしては汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどを使用できる。また、結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスなどを用いることができる。セラミック基板としては、汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。また、基板の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてNiP層またはNiP合金層が形成されたものを用いてもよい。
(substrate)
As the
ここで、基板40は平均表面粗さRaが2nm以下、好ましくは1nm以下であることが望ましい。基板の表面は、微小うねり(Wa)が0.3nm以下であるとよく、0.25nm以下であることが好ましい。これらの数値範囲は、記録ヘッドを低浮上させる観点から好ましい。なお、表面の微少うねり(Wa)は、測定範囲100μmで触針式表面平均粗さ計により測定した値である。
Here, the
記録媒体1には、さらに従来の記録媒体に使用されていた表面保護層や、表面潤滑層を用いることができる。表面保護層は第二の記録媒体層102の腐食を防ぐとともに、記録ヘッド7が記録媒体1に接触したときに記録媒体1表面の損傷を防ぐためのもので、従来公知の材料を使用でき、例えばC(ダイヤモンドライクカーボン:DLC)、アモルファスSi、SiO2、ZrO2を含むものを適宜使用可能である。表面保護層の厚さは、1〜10nmとするのが記録ヘッド7と記録媒体1との距離を小さくできるため高記録密度の点から望ましい。表面潤滑層は、パーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などの潤滑剤を2〜5nm塗布して形成することができる。
The
以上のように、本発明に係る磁気記録デバイスは、ハードディスクドライブとして知られている形態で好適に使用できるが、本発明は他のタイプのデータ記録デバイス、例えばプローブ記録デバイスなどのデバイスにも使用できると理解されるべきである。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 As described above, the magnetic recording device according to the present invention can be suitably used in a form known as a hard disk drive, but the present invention is also used for other types of data recording devices, such as probe recording devices. It should be understood that it can. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made to the above-described embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.
(実施例)
以下、本発明を具体的な実施例をもとに説明する。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
図1、2に示す記録媒体1を模したサンプルを作製した。以下に、その詳細を説明する。
基板40は直径1インチのサファイア基板であり、電極31はPtであり、第三の記録媒体層103はFeCr系合金(Fe含有量65%)からなる軟磁性体層であり、第一の記録媒体層101はCr2O3からなるME効果を有する酸化物反強磁性体層であり、第二の記録媒体層102はCoPt系合金からなる金属強磁性体層である。
A sample simulating the
The
まず、ステップ出しを行なったC面サファイア基板(平均表面粗さ1nm)の表面に、RFスパッタリング法により、厚さ65nmのPt(電極31)、及び、厚さ180nmのFeCr(第三の記録媒体層103)を形成した。
First, a 65-nm-thick Pt (electrode 31) and a 180-nm-thick FeCr (third recording medium) are formed on the surface of the stepped C-plane sapphire substrate (
次に、第三の記録媒体層103の表面に、600℃、0.3Pa、アルゴン・酸素雰囲気中(Ar:O2流量比=9.0:0.9)、13.56MHzの高周波プラズマを、パワー120Wの条件で、Cr金属ターゲットを用いた反応性RFスパッタリング法により、厚さ350nmのCr2O3(001)層を形成した。このCr2O3層を第一の記録媒体層101とした。
Next, high-frequency plasma of 13.56 MHz is applied to the surface of the third
次に、室温、アルゴン雰囲気中でイオンビーム堆積(IBD)法により、厚さ5nmのCoPt系合金(Co含有率75%)層を形成した。このCoPt系合金層を第二の記録媒体層102とした。さらに、第二の記録媒体層102の上に、Ru金属2nm及びPt金属5nmを保護層として形成し、これを測定サンプルとした。保護層上にエアーギャップを挟んで、電界印加装置3、及び、マイクロ波発生部21及び記録用磁界発生部22を含む磁界印加装置2(磁気ヘッド7)を設置した。
Next, a CoPt alloy (Co content: 75%) layer having a thickness of 5 nm was formed by ion beam deposition (IBD) in an argon atmosphere at room temperature. This CoPt alloy layer was used as the second
(サンプル1〜3)
基板加熱温度、及び、スパッタリングレートの条件の組み合わせを変化させることによって、第二の記録媒体層102の保磁力を、5000Oe(サンプル1)、5500Oe(サンプル2)、6500Oe(サンプル3)に調整した。
(Samples 1-3)
The coercive force of the second
(サンプル4〜6)
第一の記録媒体層101において、Cr2O3(001)層の代わりにGa0.5Al0.5FeO3(001)を用いた以外は、サンプル1〜3と同様にして、サンプル4〜6を作製した。第一の記録媒体層101の製膜方法は、以下の通りである。
(Samples 4-6)
パルスレーザ堆積法(PLD法)により、真空度5〜7×10−7Paで、基板40を600℃に加熱し、エキシマレーザをGa0.5Al0.5FeO3ターゲットに集束照射してGa0.5Al0.5FeO3(110)層を350nm形成した。
The
以下、実施例1〜10においては、上記サンプル1〜6を用い、ハードディスクスピンスタンドを改造して、1インチディスクにおける記録再生を行った。トラック幅100nm、ビット長10nmにて記録する際のマイクロ波アシストの効果を確認した。実施例1〜8においては、1トラックにおいて測定を行い、実施例9、10においては、3トラックにおいて測定を行った。
(実施例1、2)
<電界磁界積の臨界値(E×H臨界値)の引き下げ効果と記録された信号の相対S/Nの変化>
サンプル2及びサンプル5を用い、マイクロ波アシストの効果を確認した。図3は、第一の記録媒体層101がCr2O3であるサンプル2を用いた実施例1の結果を示し、図4は、第一の記録媒体層101がGa0.5Al0.5FeO3であるサンプル5を用いた実施例2の結果を示す。
Hereinafter, in Examples 1 to 10, the
(Examples 1 and 2)
<Effect of lowering critical value (E × H critical value) of electric field product and change in relative S / N of recorded signal>
アシスト用マイクロ波(マイクロアシスト波)は、強度を3(dBm)として周波数のみを変化させ、ME効果の発現するE×H臨界値の変化、及び、記録された信号の相対S/Nの変化を確認した。マイクロアシスト波の周波数は0.5、1、2、5、7、8(GHz)に変化させた。それぞれの周波数において、20回確認した時のE×H臨界値の平均値とばらつきの範囲を示す。なお、図示するE×H臨界値は、マイクロ波によるアシストがない時のE×H臨界値に対する相対値である。 The microwave for assisting (micro assist wave) changes the frequency only by changing the intensity to 3 (dBm), changes in the E × H critical value where the ME effect appears, and changes in the relative S / N of the recorded signal It was confirmed. The frequency of the micro assist wave was changed to 0.5, 1, 2, 5, 7, and 8 (GHz). For each frequency, the average value of E × H critical values and the range of variation when checked 20 times are shown. The illustrated E × H critical value is a relative value to the E × H critical value when there is no microwave assistance.
E×H臨界値は、マイクロ波によるアシストがない時に比べて低下した。E×H臨界値及び、記録された信号の相対S/Nは、マイクロアシスト波の周波数に応じて変化し、5GHzの時に、E×H臨界値は最小となり、相対S/Nは最大となった。 The E × H critical value was lower than when there was no microwave assistance. The E × H critical value and the relative S / N of the recorded signal change according to the frequency of the micro assist wave, and at 5 GHz, the E × H critical value is minimum and the relative S / N is maximum. It was.
(実施例3〜8)
<記録媒体の保磁力と電界磁界積の臨界値(E×H臨界値)との関係>
図5及び図6に、記録媒体の保磁力の大きさとE×H臨界値との関係を示す。サンプル1〜6は、実施例3〜8にそれぞれ対応する。マイクロアシスト波は、強度を3(dBm)、周波数5GHzとして、ME効果の発現するE×H臨界値を測定した。図5は、第一の記録媒体層101がCr2O3であるサンプル1〜3を用いた実施例3〜5の結果を示し、図6は、第一の記録媒体層101がGa0.5Al0.5FeO3であるサンプル4〜6を用いた実施例6〜8の結果を示す。図5及び図6において、一実施例につき、20回確認した時のE×H臨界値の平均値とばらつきの範囲を示す。
(Examples 3 to 8)
<Relationship between coercivity of recording medium and critical value of electric field product (E × H critical value)>
5 and 6 show the relationship between the magnitude of the coercive force of the recording medium and the E × H critical value.
第二の記録媒体層102の保磁力が、5000Oe(実施例3、6)、5500Oe(実施例4、7)、6500Oe(実施例5、8)のいずれの場合においても、E×H臨界値はほぼ一定の値であり、マイクロ波によるアシストがない場合に比べて低下していることがわかる。
When the coercive force of the second
(実施例9、10)
<記録トラック位置におけるビットエラー>
サンプル2及びサンプル5を用い、マイクロ波アシストの効果を確認した。図7及び図8に、記録再生を各トラック毎に50回繰り返し行ったときの、信号エラーの発生倍率を示す。それぞれのトラック位置はディスク中心から半径方向の距離により定め、Aは上記距離が5mm、Bは8mm、Cは10.5mmであり、A’は5.1mm、B’は8.1mm、C’は10.6mmである。A、B、Cにおいては、強度を3(dBm)、周波数5GHzのマイクロアシスト波を照射し、A’、B’、C’においてはマイクロアシスト波を照射しなかった。図7は、第一の記録媒体層101がCr2O3であるサンプル2を用いた実施例9の結果を示し、図8は、第一の記録媒体層101がGa0.5Al0.5FeO3であるサンプル4を用いた実施例10の結果を示す。マイクロ波のアシストにより、ME記録技術の信頼性が向上することが明らかである。
(Examples 9 and 10)
<Bit error at recording track position>
記録媒体は、記録密度が高まるにつれてよりクリーンな環境で製造されるが、ピンホールはなくても、特に、第一の記録媒体層101(例えば、Cr2O3、BiFeO3)に不均一で薄い部分があると、絶縁性が保てなくなる事象に遭遇する。絶縁破壊には臨界点があるがその点を超えない限りは、デジタル情報としてビットエラーがあっても、訂正可能なレベルに抑制可能であり、実用性ある新しい記録技術の提供が可能であることが理解される。 Although the recording medium is manufactured in a cleaner environment as the recording density increases, it is not uniform in the first recording medium layer 101 (for example, Cr 2 O 3 , BiFeO 3 ) even without pinholes. When there is a thin part, an event is encountered where insulation cannot be maintained. Dielectric breakdown has a critical point, but as long as the critical point is not exceeded, even if there is a bit error as digital information, it can be suppressed to a correctable level, and it is possible to provide a practical new recording technology Is understood.
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱することなく、これまで説明した例に対して種々の変更を行なうことが可能である。 While the present invention has been described based on the embodiments, various modifications can be made to the examples described so far without departing from the scope of the invention described in the claims.
1…記録媒体、2…磁界印加装置、3…電界印加装置、7…記録ヘッド、21…マイクロ波発生部、22…記録用磁界発生部、25…磁界、26…マイクロ波領域の電磁波、31…第一の電極、32…第二の電極、33…電源、34…電極保持部、35,36…電界、45…重畳領域、40…基板、101…第一の記録媒体層、102…第二の記録媒体層、103…第三の記録媒体層、200…磁気記録デバイス。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、
前記記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備え、
前記記録媒体に対して、前記電界及び前記磁界の印加と共にマイクロ波領域の電磁波が印加される、磁気記録デバイス。 A substrate, a first recording medium layer provided on the substrate and having an electromagnetic effect, mainly including an antiferromagnetic material, a ferrimagnetic material, or a combination thereof; and the first recording medium layer A recording medium comprising a second recording medium layer mainly comprising a ferromagnetic material, wherein the magnetic information recorded on the first recording medium layer is transferred to generate a magnetization having a strength necessary for reading. Medium,
An electric field applying device for applying an electric field to the recording medium;
A magnetic field application device that applies a magnetic field to the recording medium,
A magnetic recording device in which an electromagnetic wave in a microwave region is applied to the recording medium together with the application of the electric field and the magnetic field.
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2014
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