JP3680035B2 - 磁気記録装置及び磁気記録方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録層及び磁気記録方法に関し、特に、記録媒体の熱揺らぎ限界を超える超高密度磁気記録が可能な磁気記録装置及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の向上に伴って、情報・データの記憶・再生機能を担うＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記憶装置には、高速・高密度化が常に要求されている。しかし、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行けるかどうか問題視されている。
【０００３】
ＨＤＤ装置の場合、情報が記録される磁気記録媒体は、微細な磁性粒子の集合体を含む磁性層を有する。高密度記録を行うには、磁性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、そのためには磁性層に含まれる磁性粒子を微小化する必要がある。また、隣接する磁性粒子にまで磁化反転が連鎖すると、磁区の境界の「乱れ」となるので、磁性粒子間に交換結合相互作用が働かないように、磁性粒子間は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、ヘッドと媒体との間の磁気的相互作用の観点から、高密度の記録を行うには、磁性層の膜厚も小さくする必要がある。
【０００４】
以上の要請から、磁性層における磁化反転ユニット（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）の体積をさらに小さくする必要がある。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Ｖa）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る。これが熱揺らぎ現象であり、記録密度の物理的限界（「熱揺らぎ限界」と呼ばれる）の主因となっている。
【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を大きくすることが考えられる。しかし、上記のようなＨＤＤ媒体の場合、記録時、すなわち高速で磁化反転動作を行うときの保磁力Ｈcwは、Ｋuにほぼ比例するので、Ｋuを大きくすると、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】
熱揺らぎによる磁化の反転を防ぐために、磁化反転ユニットの体積Ｖaを大きくすることも考えられる。しかし、媒体面内での磁性粒子のサイズを大きくすることによりＶaを大きくすると、高密度記録を達成できない。また、記録層の膜厚を厚くすることによりＶaを大きくすると、ヘッド磁界が記録層の下部にまで十分に到達しないために磁化反転が起こらなくなり、やはり高密度記録を達成できない。
【０００７】
さらに、記録、再生ヘッドを微小サイズに作製することが困難のために、高密度記録を達成することが困難となってきている。
【０００８】
以上説明した事情により、超高密度記録を達成するためには、磁気記録ヘッドからの記録磁界による記録や、記録パターンからの漏洩磁界を再生ヘッドで検出する方式では問題点が多く、電流などによる記録、再生方式を新たに開発することが必要となってきている。
【発明が解決しようとする課題】
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、熱揺らぎ限界を超える高密度記録を実現できる新規な磁気記録装置及び磁気記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、
第１の磁性体層と第２の磁性体層を有する磁気記録媒体と、
前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【００１０】
ここで、前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層の間に挿入された非磁性体層をさらに有するものとすることができる。
また、前記磁気記録媒体の前記非磁性体層はＣｕであり、２ｎｍ 〜 １０ｎｍの厚さを有するものとすることができる。
【００１１】
また、前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層を有する複数の記録単位領域が、分離領域を挟んで２次元的に配列されてなるものとするこができる。
【００１２】
また、前記第１の磁性体層の保磁力は、前記第２の磁性体層の保磁力よりも小さいものとすることができる。
【００１３】
また、前記電流供給手段は、前記磁界印加部に隣接させた導体または半導体のプローブ針であるものすることができる。
【００１４】
また、前記磁界印加部からの印加磁界により前記第１の磁性体層の磁化方向が方向付けられる範囲は、前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により前記第２の磁性体層の磁化方向が反転される範囲よりも広いものとすることができる。
【００１５】
また、前記磁界印加部により前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付け、前記第１及び第２の磁性体層間の磁気抵抗効果を、前記第１及び第２の磁性体層に供給される検出電流変化により検出することで前記第２の磁性体層に磁気的に記録された情報を読み取り可能とすることができる。
また、前記磁界印加部の前記磁気記録媒体に対する印加磁界は、前記第２の磁性体層の磁化方向を実質的に変化させない強さであるものとすることができる。
また、前記磁界印加部は、前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電と同時または通電前に印加磁界を発生するものすることができる。
また、前記磁気記録媒体に供給される情報記録時の通電電流は、情報再生時の通電電流よりも大きいものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加して、その磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層へ前記第１の磁性体層を介して通電し、
前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録方法が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層の部分領域に磁界を印加して、前記部分領域の磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層において前記部分領域に対応する複数の記録単位領域の少なくとも一つに、前記部分領域を介して通電し、前記部分領域において発生させたスピン偏極電流により前記複数の記録単位領域の少なくとも一つの磁化を反転させることを特徴とする磁気記録方法が提供される。
【発明の実施の形態】
本発明の基本原理は、電流供給手段から供給された電流を、プローブを通して高偏極スピンコントロール層を通過させることでスピン偏極電流に変え、そのスピン偏極電流を用いて記録層の磁化を反転させることにより記録する。記録する磁化の方向は、高偏極スピンコントロール層を磁気ヘッドからの磁界でコントロールする。再生時には、高偏極スピンコントロール層の磁化と記録層の磁化の相対角度による巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance Effect）を利用して再生する。
【００１７】
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。
【００１８】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。すなわち、同図は、磁気記録媒体１０と、磁界印加手段１６と、プローブ１５による電子照射手段と、を模式的に表した断面図である。
【００１９】
本発明において用いる磁気記録媒体１０は、電極層１１の上に、磁気記録層１２、中間層１３及び高偏極スピンコントロール層１４を積層した構造を有する。この磁気記録媒体の高偏極スピンコントロール層１４側に、電子照射手段としてのプローブ１５が設けられている。プローブ１５と磁気記録媒体１０とは接触していても、していなくてもよい。
【００２０】
また、磁気記録媒体１０の上には、磁界印加手段としての記録ヘッド１６が設けられる。プローブ１５による局所的な電子照射と、記録ヘッド１６による磁界印加により、記録層１２に微細な磁化反転部分を形成することができる。なお、プローブ１５は記録ヘッド１６と一体化してもよい。
【００２１】
本発明の磁気記録装置において、情報の記録すなわち「書き込み」を行う場合は、図１(ａ)から図２（ｃ）に沿って行われる。図１(ａ)は初期状態であり、磁気記録層１２の磁化はすべて上向き方向を向いている。このときスピン偏極コントロール層１４の磁化方向は特に定められていない。
【００２２】
図１（ｂ）では、記録ヘッド１６から下向きの磁界を放出し、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を下向きに磁化させている。磁界の照射されている領域は図1上では点線の範囲内で、記録ビット、４ビット分である。記録ヘッド１６からの磁界では磁気記録層１２の磁化には影響を及ぼさない。
【００２３】
その後、図１（ｃ）において、プローブ１５から記録媒体１０に向けて電子を供給する。供給された電子のスピンは、高偏極スピンコントロール層１４により特定の方向（図では下向き）に偏極される。そして、このようにスピン偏極した電子が磁気記録層１２を通過する際に、磁気記録層１２の磁化Ｍの方向を、そのスピンの向きに応じた所定の方向に向ける。
【００２４】
次に、図２（ａ）では、次のビットに書き込むために記録ヘッド１６とプローブ１５を移動させている。図上では記録ヘッド１６とプローブ１５を移動させているが、磁気記録媒体１０を移動させても構わない。
【００２５】
図２（ｂ）では、上向きに記録させたいために、上向きの磁界を記録ヘッド１６から照射し、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を上向きにしている。図２（ｃ）において、プローブ１５から記録媒体１０に向けて電子を供給し、磁気記録層１２の磁化を上向きに記録する。
【００２６】
つまり、磁気記録媒体１０に用いられる高偏極スピンコントロール層１４は、プローブ１５から供給される電流を、スピン偏極した電流に変換する作用を有する。そして、このスピン偏極電流がある閾値より大きくなったとき、磁気記録層１２の磁化を反転させることができる。この閾値は、異方性磁界Ｈｋに依存し、外部磁界Ｈと飽和磁化Ｍｓにも依存する。
【００２７】
図３は、記録層１２の理想的な電流−磁化曲線を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、記録層１２に供給されるスピン偏極電流を表し、縦軸は、記録層の磁化Ｍを表す。同図から分かるように、ＶＳＭなどで測定した通常の強磁性体のＭＨカーブと同様の振舞いを示す。つまり、スピン偏極電流Ｉがある閾値を超えると、磁化Ｍが生ずる。
【００２８】
一方、この電流閾値は、外部磁界に依存する。つまり、図３に例示した電流−磁化曲線は、外部磁界により横軸方向にシフトする。
【００２９】
図４は、外部磁界Ｈを印加した状態での記録層１２の電流−磁化曲線を例示するグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、記録層１２に供給されるスピン偏極電流を表し、縦軸は、記録層の磁化Ｍを表す。
【００３０】
同図から分かるように、記録層１２に磁化Ｍを生ずるためのスピン偏極電流の閾値は、外部磁界Ｈによってコントロールすることも可能である。
【００３１】
以上説明したように、本発明においては、記録ヘッド１６からの磁界により、スピンコントロール層１４におけるスピン偏極の方向が制御される。そして、プローブ１５から供給された電子のスピンは、スピンコントロール層１４を通過する際に、そのスピン偏極の方向に偏極され、磁気記録層１２に供給されて、そのスピンの向きに応じた磁化Ｍを書き込む。この書き込み電流は、その後、電極層１１に流出する。
【００３２】
またこの際に、図４に関して前述したように、記録ヘッド１６からの外部磁界によって、記録層１２のスピン偏極電流の書き込み閾値を制御することも可能である。
【００３３】
本発明によれば、記録ヘッド１６から印加する磁界は、特に微小範囲に制限する必要はなく、微小なプローブ１５の先端から供給される局所的な電流により、磁気記録層１２の極めて微小な範囲のみに書き込みを行うことができる。つまり、従来と比較して、飛躍的に記録密度を高めた超高密度磁気記録が可能となる。
【００３４】
また一方、このように記録した情報の読み出しは、磁気抵抗効果を利用して行うことができる。すなわち、記録層１２とスピンコントロール層１４との間の抵抗を測定する。記録層１２の磁化方向とスピンコントロール層１４の磁化方向が平行の場合には抵抗が低く、両者の磁化が反平行の場合には抵抗が高い。
【００３５】
スピンコントロール層１４の磁化方向は、記録ヘッド１６により所定の方向に制御することができるので、抵抗変化を検出することにより記録層１２の磁化方向が分かる。
【００３６】
ここで、読み出し時の電流は書き込み時の電流より小さくなければならない。もし、読み出し時の電流が書き込み時より大きいと記録層の磁化が反転し、情報を失ってしまうからである。
【００３７】
図５は本発明の実施の形態に係る磁気記録装置のシステム構成について説明する。図の様に３つのＩＣ、あるいは同等の機能が有る複合ＩＣでこの記録再生システムを駆動することができる。まず記録時には、記録用ＩＣで記録回路１に駆動電流（Ｉｗ１）を発生させ、記録用コイルを励磁する。同時にタイミングパルスを発生させ記録用ＩＣ２を同期させる。記録用ＩＣ２ではタイミングパルスを基準にして、記録回路２にディレイタイム（ｔ２）のタイミングで駆動電流Ｉｗ２を発生させる（図５（ｂ））。こうすれば磁気記録媒体の高偏極スピンコントロール層１４の磁化を所定の方向に磁化させた後に駆動電流Ｉｗ２で磁気記録層１２の磁化を同方向に磁化することができる。この場合ｔ２＋ｔ３とｔ１の両方の時間が最短ビット長をヘッドが横切る時間より小さいことが要求される。
【００３８】
次に、再生時には、再生回路に再生用ＩＣで一定のバイアス電流（Ｉｂ）を流し、媒体中の磁気抵抗効果で媒体に記録された磁化による抵抗変化、すなわち電圧変化を同じく再生用ＩＣで読み取る。上述しているように、ＩｂとＩｗ２の関係は
Ｉｂ ＜ Ｉｗ２ （１）
を満たす必要がある。以上は電流駆動による再生原理であるが、この磁気記録媒体１０とプローブ１５と記録ヘッド１６を含む再生回路において、定電圧に保ったほうが良い場合もある。例えばプローブとヘッド境界の接触抵抗等は信頼性等により一定電圧に保つ方が有利である可能性がある。この場合は再生用ＩＣで定電圧駆動でバイアス電流（Ｉｂ）を流し、同じく再生用ＩＣで電流変化を読み取る方法が適している。以上のIw2、Ibの大きさ等は前述のような規定を用いるのが良い。
【００３９】
以下、本発明において用いることができる磁気記録媒体１０、プローブ１５、磁気ヘッド１６のそれぞれについて詳述する。
【００４０】
まず、磁気記録媒体１０について説明する。磁気記録媒体１０は、図１に例示した基本的な構成要素の他にも、必要に応じて、磁気記録層１２などの性能（結晶構造や配向特性など）を制御するための下地層（図示せず）を設けてもよい。また、必要に応じて、磁気記録層１２やスピンコントロール層１４の上に、カーボンやＳｉＯ２などからなる保護層（図示せず）を設けてもよい。
【００４１】
また、記録媒体１０は、面内方向に亘って複数の領域に分離された構造としてもよい。
【００４２】
図６は、このように分離された記録媒体を表す模式図である。すなわち、同図に例示した記録媒体１０Ａは、電極層１１の上に設けられた磁気記録層１２、中間層１３、スピンコントロール層１４が、それぞれ分離領域１８により複数の独立した部分に分割されている。分離領域１８は、非磁性あるいは電気的絶縁性を有する材料により形成することができる。
【００４３】
このように、分離領域１８により、媒体を複数の部分に分割すると、記録ビットサイズを確実に規定することが可能となり、記録エリアの「はみ出し」、あるいはクロストーク（cross-talk）、クロスイレーズ（cross-erase）などの発生を抑制できる。
【００４４】
また、このような分離領域１８は、必ずしも記録層１２、中間層１３、スピンコントロール層１４の全体を分割する必要はない。例えば、図７に例示した磁気記録媒体１０Ｂの場合、磁気記録層１２のみが分離領域１８によって複数の独立した部分に分割されている。この場合にも、分離領域１８は、非磁性あるいは電気的絶縁性を有する材料により形成することができ、記録ビットサイズを正確に規定できるという効果が得られる。同様に、分離領域１８を中間層１３のみ、あるいはスピンコントロール層１４のみに設けても、電流狭窄作用などを利用した記録ビットサイズの規定が可能となる。
【００４５】
さて、以上説明したいずれの磁気記録媒体においても、記録層１２に用いられる磁性粒子の材料は、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、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される磁性元素と、白金（Ｐｔ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される金属との合金を用いることが好ましい。
【００４６】
特に、結晶磁気異方性の大きいコバルト（Ｃｏ）基合金、特にＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＣｒをベースとしたものや、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどの規則合金がより好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｐｔ、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ３Ｐｔ１などが挙げられる。
【００４７】
また、磁性材料として、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏなどの希土類（ＲＥ）−遷移金属（ＴＭ）合金、磁性層と貴金属層との多層膜（Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄなど）、ＰｔＭｎＳｂなどの半金属、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどの磁性酸化物などを用いることもできる。
【００４８】
さらに、上述した磁性材料の磁気磁性を向上させるために、例えば銅（Ｃｕ）、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）、ボロン（Ｂ）など、またはこれらの元素と、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１種の元素との化合物を添加してもよい。
【００４９】
磁気異方性に関しては、従来のＨＤＤで用いられてきた面内磁気異方性でも、光磁気記録で用いられてきた垂直磁気異方性でも、両者が混合されたものでも構わない。磁気異方性定数に関しては、熱揺らぎ限界を打破するために大きな磁気異方性定数を有する記録層を用いる。さらに、磁気ヘッドからの磁界に影響されない程度のＨｃを有する必要もある。
【００５０】
磁気記録層１２として、例えば、複数の磁性粒子と、これら磁性粒子の間を埋める非磁性体とを有し、磁性粒子が非磁性体中に分散された構造を用いても構わない。
【００５１】
磁性粒子を非磁性体により分断する方法は、特に限定されない。例えば、磁性材料に非磁性元素を添加して成膜し、磁性粒子の粒間にクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ボロン（Ｂ）、酸化物（ＳｉＯ２など）、窒化物などの非磁性体を析出させる方法を用いてもよい。
【００５２】
また、リソグラフィー技術を利用して非磁性体に微細な孔を形成し、その孔に磁性粒子を埋め込む方法を用いてもよい。あるいは、ＰＳ−ＰＭＭＡなどのジブロックコポリマーを自己組織化させて一方のポリマーを除去し、他方のポリマーをマスクとして非磁性体に微細な孔を形成し、孔に磁性粒子を埋め込む方法を用いてもよい。また、粒子線照射によって加工する方法を用いてもよい。
【００５３】
記録層１２の厚さは特に制限されないが、高密度記録を可能とし、電流を流すことを考慮すると、１００ｎｍ以上の厚い膜は好ましくない。ただし、記録層１２の厚さを０．１ｎｍ以下にしようとすると、膜を形成するのが困難になる場合が多いので、用いる成膜技術にも応じて適宜決定する必要がある。
【００５４】
必要に応じて設けられる下地層（図示せず）は、磁性体でも非磁性体でもよい。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。
【００５５】
非磁性の下地層は、記録層１２の磁性体または非磁性体の結晶構造を制御する目的、または基板からの不純物の混入を防ぐ目的で設けられる。例えば、磁性体に対して要求される結晶配向の格子間隔に近い格子間隔を有する下地層を用いれば、磁性体の結晶配向を制御することができる。また、適切な表面エネルギーを有するアモルファス下地層を用いることにより、記録層１２の磁性体または非磁性体の結晶性またはアモルファス性を制御することもできる。
【００５６】
下地層の下にさらに別の機能を有する下地層を設けてもよい。この場合、２つの下地層で機能を分担できるので、所望の効果の制御が容易になる。たとえば、記録層の結晶粒を小さくする目的で、基板上に粒径の小さいシード層を設け、その上に記録層の結晶性を制御する下地層を設ける手法が知られている。基板からの不純物の混入を防ぐためには、下地層として格子間隔が小さいかまたは緻密な薄膜を用いることが好ましい。
【００５７】
高偏極スピンコントロール層１４は、プローブ１５から供給される電流を、記録層１２に記録すべき磁化Ｍの方向のスピン偏極電流に変換する役割を有する。磁化Ｍの方向、すなわちスピンコントロール層１４のスピン偏極の方向は、磁気ヘッド１６からの磁界によって制御することができる。したがって、スピンコントロール層１４は、磁気ヘッド１６からの磁界に素早く応答することができる軟磁性で構成されていることが望ましい。また、スピン偏極を確実に行うため、高偏極スピンコントロール層１４は、スピン偏極度の高い材料により形成されることが望ましい。ここで、スピン偏極度Ｐは、フェルミエネルギーにおけるアップスピン電子とダウンスピン電子の状態密度の差であり、次式により表される。
Ｐ＝（Ｄ（↓）−Ｄ（↑））／（Ｄ（↓）＋Ｄ（↑）） （２）
ここで、Ｄ（↑）とＤ（↓）は、アップスピン電子とダウンスピン電子の状態密度をそれぞれ表す。
【００５８】
このスピン偏極度Ｐの最も大きな材料としては、「ハーフメタル」と呼ばれる物質が知られており、そのスピン偏極度は１．０である。すなわち、図８のようにダウンスピン電子のみが、フェルミエネルギー付近で状態密度を有する。
【００５９】
ハーフメタル性を示す材料として知られているのは、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれからなるペロブスカイト型構造強磁性酸化物、ルチル型構造強磁性酸化物、スピネル型強磁性酸化物、パイロクロア型強磁性酸化物、少なくともチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）から選ばれる材料を含む磁性半導体薄膜などで、これらの材料を高偏極スピンコントロール層１４に用いることができる。その他に、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体や、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を少なくとも一つ含む合金も、有限のスピン偏極度Ｐを示すことから高偏極スピンコントロール層１４に用いることができる。
【００６０】
高偏極スピンコントロール層１４の厚さは特に制限されないが、高密度記録を達成し、且つ電流を垂直方向に流すことを考慮すると、１００ｎｍ以上の厚い膜は好ましくない。ただし、記録層の厚さを０．１ｎｍ以下にしようとすると膜を形成するのが容易でないので、成膜技術も勘案して適宜決定する必要がある。
【００６１】
また、高偏極スピンコントロール層１４に関しては、例えば、複数の磁性粒子と磁性粒子の間を埋める絶縁体とを有し、磁性粒子が絶縁体中に分散された構造を用いても構わない。このような構造にすると、膜面に対して垂直方向の電流が面内方向に拡散することを防ぐことができる。
【００６２】
中間層１３は、高偏極スピンコントロール層１４の磁化と記録層１２の磁化とが交換結合することを防ぐ目的で設けられる。交換結合の大きさは、その間の距離が離れると減衰することが知られている。この観点からすると、厚い方が好ましいが、スピン偏極電流により記録層１２に記録を行うことを考えると、スピン偏極電流の偏極方向が保存されなければならないので、その材料の平均自由行程より短くならなければならない。
【００６３】
例えば、中間層１３を銅（Ｃｕ）で構成した場合、銅（Ｃｕ）の平均自由行程は１０ｎｍ程度であり、交換結合は３ｎｍ以上にすれば無視できる範囲になるので、銅（Ｃｕ）を利用した中間層１３の厚さとして、３ｎｍから１０ｎｍの範囲内にあることが好ましい、ということになる。
【００６４】
記録媒体に対して電流を流す手段としては、導体あるいは半導体からなるプローブ１５から、例えば、電界放出により電子を照射してもよいし、プローブ１５と磁気記録媒体１０とを接触させて電流を流してもよい。この場合のプローブとしては、金属や半導体などからなる針状あるいは先端に突起を有するものを用いることができる。また例えば、「カーボンナノチューブ」などの微細な構造体を利用することもできる。
【００６５】
または、磁気記録媒体１０の上部に図示しない電極を設け、その電極から磁気記録媒体１０に電流を流してもよい。すなわち、磁気記録媒体１０に電流を流せさえすれば、電流を流す手段としては、当業者が適宜選択したものを採用できる。
【００６６】
磁気記録媒体１０に対して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を含む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、媒体に磁性層を追加して温度分布または光照射によって磁化分布を生じさせ瞬間的・局所的な磁界を発生させてもよいし、情報の記録を行う磁性層自身から発生する漏洩磁界を利用してもよい。
【００６７】
永久磁石を設置する場合には、媒体１０との距離を可変にするか、磁石を微細化するなどの工夫によって、高速・高密度の磁界印加ができるようになる。
【００６８】
図９は、プローブ１５の代わりに、記録媒体１０の上部に電極層１９を設けた具体例を表す模式図である。すなわち、同図に例示した磁気記録媒体１０Ｃは、下部電極層１１の上に、記録層１２、中間層１３、高偏極スピンコントロール層１４が積層され、さらにその上に、上部電極層１９が設けられた構造を有する。そして、この積層構造は、分離領域１８により複数の領域に分割されている。この分割された領域のそれぞれが、記録ビットとして作用する。
【００６９】
この記録媒体１０Ｃを用いる場合、上部電極１９から下部電極１１へ電流を膜面に対して垂直に流す。従って、分割された上部電極１９のそれぞれに任意に電流を与えることができれば、図１に例示したプローブ１５は必ずしも必要ない。
【００７０】
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。
【００７１】
（第１の実施例）
図１０は、本実施例において用いた構成を表す概念図である。
【００７２】
すなわち、高偏極スピンコントロール層１４としてルチル型構造を示す酸化クロム（ＣｒＯ２）を、記録層１２としてコバルト白金（ＣｏＰｔ）を、中間層１３として銅（Ｃｕ）を、電極層１１として金（Ａｕ）をそれぞれ用いて記録媒体を作製した。
【００７３】
まず、シリコン（Ｓｉ）基板Ｓの裏側に金（Ａｕ）電極層１１を形成した。次に、シリコン基板Ｓの上にコバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２を形成し、その上に銅（Ｃｕ）を成長させた。さらに、その上に酸化クロム（ＣｒＯ２）を形成した。コバルト白金（ＣｏＰｔ）の厚さは約２０ナノメートル、銅（Ｃｕ）は５ナノメートル、酸化クロム（ＣｒＯ２）は１０ナノメートルとした。
【００７４】
次に、シリコン（Ｓｉ）短針の表面を金（Ａｕ）でコートしたものをプローブ１５として用いた。プローブ１５はコーン状で、先端の直径は約１０ナノメートルであった。さらに、磁気ヘッド１６として、外部から２ｋＯｅの磁界を印加できるようにした。
【００７５】
図１１は、本実施例において形成した記録媒体に対して、ＶＳＭによる磁化測定を行った結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は磁界Ｈ、縦軸は磁化Ｍをそれぞれ表す。なお、これとは別に測定したＭＨ特性曲線から、本実施例に用いたものと同様の酸化クロム（ＣｒＯ２）、コバルト白金（ＣｏＰｔ）の単層のＨｃは、それぞれ５００Ｏｅ、２５００Ｏｅであった。
【００７６】
図１１から分かるように、本実施例の磁気記録媒体は、明らに２段のループを示しており、５００Ｏｅ、２５００Ｏｅ付近で磁化Ｍの変化が見られる。つまり、酸化クロム（ＣｒＯ２）とコバルト白金（ＣｏＰｔ）の層が磁気的に交換結合していないために、それぞれのＨｃがお互いに影響を及ぼさない特性曲線が得られていることが分かった。
【００７７】
つまり、中間層１３として膜厚が５ナノメートルの銅（Ｃｕ）の層を挿入することにより、酸化クロム（ＣｒＯ２）からなるスピンコントロール層１４と、コバルト白金（ＣｏＰｔ）からなる記録層１２の間の交換結合が作用していないことが確認できた。またさらに、磁界Ｈの方向が媒体面に対して垂直方向（面直方向）であったことから、コバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２の容易軸方向が面直方向になっていることが同時に確認できた。
【００７８】
次に、スピン偏極電流磁気記録の実験を行った。
【００７９】
まず、酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４とコバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２の磁化を上向きの方向に揃えておく。この記録媒体に対して、下向きの磁界を加えて酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４のみの磁化を反転させる。この状態でプローブ１５から電子線照射を行い、同時に記録媒体の抵抗を測定した。電子線照射を行う前は、酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４とコバルト白金（ＣｏＰｔ）層の磁化は反平行に配置されているため、高抵抗の状態である。プローブ１５に対して約１０Ｖの印加電圧で１ｍＡの放出電流を確認し、記録媒体の抵抗値は約６０ｍΩ低下した。このことから、プローブ１５からの電子線放出により、コバルト白金（ＣｏＰｔ）記録層１２の磁化が反転し、酸化クロム（ＣｒＯ２）スピンコントロール層１４の磁化と平行になったため、その抵抗は低下したと考えられる。つまり、プローブ１５からの電子線照射により、記録層１２に対する記録が行われることが確認できた。
【００８０】
（第２の実施例）
図１２は、本実施例において用いた構成を表す模式図である。
【００８１】
すなわち、まず、シリコン（Ｓｉ）基板Ｓの裏側にオーミックコンタクトとなるように金（Ａｕ）電極層１１を形成した。そして、シリコン基板Ｓの上に、記録層１２として鉄白金（ＦｅＰｔ）を５ｎｍ形成し、その上に中間層１３として銅（Ｃｕ）を５ｎｍ、高偏極スピンコントロール層１４としてコバルトを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｃｏ）を２０ｎｍ積層した。さらに、その上にマスクを用いて金（Ａｕ）電極１９を形成し、膜面垂直方向に電流を流せるようにした。
【００８２】
鉄白金（ＦｅＰｔ）単膜では、約９ｋＯｅのＨｃを示し、面直方向が磁化容易軸であることを確認し、コバルト添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｃｏ）では、軟磁気特性を示すこともＶＳＭで確認した。
【００８３】
本実施例の記録媒体の３層構造（ＦｅＰｔ／Ｃｕ／ＺｎＯ：Ｃｏ）の磁気特性をＶＳＭを用いて測定したところ、図９に表したものと類似した２段ループを示し、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４で磁気的に交換結合していないことが確認された。
【００８４】
この記録媒体に、前述した第１実施例と同じように外部から磁界を印加した。記録実験の開始前に、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４の磁化はいずれも上向きの状態とした。次に、下向きの外部磁界を印加して、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を下向きに反転させた。このとき、記録層１２の磁化と高偏極スピンコントロール層１４の磁化は反平行状態にあるため、高抵抗の状態にある。
【００８５】
次に、この記録媒体に対して、電極１９から膜面垂直方向に電流を流した。電流値を大きくしていくと、２０ｍＡ付近で抵抗値の大幅なジャンプが見られ、抵抗値は減少した。つまり、記録層１２の磁化と高偏極スピンコントロール層１４の磁化が平行状態になり、巨大磁気抵抗効果により抵抗が減少した。このようにして、記録層１２の磁化が電流により反転可能であることを確認できた。
【００８６】
（第３の実施例）
図１３は、本実施例において用いた構成を表す模式図である。
【００８７】
すなわち、アルミニウム基板１１の上に、厚さ約５０ｎｍの白金（Ｐｔ）下地層２０、厚さ約５ｎｍの鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２、厚さ約５ｎｍの銅（Ｃｕ）中間層１３、厚さ約２０ｎｍの酸化ランタン・ストロンチウム・マンガン（Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３）高偏極スピンコントロール層１４を、順次スパッタ法にて積層した。なお、スパッタ成膜時には、基板１１を３００℃に加熱した。
【００８８】
ここで、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３高偏極スピンコントロール層１４は、ハーフメタリックな特性を示すことを予め確認した。
【００８９】
次に、リソグラフィとエッチング、さらにリフトオフにより、直径約５０ｎｍの円柱状のクラスターを作製した。クラスター間は絶縁体１８で埋めた。その後、厚さ約１ｎｍのカーボン（Ｃ）保護層２１を積層した。鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２は、約３．５ｋＯｅの保磁力を持ち、垂直磁気異方性を示すことを、ＶＳＭを用いた測定より予め確認した。
【００９０】
次に、通常の磁気記録ヘッド１６を用い、それに隣接するようにシリコン（Ｓｉ）を金（Ａｕ）でコートしたプローブヘッド１５を作製した。コーン状の形状をし、先端の直径は約５０ｎｍであった。プローブ１５の先端と記録媒体との距離は約１００ｎｍとし、このとき印加電圧約１０Ｖで１０ｍＡの放出電流を確認した。磁気記録ヘッド１６からは、約３ｋＯｅの磁界を印加できる。つまり、鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２の保磁力（３．５ｋＯｅ）は、磁気ヘッド１６からの磁界（３ｋＯｅ）を超えているため、記録ヘッド１６からの磁界のみで磁気記録することは困難である。
【００９１】
本実施例においては、磁気記録媒体の記録及び再生評価を以下の手順で行った。
【００９２】
まず、本実施例の磁気記録媒体についてプローブ１５から電子線を照射しないで従来法による磁気記録を試みた。すなわち、記録ヘッド１６から磁界を印加したが、記録層１２の磁化は反転しないことが確認できた。これは、記録層１２の保磁力と記録ヘッド１６の記録能力から判断して当然の結果である。
【００９３】
次に、本実施例の磁気記録媒体について電子線を照射しながら記録を行った。このとき、磁気ヘッド１６から磁界を印加しなかった。初期状態として、記録層１２、高偏極スピンコントロール層１４の磁化をいずれも上向きに向けておいた。そして、プローブ１５に対する印加電圧を１０Ｖまで変化させて、印加電圧と媒体の電気抵抗の値との関係を調べた。しかしながら、印加電圧１０Ｖまで、電気抵抗の変化は見られなかった。つまり、電子線照射のみによる記録は行われなかった。
【００９４】
次に、ヘッド１６から磁界を印加しながら、電子線を照射し記録することを試みた。印加磁界は、約３ｋＯｅで、下向きの磁界を与えた。そして、電子線の印加電圧を約１０Ｖまで変化させた。その結果、約７Ｖ付近で、記録媒体の抵抗値の大幅な減少が見られた。すなわち、記録層１２の磁化が反転して下向きになり、高偏極スピンコントロール層１４の磁化と平行になったために抵抗が減少した。
【００９５】
さらに、プローブ１５に対する印加電圧をゼロに戻した後、磁気ヘッド１６からの印加磁界の向きを逆向きにし、電気抵抗の値を測定したところ、媒体の抵抗値は先ほどの値よりも上昇していた。つまり、ヘッド１６からの印加磁界により高偏極スピンコントロール層１４の磁化のみが上向きに反転し、記録層１２の磁化と反平行の状態になったために媒体の抵抗が増加した。このことからも、前述した記録過程で記録層１２のみの磁化が反転したことが確認できた。
【００９６】
本実施例の結果から、通常では記録不可能な大きな磁気異方性エネルギー（保磁力）を持つ記録層１２に対して、電子線照射によるスピン偏極電流で記録が可能となることが確認できた。
【００９７】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、本発明の磁気記録装置の具体例について説明する。すなわち、図１乃至図１３に関して説明した本発明の磁気記録方法は、従来のＨＤＤに類似した構成を有する磁気記録再生装置として実現することができる。
【００９８】
図１４は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置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、記録用媒体ディスク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。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。さらにまた、媒体ディスク２００は、磁気記録再生装置に定常的に備えられた、いわゆる「固定式」のものであってもよく、あるいはまた、媒体ディスク２００を必要に応じて磁気記録再生装置から脱着可能な、いわゆる「リムーバブル式」のものとしてもよい。
【００９９】
そして、これら媒体ディスク２００は、前述したように、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４とを有し、スピン偏極電流を記録層１２に流すことにより、磁化反転させて記録することができる。また、図６乃至図７あるいは図９、図１３などに例示したように、分離領域１８により記録ビットが分割されているパターンド媒体としてもよい。
【０１００】
これら媒体ディスク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、前述したような本発明のプローブ１５及び磁気ヘッド１６をその先端付近に搭載している。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１５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１６０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、図１乃至図１３に関して前述したような本発明のプローブ１５及び磁気ヘッド１６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。
【０１０５】
本発明によれば、図１乃至図１３に関して前述したような本発明の磁気記録媒体２００に対して、磁気ヘッド１６と、プローブ１５とを用いて書き込みを行うことにより、従来よりも飛躍的に高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に情報を記録することが可能となる。
【０１０６】
また、再生に際しても、スライダ１５３に組み込まれたプローブ１５をディスク２００に接触させてその抵抗を測定してもよく、あるいは、巨大磁気抵抗効果素子などの磁界検出素子をスライダ１５３に別途組み込んで、記録層１２の磁化方向を検出してもよい。
【０１０７】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、本発明の磁気記録装置のもうひとつの具体例について説明する。
【０１０８】
図１６は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。本具体例の磁気記録再生装置は、パターニングされた記録媒体に対して、複数のプローブによりアクセスが可能とされている。
【０１０９】
すなわち、記録媒体１０は、分離領域１８によりパターニングされて記録ビットＢがマトリクス状に配列した構造を有する。それぞれの記録ビットＢは、挿入図に例示した如く、電極層１１、記録層１２、中間層１３、高偏極スピンコントロール層１４を積層した構造を有する。
【０１１０】
本具体例においても、記録媒体１０は、磁気記録再生装置に定常的に備えられた、いわゆる「固定式」のものであってもよく、あるいはまた、記録媒体１０を必要に応じて磁気記録再生装置から脱着可能な、いわゆる「リムーバブル式」のものとしてもよい。
【０１１１】
そして、このような記録媒体１０の上に、複数のプローブ型ヘッドＨを有するマルチヘッド部が配置される。プローブ型ヘッドＨは、媒体に電流を供給するプローブ１５と、磁界を印加する磁気ヘッド１６とが一体化された構造を有する。このような構造を有する複数のヘッドＨは、媒体の記録ビットＢの配列ピッチ、あるいはその整数倍のピッチで設けられている。また、図１６においては、プローブ型ヘッドＨが、ｘ方向に一列に配列されたマルチヘッド部を例示したが、本発明はこれには限定されず、プローブ型ヘッドＨが、ｘ及びｙ方向にマトリクス状に設けられたマルチヘッド部としてもよい。
【０１１２】
このようなマルチヘッド部は、記録媒体１０に対して相対的にｘ、ｙ方向に平行移動し、所定の記録ビットにアクセス可能とされている。この際に、マルチヘッド部が移動してもよく、あるいは記録媒体１０が移動してもよい。また、書き込みに際して、プローブ１５の先端が記録媒体１０に接触してもよく、あるいは離間した状態で電界放出あるいはトンネリングにより電流を媒体１０に供給してもよい。
【０１１３】
本具体例によれば、このようにパターニングされた記録媒体に対してマルチヘッドによりアクセスすることにより、超高密度のパターニングされた記録媒体１０に対して、高速に記録再生動作をすることができる。
【０１１４】
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。例えば、磁気記録媒体、プローブ、磁気ヘッドなど、本発明の磁気記録装置を構成する各要素については、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
例えば、高偏極スピンコントロール層１４や磁気記録層１２などの材料や膜厚などの関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択したものも本発明の範囲に包含される。
【０１１６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記録装置及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装置及び磁気記録方法も同様に本発明の範囲に属する。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、スピンコントロール層によりスピン偏極させた電流によって記録層の磁化を書き込むことにより、熱揺らぎ限界を超える高密度記録が実現可能となる。
【０１１８】
その結果として、従来よりも飛躍的に高感度の磁気記録再生が可能な磁気記録装置を提供することが可能となり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係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。
【図３】記録層１２の理想的な電流−磁化曲線を表すグラフ図である。
【図４】外部磁界Ｈを印加した状態での記録層１２の電流−磁化曲線を例示するグラフ図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る磁気記録方法のシステム構成図を表す概念図である。
【図６】面内方向に亘って複数の領域に分離された記録媒体を表す模式図である。
【図７】磁気記録層１２のみが分離領域１８によって複数の独立した部分に分割された媒体を表す模式図である。
【図８】ハーフメタルの概念図である。
【図９】プローブ１５の代わりに、記録媒体１０の上部に電極層１９を設けた具体例を表す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施例において用いた構成を表す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施例において形成した記録媒体に対して、ＶＳＭによる磁化測定を行った結果を表すグラフ図である。
【図１２】本発明の第２の実施例において用いた構成を表す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施例において用いた構成を表す模式図である。
【図１４】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１５】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１６】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜Ｃ 磁気記録媒体
１１ 下部電極層（基板）
１２ 磁気記録層
１３ 中間層
１４ 高偏極スピンコントロール層
１５ プローブ
１６ 磁気ヘッド
１８ 分離領域
１９ 上部電極
２０ 下地層
２１ 保護層
１５０ 磁気記録再生装置
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
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
１６５ 図中
２００ 媒体ディスク
２００ 記録用媒体ディスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録層及び磁気記録方法に関し、特に、記録媒体の熱揺らぎ限界を超える超高密度磁気記録が可能な磁気記録装置及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の向上に伴って、情報・データの記憶・再生機能を担うＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記憶装置には、高速・高密度化が常に要求されている。しかし、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行けるかどうか問題視されている。
【０００３】
ＨＤＤ装置の場合、情報が記録される磁気記録媒体は、微細な磁性粒子の集合体を含む磁性層を有する。高密度記録を行うには、磁性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、そのためには磁性層に含まれる磁性粒子を微小化する必要がある。また、隣接する磁性粒子にまで磁化反転が連鎖すると、磁区の境界の「乱れ」となるので、磁性粒子間に交換結合相互作用が働かないように、磁性粒子間は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、ヘッドと媒体との間の磁気的相互作用の観点から、高密度の記録を行うには、磁性層の膜厚も小さくする必要がある。
【０００４】
以上の要請から、磁性層における磁化反転ユニット（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）の体積をさらに小さくする必要がある。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Ｖa）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る。これが熱揺らぎ現象であり、記録密度の物理的限界（「熱揺らぎ限界」と呼ばれる）の主因となっている。
【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を大きくすることが考えられる。しかし、上記のようなＨＤＤ媒体の場合、記録時、すなわち高速で磁化反転動作を行うときの保磁力Ｈcwは、Ｋuにほぼ比例するので、Ｋuを大きくすると、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】
熱揺らぎによる磁化の反転を防ぐために、磁化反転ユニットの体積Ｖaを大きくすることも考えられる。しかし、媒体面内での磁性粒子のサイズを大きくすることによりＶaを大きくすると、高密度記録を達成できない。また、記録層の膜厚を厚くすることによりＶaを大きくすると、ヘッド磁界が記録層の下部にまで十分に到達しないために磁化反転が起こらなくなり、やはり高密度記録を達成できない。
【０００７】
さらに、記録、再生ヘッドを微小サイズに作製することが困難のために、高密度記録を達成することが困難となってきている。
【０００８】
以上説明した事情により、超高密度記録を達成するためには、磁気記録ヘッドからの記録磁界による記録や、記録パターンからの漏洩磁界を再生ヘッドで検出する方式では問題点が多く、電流などによる記録、再生方式を新たに開発することが必要となってきている。
【発明が解決しようとする課題】
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、熱揺らぎ限界を超える高密度記録を実現できる新規な磁気記録装置及び磁気記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、
第１の磁性体層と第２の磁性体層を有する磁気記録媒体と、
前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【００１０】
ここで、前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層の間に挿入された非磁性体層をさらに有するものとすることができる。
また、前記磁気記録媒体の前記非磁性体層はＣｕであり、２ｎｍ 〜 １０ｎｍの厚さを有するものとすることができる。
【００１１】
また、前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層を有する複数の記録単位領域が、分離領域を挟んで２次元的に配列されてなるものとするこができる。
【００１２】
また、前記第１の磁性体層の保磁力は、前記第２の磁性体層の保磁力よりも小さいものとすることができる。
【００１３】
また、前記電流供給手段は、前記磁界印加部に隣接させた導体または半導体のプローブ針であるものすることができる。
【００１４】
また、前記磁界印加部からの印加磁界により前記第１の磁性体層の磁化方向が方向付けられる範囲は、前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により前記第２の磁性体層の磁化方向が反転される範囲よりも広いものとすることができる。
【００１５】
また、前記磁界印加部により前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付け、前記第１及び第２の磁性体層間の磁気抵抗効果を、前記第１及び第２の磁性体層に供給される検出電流変化により検出することで前記第２の磁性体層に磁気的に記録された情報を読み取り可能とすることができる。
また、前記磁界印加部の前記磁気記録媒体に対する印加磁界は、前記第２の磁性体層の磁化方向を実質的に変化させない強さであるものとすることができる。
また、前記磁界印加部は、前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電と同時または通電前に印加磁界を発生するものすることができる。
また、前記磁気記録媒体に供給される情報記録時の通電電流は、情報再生時の通電電流よりも大きいものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加して、その磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層へ前記第１の磁性体層を介して通電し、
前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録方法が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
磁気記録媒体の第１の磁性体層の部分領域に磁界を印加して、前記部分領域の磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層において前記部分領域に対応する複数の記録単位領域の少なくとも一つに、前記部分領域を介して通電し、前記部分領域において発生させたスピン偏極電流により前記複数の記録単位領域の少なくとも一つの磁化を反転させることを特徴とする磁気記録方法が提供される。
【発明の実施の形態】
本発明の基本原理は、電流供給手段から供給された電流を、プローブを通して高偏極スピンコントロール層を通過させることでスピン偏極電流に変え、そのスピン偏極電流を用いて記録層の磁化を反転させることにより記録する。記録する磁化の方向は、高偏極スピンコントロール層を磁気ヘッドからの磁界でコントロールする。再生時には、高偏極スピンコントロール層の磁化と記録層の磁化の相対角度による巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance Effect）を利用して再生する。
【００１７】
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。
【００１８】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。すなわち、同図は、磁気記録媒体１０と、磁界印加手段１６と、プローブ１５による電子照射手段と、を模式的に表した断面図である。
【００１９】
本発明において用いる磁気記録媒体１０は、電極層１１の上に、磁気記録層１２、中間層１３及び高偏極スピンコントロール層１４を積層した構造を有する。この磁気記録媒体の高偏極スピンコントロール層１４側に、電子照射手段としてのプローブ１５が設けられている。プローブ１５と磁気記録媒体１０とは接触していても、していなくてもよい。
【００２０】
また、磁気記録媒体１０の上には、磁界印加手段としての記録ヘッド１６が設けられる。プローブ１５による局所的な電子照射と、記録ヘッド１６による磁界印加により、記録層１２に微細な磁化反転部分を形成することができる。なお、プローブ１５は記録ヘッド１６と一体化してもよい。
【００２１】
本発明の磁気記録装置において、情報の記録すなわち「書き込み」を行う場合は、図１(ａ)から図２（ｃ）に沿って行われる。図１(ａ)は初期状態であり、磁気記録層１２の磁化はすべて上向き方向を向いている。このときスピン偏極コントロール層１４の磁化方向は特に定められていない。
【００２２】
図１（ｂ）では、記録ヘッド１６から下向きの磁界を放出し、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を下向きに磁化させている。磁界の照射されている領域は図1上では点線の範囲内で、記録ビット、４ビット分である。記録ヘッド１６からの磁界では磁気記録層１２の磁化には影響を及ぼさない。
【００２３】
その後、図１（ｃ）において、プローブ１５から記録媒体１０に向けて電子を供給する。供給された電子のスピンは、高偏極スピンコントロール層１４により特定の方向（図では下向き）に偏極される。そして、このようにスピン偏極した電子が磁気記録層１２を通過する際に、磁気記録層１２の磁化Ｍの方向を、そのスピンの向きに応じた所定の方向に向ける。
【００２４】
次に、図２（ａ）では、次のビットに書き込むために記録ヘッド１６とプローブ１５を移動させている。図上では記録ヘッド１６とプローブ１５を移動させているが、磁気記録媒体１０を移動させても構わない。
【００２５】
図２（ｂ）では、上向きに記録させたいために、上向きの磁界を記録ヘッド１６から照射し、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を上向きにしている。図２（ｃ）において、プローブ１５から記録媒体１０に向けて電子を供給し、磁気記録層１２の磁化を上向きに記録する。
【００２６】
つまり、磁気記録媒体１０に用いられる高偏極スピンコントロール層１４は、プローブ１５から供給される電流を、スピン偏極した電流に変換する作用を有する。そして、このスピン偏極電流がある閾値より大きくなったとき、磁気記録層１２の磁化を反転させることができる。この閾値は、異方性磁界Ｈｋに依存し、外部磁界Ｈと飽和磁化Ｍｓにも依存する。
【００２７】
図３は、記録層１２の理想的な電流−磁化曲線を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、記録層１２に供給されるスピン偏極電流を表し、縦軸は、記録層の磁化Ｍを表す。同図から分かるように、ＶＳＭなどで測定した通常の強磁性体のＭＨカーブと同様の振舞いを示す。つまり、スピン偏極電流Ｉがある閾値を超えると、磁化Ｍが生ずる。
【００２８】
一方、この電流閾値は、外部磁界に依存する。つまり、図３に例示した電流−磁化曲線は、外部磁界により横軸方向にシフトする。
【００２９】
図４は、外部磁界Ｈを印加した状態での記録層１２の電流−磁化曲線を例示するグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、記録層１２に供給されるスピン偏極電流を表し、縦軸は、記録層の磁化Ｍを表す。
【００３０】
同図から分かるように、記録層１２に磁化Ｍを生ずるためのスピン偏極電流の閾値は、外部磁界Ｈによってコントロールすることも可能である。
【００３１】
以上説明したように、本発明においては、記録ヘッド１６からの磁界により、スピンコントロール層１４におけるスピン偏極の方向が制御される。そして、プローブ１５から供給された電子のスピンは、スピンコントロール層１４を通過する際に、そのスピン偏極の方向に偏極され、磁気記録層１２に供給されて、そのスピンの向きに応じた磁化Ｍを書き込む。この書き込み電流は、その後、電極層１１に流出する。
【００３２】
またこの際に、図４に関して前述したように、記録ヘッド１６からの外部磁界によって、記録層１２のスピン偏極電流の書き込み閾値を制御することも可能である。
【００３３】
本発明によれば、記録ヘッド１６から印加する磁界は、特に微小範囲に制限する必要はなく、微小なプローブ１５の先端から供給される局所的な電流により、磁気記録層１２の極めて微小な範囲のみに書き込みを行うことができる。つまり、従来と比較して、飛躍的に記録密度を高めた超高密度磁気記録が可能となる。
【００３４】
また一方、このように記録した情報の読み出しは、磁気抵抗効果を利用して行うことができる。すなわち、記録層１２とスピンコントロール層１４との間の抵抗を測定する。記録層１２の磁化方向とスピンコントロール層１４の磁化方向が平行の場合には抵抗が低く、両者の磁化が反平行の場合には抵抗が高い。
【００３５】
スピンコントロール層１４の磁化方向は、記録ヘッド１６により所定の方向に制御することができるので、抵抗変化を検出することにより記録層１２の磁化方向が分かる。
【００３６】
ここで、読み出し時の電流は書き込み時の電流より小さくなければならない。もし、読み出し時の電流が書き込み時より大きいと記録層の磁化が反転し、情報を失ってしまうからである。
【００３７】
図５は本発明の実施の形態に係る磁気記録装置のシステム構成について説明する。図の様に３つのＩＣ、あるいは同等の機能が有る複合ＩＣでこの記録再生システムを駆動することができる。まず記録時には、記録用ＩＣで記録回路１に駆動電流（Ｉｗ１）を発生させ、記録用コイルを励磁する。同時にタイミングパルスを発生させ記録用ＩＣ２を同期させる。記録用ＩＣ２ではタイミングパルスを基準にして、記録回路２にディレイタイム（ｔ２）のタイミングで駆動電流Ｉｗ２を発生させる（図５（ｂ））。こうすれば磁気記録媒体の高偏極スピンコントロール層１４の磁化を所定の方向に磁化させた後に駆動電流Ｉｗ２で磁気記録層１２の磁化を同方向に磁化することができる。この場合ｔ２＋ｔ３とｔ１の両方の時間が最短ビット長をヘッドが横切る時間より小さいことが要求される。
【００３８】
次に、再生時には、再生回路に再生用ＩＣで一定のバイアス電流（Ｉｂ）を流し、媒体中の磁気抵抗効果で媒体に記録された磁化による抵抗変化、すなわち電圧変化を同じく再生用ＩＣで読み取る。上述しているように、ＩｂとＩｗ２の関係は
Ｉｂ ＜ Ｉｗ２ （１）
を満たす必要がある。以上は電流駆動による再生原理であるが、この磁気記録媒体１０とプローブ１５と記録ヘッド１６を含む再生回路において、定電圧に保ったほうが良い場合もある。例えばプローブとヘッド境界の接触抵抗等は信頼性等により一定電圧に保つ方が有利である可能性がある。この場合は再生用ＩＣで定電圧駆動でバイアス電流（Ｉｂ）を流し、同じく再生用ＩＣで電流変化を読み取る方法が適している。以上のIw2、Ibの大きさ等は前述のような規定を用いるのが良い。
【００３９】
以下、本発明において用いることができる磁気記録媒体１０、プローブ１５、磁気ヘッド１６のそれぞれについて詳述する。
【００４０】
まず、磁気記録媒体１０について説明する。磁気記録媒体１０は、図１に例示した基本的な構成要素の他にも、必要に応じて、磁気記録層１２などの性能（結晶構造や配向特性など）を制御するための下地層（図示せず）を設けてもよい。また、必要に応じて、磁気記録層１２やスピンコントロール層１４の上に、カーボンやＳｉＯ２などからなる保護層（図示せず）を設けてもよい。
【００４１】
また、記録媒体１０は、面内方向に亘って複数の領域に分離された構造としてもよい。
【００４２】
図６は、このように分離された記録媒体を表す模式図である。すなわち、同図に例示した記録媒体１０Ａは、電極層１１の上に設けられた磁気記録層１２、中間層１３、スピンコントロール層１４が、それぞれ分離領域１８により複数の独立した部分に分割されている。分離領域１８は、非磁性あるいは電気的絶縁性を有する材料により形成することができる。
【００４３】
このように、分離領域１８により、媒体を複数の部分に分割すると、記録ビットサイズを確実に規定することが可能となり、記録エリアの「はみ出し」、あるいはクロストーク（cross-talk）、クロスイレーズ（cross-erase）などの発生を抑制できる。
【００４４】
また、このような分離領域１８は、必ずしも記録層１２、中間層１３、スピンコントロール層１４の全体を分割する必要はない。例えば、図７に例示した磁気記録媒体１０Ｂの場合、磁気記録層１２のみが分離領域１８によって複数の独立した部分に分割されている。この場合にも、分離領域１８は、非磁性あるいは電気的絶縁性を有する材料により形成することができ、記録ビットサイズを正確に規定できるという効果が得られる。同様に、分離領域１８を中間層１３のみ、あるいはスピンコントロール層１４のみに設けても、電流狭窄作用などを利用した記録ビットサイズの規定が可能となる。
【００４５】
さて、以上説明したいずれの磁気記録媒体においても、記録層１２に用いられる磁性粒子の材料は、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、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される磁性元素と、白金（Ｐｔ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される金属との合金を用いることが好ましい。
【００４６】
特に、結晶磁気異方性の大きいコバルト（Ｃｏ）基合金、特にＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＣｒをベースとしたものや、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどの規則合金がより好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｐｔ、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ３Ｐｔ１などが挙げられる。
【００４７】
また、磁性材料として、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏなどの希土類（ＲＥ）−遷移金属（ＴＭ）合金、磁性層と貴金属層との多層膜（Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄなど）、ＰｔＭｎＳｂなどの半金属、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどの磁性酸化物などを用いることもできる。
【００４８】
さらに、上述した磁性材料の磁気磁性を向上させるために、例えば銅（Ｃｕ）、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）、ボロン（Ｂ）など、またはこれらの元素と、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１種の元素との化合物を添加してもよい。
【００４９】
磁気異方性に関しては、従来のＨＤＤで用いられてきた面内磁気異方性でも、光磁気記録で用いられてきた垂直磁気異方性でも、両者が混合されたものでも構わない。磁気異方性定数に関しては、熱揺らぎ限界を打破するために大きな磁気異方性定数を有する記録層を用いる。さらに、磁気ヘッドからの磁界に影響されない程度のＨｃを有する必要もある。
【００５０】
磁気記録層１２として、例えば、複数の磁性粒子と、これら磁性粒子の間を埋める非磁性体とを有し、磁性粒子が非磁性体中に分散された構造を用いても構わない。
【００５１】
磁性粒子を非磁性体により分断する方法は、特に限定されない。例えば、磁性材料に非磁性元素を添加して成膜し、磁性粒子の粒間にクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ボロン（Ｂ）、酸化物（ＳｉＯ２など）、窒化物などの非磁性体を析出させる方法を用いてもよい。
【００５２】
また、リソグラフィー技術を利用して非磁性体に微細な孔を形成し、その孔に磁性粒子を埋め込む方法を用いてもよい。あるいは、ＰＳ−ＰＭＭＡなどのジブロックコポリマーを自己組織化させて一方のポリマーを除去し、他方のポリマーをマスクとして非磁性体に微細な孔を形成し、孔に磁性粒子を埋め込む方法を用いてもよい。また、粒子線照射によって加工する方法を用いてもよい。
【００５３】
記録層１２の厚さは特に制限されないが、高密度記録を可能とし、電流を流すことを考慮すると、１００ｎｍ以上の厚い膜は好ましくない。ただし、記録層１２の厚さを０．１ｎｍ以下にしようとすると、膜を形成するのが困難になる場合が多いので、用いる成膜技術にも応じて適宜決定する必要がある。
【００５４】
必要に応じて設けられる下地層（図示せず）は、磁性体でも非磁性体でもよい。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。
【００５５】
非磁性の下地層は、記録層１２の磁性体または非磁性体の結晶構造を制御する目的、または基板からの不純物の混入を防ぐ目的で設けられる。例えば、磁性体に対して要求される結晶配向の格子間隔に近い格子間隔を有する下地層を用いれば、磁性体の結晶配向を制御することができる。また、適切な表面エネルギーを有するアモルファス下地層を用いることにより、記録層１２の磁性体または非磁性体の結晶性またはアモルファス性を制御することもできる。
【００５６】
下地層の下にさらに別の機能を有する下地層を設けてもよい。この場合、２つの下地層で機能を分担できるので、所望の効果の制御が容易になる。たとえば、記録層の結晶粒を小さくする目的で、基板上に粒径の小さいシード層を設け、その上に記録層の結晶性を制御する下地層を設ける手法が知られている。基板からの不純物の混入を防ぐためには、下地層として格子間隔が小さいかまたは緻密な薄膜を用いることが好ましい。
【００５７】
高偏極スピンコントロール層１４は、プローブ１５から供給される電流を、記録層１２に記録すべき磁化Ｍの方向のスピン偏極電流に変換する役割を有する。磁化Ｍの方向、すなわちスピンコントロール層１４のスピン偏極の方向は、磁気ヘッド１６からの磁界によって制御することができる。したがって、スピンコントロール層１４は、磁気ヘッド１６からの磁界に素早く応答することができる軟磁性で構成されていることが望ましい。また、スピン偏極を確実に行うため、高偏極スピンコントロール層１４は、スピン偏極度の高い材料により形成されることが望ましい。ここで、スピン偏極度Ｐは、フェルミエネルギーにおけるアップスピン電子とダウンスピン電子の状態密度の差であり、次式により表される。
Ｐ＝（Ｄ（↓）−Ｄ（↑））／（Ｄ（↓）＋Ｄ（↑）） （２）
ここで、Ｄ（↑）とＤ（↓）は、アップスピン電子とダウンスピン電子の状態密度をそれぞれ表す。
【００５８】
このスピン偏極度Ｐの最も大きな材料としては、「ハーフメタル」と呼ばれる物質が知られており、そのスピン偏極度は１．０である。すなわち、図８のようにダウンスピン電子のみが、フェルミエネルギー付近で状態密度を有する。
【００５９】
ハーフメタル性を示す材料として知られているのは、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれからなるペロブスカイト型構造強磁性酸化物、ルチル型構造強磁性酸化物、スピネル型強磁性酸化物、パイロクロア型強磁性酸化物、少なくともチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）から選ばれる材料を含む磁性半導体薄膜などで、これらの材料を高偏極スピンコントロール層１４に用いることができる。その他に、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体や、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を少なくとも一つ含む合金も、有限のスピン偏極度Ｐを示すことから高偏極スピンコントロール層１４に用いることができる。
【００６０】
高偏極スピンコントロール層１４の厚さは特に制限されないが、高密度記録を達成し、且つ電流を垂直方向に流すことを考慮すると、１００ｎｍ以上の厚い膜は好ましくない。ただし、記録層の厚さを０．１ｎｍ以下にしようとすると膜を形成するのが容易でないので、成膜技術も勘案して適宜決定する必要がある。
【００６１】
また、高偏極スピンコントロール層１４に関しては、例えば、複数の磁性粒子と磁性粒子の間を埋める絶縁体とを有し、磁性粒子が絶縁体中に分散された構造を用いても構わない。このような構造にすると、膜面に対して垂直方向の電流が面内方向に拡散することを防ぐことができる。
【００６２】
中間層１３は、高偏極スピンコントロール層１４の磁化と記録層１２の磁化とが交換結合することを防ぐ目的で設けられる。交換結合の大きさは、その間の距離が離れると減衰することが知られている。この観点からすると、厚い方が好ましいが、スピン偏極電流により記録層１２に記録を行うことを考えると、スピン偏極電流の偏極方向が保存されなければならないので、その材料の平均自由行程より短くならなければならない。
【００６３】
例えば、中間層１３を銅（Ｃｕ）で構成した場合、銅（Ｃｕ）の平均自由行程は１０ｎｍ程度であり、交換結合は３ｎｍ以上にすれば無視できる範囲になるので、銅（Ｃｕ）を利用した中間層１３の厚さとして、３ｎｍから１０ｎｍの範囲内にあることが好ましい、ということになる。
【００６４】
記録媒体に対して電流を流す手段としては、導体あるいは半導体からなるプローブ１５から、例えば、電界放出により電子を照射してもよいし、プローブ１５と磁気記録媒体１０とを接触させて電流を流してもよい。この場合のプローブとしては、金属や半導体などからなる針状あるいは先端に突起を有するものを用いることができる。また例えば、「カーボンナノチューブ」などの微細な構造体を利用することもできる。
【００６５】
または、磁気記録媒体１０の上部に図示しない電極を設け、その電極から磁気記録媒体１０に電流を流してもよい。すなわち、磁気記録媒体１０に電流を流せさえすれば、電流を流す手段としては、当業者が適宜選択したものを採用できる。
【００６６】
磁気記録媒体１０に対して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を含む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、媒体に磁性層を追加して温度分布または光照射によって磁化分布を生じさせ瞬間的・局所的な磁界を発生させてもよいし、情報の記録を行う磁性層自身から発生する漏洩磁界を利用してもよい。
【００６７】
永久磁石を設置する場合には、媒体１０との距離を可変にするか、磁石を微細化するなどの工夫によって、高速・高密度の磁界印加ができるようになる。
【００６８】
図９は、プローブ１５の代わりに、記録媒体１０の上部に電極層１９を設けた具体例を表す模式図である。すなわち、同図に例示した磁気記録媒体１０Ｃは、下部電極層１１の上に、記録層１２、中間層１３、高偏極スピンコントロール層１４が積層され、さらにその上に、上部電極層１９が設けられた構造を有する。そして、この積層構造は、分離領域１８により複数の領域に分割されている。この分割された領域のそれぞれが、記録ビットとして作用する。
【００６９】
この記録媒体１０Ｃを用いる場合、上部電極１９から下部電極１１へ電流を膜面に対して垂直に流す。従って、分割された上部電極１９のそれぞれに任意に電流を与えることができれば、図１に例示したプローブ１５は必ずしも必要ない。
【００７０】
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。
【００７１】
（第１の実施例）
図１０は、本実施例において用いた構成を表す概念図である。
【００７２】
すなわち、高偏極スピンコントロール層１４としてルチル型構造を示す酸化クロム（ＣｒＯ２）を、記録層１２としてコバルト白金（ＣｏＰｔ）を、中間層１３として銅（Ｃｕ）を、電極層１１として金（Ａｕ）をそれぞれ用いて記録媒体を作製した。
【００７３】
まず、シリコン（Ｓｉ）基板Ｓの裏側に金（Ａｕ）電極層１１を形成した。次に、シリコン基板Ｓの上にコバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２を形成し、その上に銅（Ｃｕ）を成長させた。さらに、その上に酸化クロム（ＣｒＯ２）を形成した。コバルト白金（ＣｏＰｔ）の厚さは約２０ナノメートル、銅（Ｃｕ）は５ナノメートル、酸化クロム（ＣｒＯ２）は１０ナノメートルとした。
【００７４】
次に、シリコン（Ｓｉ）短針の表面を金（Ａｕ）でコートしたものをプローブ１５として用いた。プローブ１５はコーン状で、先端の直径は約１０ナノメートルであった。さらに、磁気ヘッド１６として、外部から２ｋＯｅの磁界を印加できるようにした。
【００７５】
図１１は、本実施例において形成した記録媒体に対して、ＶＳＭによる磁化測定を行った結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は磁界Ｈ、縦軸は磁化Ｍをそれぞれ表す。なお、これとは別に測定したＭＨ特性曲線から、本実施例に用いたものと同様の酸化クロム（ＣｒＯ２）、コバルト白金（ＣｏＰｔ）の単層のＨｃは、それぞれ５００Ｏｅ、２５００Ｏｅであった。
【００７６】
図１１から分かるように、本実施例の磁気記録媒体は、明らに２段のループを示しており、５００Ｏｅ、２５００Ｏｅ付近で磁化Ｍの変化が見られる。つまり、酸化クロム（ＣｒＯ２）とコバルト白金（ＣｏＰｔ）の層が磁気的に交換結合していないために、それぞれのＨｃがお互いに影響を及ぼさない特性曲線が得られていることが分かった。
【００７７】
つまり、中間層１３として膜厚が５ナノメートルの銅（Ｃｕ）の層を挿入することにより、酸化クロム（ＣｒＯ２）からなるスピンコントロール層１４と、コバルト白金（ＣｏＰｔ）からなる記録層１２の間の交換結合が作用していないことが確認できた。またさらに、磁界Ｈの方向が媒体面に対して垂直方向（面直方向）であったことから、コバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２の容易軸方向が面直方向になっていることが同時に確認できた。
【００７８】
次に、スピン偏極電流磁気記録の実験を行った。
【００７９】
まず、酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４とコバルト白金（ＣｏＰｔ）層１２の磁化を上向きの方向に揃えておく。この記録媒体に対して、下向きの磁界を加えて酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４のみの磁化を反転させる。この状態でプローブ１５から電子線照射を行い、同時に記録媒体の抵抗を測定した。電子線照射を行う前は、酸化クロム（ＣｒＯ２）層１４とコバルト白金（ＣｏＰｔ）層の磁化は反平行に配置されているため、高抵抗の状態である。プローブ１５に対して約１０Ｖの印加電圧で１ｍＡの放出電流を確認し、記録媒体の抵抗値は約６０ｍΩ低下した。このことから、プローブ１５からの電子線放出により、コバルト白金（ＣｏＰｔ）記録層１２の磁化が反転し、酸化クロム（ＣｒＯ２）スピンコントロール層１４の磁化と平行になったため、その抵抗は低下したと考えられる。つまり、プローブ１５からの電子線照射により、記録層１２に対する記録が行われることが確認できた。
【００８０】
（第２の実施例）
図１２は、本実施例において用いた構成を表す模式図である。
【００８１】
すなわち、まず、シリコン（Ｓｉ）基板Ｓの裏側にオーミックコンタクトとなるように金（Ａｕ）電極層１１を形成した。そして、シリコン基板Ｓの上に、記録層１２として鉄白金（ＦｅＰｔ）を５ｎｍ形成し、その上に中間層１３として銅（Ｃｕ）を５ｎｍ、高偏極スピンコントロール層１４としてコバルトを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｃｏ）を２０ｎｍ積層した。さらに、その上にマスクを用いて金（Ａｕ）電極１９を形成し、膜面垂直方向に電流を流せるようにした。
【００８２】
鉄白金（ＦｅＰｔ）単膜では、約９ｋＯｅのＨｃを示し、面直方向が磁化容易軸であることを確認し、コバルト添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｃｏ）では、軟磁気特性を示すこともＶＳＭで確認した。
【００８３】
本実施例の記録媒体の３層構造（ＦｅＰｔ／Ｃｕ／ＺｎＯ：Ｃｏ）の磁気特性をＶＳＭを用いて測定したところ、図９に表したものと類似した２段ループを示し、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４で磁気的に交換結合していないことが確認された。
【００８４】
この記録媒体に、前述した第１実施例と同じように外部から磁界を印加した。記録実験の開始前に、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４の磁化はいずれも上向きの状態とした。次に、下向きの外部磁界を印加して、高偏極スピンコントロール層１４の磁化を下向きに反転させた。このとき、記録層１２の磁化と高偏極スピンコントロール層１４の磁化は反平行状態にあるため、高抵抗の状態にある。
【００８５】
次に、この記録媒体に対して、電極１９から膜面垂直方向に電流を流した。電流値を大きくしていくと、２０ｍＡ付近で抵抗値の大幅なジャンプが見られ、抵抗値は減少した。つまり、記録層１２の磁化と高偏極スピンコントロール層１４の磁化が平行状態になり、巨大磁気抵抗効果により抵抗が減少した。このようにして、記録層１２の磁化が電流により反転可能であることを確認できた。
【００８６】
（第３の実施例）
図１３は、本実施例において用いた構成を表す模式図である。
【００８７】
すなわち、アルミニウム基板１１の上に、厚さ約５０ｎｍの白金（Ｐｔ）下地層２０、厚さ約５ｎｍの鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２、厚さ約５ｎｍの銅（Ｃｕ）中間層１３、厚さ約２０ｎｍの酸化ランタン・ストロンチウム・マンガン（Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３）高偏極スピンコントロール層１４を、順次スパッタ法にて積層した。なお、スパッタ成膜時には、基板１１を３００℃に加熱した。
【００８８】
ここで、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３高偏極スピンコントロール層１４は、ハーフメタリックな特性を示すことを予め確認した。
【００８９】
次に、リソグラフィとエッチング、さらにリフトオフにより、直径約５０ｎｍの円柱状のクラスターを作製した。クラスター間は絶縁体１８で埋めた。その後、厚さ約１ｎｍのカーボン（Ｃ）保護層２１を積層した。鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２は、約３．５ｋＯｅの保磁力を持ち、垂直磁気異方性を示すことを、ＶＳＭを用いた測定より予め確認した。
【００９０】
次に、通常の磁気記録ヘッド１６を用い、それに隣接するようにシリコン（Ｓｉ）を金（Ａｕ）でコートしたプローブヘッド１５を作製した。コーン状の形状をし、先端の直径は約５０ｎｍであった。プローブ１５の先端と記録媒体との距離は約１００ｎｍとし、このとき印加電圧約１０Ｖで１０ｍＡの放出電流を確認した。磁気記録ヘッド１６からは、約３ｋＯｅの磁界を印加できる。つまり、鉄白金（ＦｅＰｔ）記録層１２の保磁力（３．５ｋＯｅ）は、磁気ヘッド１６からの磁界（３ｋＯｅ）を超えているため、記録ヘッド１６からの磁界のみで磁気記録することは困難である。
【００９１】
本実施例においては、磁気記録媒体の記録及び再生評価を以下の手順で行った。
【００９２】
まず、本実施例の磁気記録媒体についてプローブ１５から電子線を照射しないで従来法による磁気記録を試みた。すなわち、記録ヘッド１６から磁界を印加したが、記録層１２の磁化は反転しないことが確認できた。これは、記録層１２の保磁力と記録ヘッド１６の記録能力から判断して当然の結果である。
【００９３】
次に、本実施例の磁気記録媒体について電子線を照射しながら記録を行った。このとき、磁気ヘッド１６から磁界を印加しなかった。初期状態として、記録層１２、高偏極スピンコントロール層１４の磁化をいずれも上向きに向けておいた。そして、プローブ１５に対する印加電圧を１０Ｖまで変化させて、印加電圧と媒体の電気抵抗の値との関係を調べた。しかしながら、印加電圧１０Ｖまで、電気抵抗の変化は見られなかった。つまり、電子線照射のみによる記録は行われなかった。
【００９４】
次に、ヘッド１６から磁界を印加しながら、電子線を照射し記録することを試みた。印加磁界は、約３ｋＯｅで、下向きの磁界を与えた。そして、電子線の印加電圧を約１０Ｖまで変化させた。その結果、約７Ｖ付近で、記録媒体の抵抗値の大幅な減少が見られた。すなわち、記録層１２の磁化が反転して下向きになり、高偏極スピンコントロール層１４の磁化と平行になったために抵抗が減少した。
【００９５】
さらに、プローブ１５に対する印加電圧をゼロに戻した後、磁気ヘッド１６からの印加磁界の向きを逆向きにし、電気抵抗の値を測定したところ、媒体の抵抗値は先ほどの値よりも上昇していた。つまり、ヘッド１６からの印加磁界により高偏極スピンコントロール層１４の磁化のみが上向きに反転し、記録層１２の磁化と反平行の状態になったために媒体の抵抗が増加した。このことからも、前述した記録過程で記録層１２のみの磁化が反転したことが確認できた。
【００９６】
本実施例の結果から、通常では記録不可能な大きな磁気異方性エネルギー（保磁力）を持つ記録層１２に対して、電子線照射によるスピン偏極電流で記録が可能となることが確認できた。
【００９７】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、本発明の磁気記録装置の具体例について説明する。すなわち、図１乃至図１３に関して説明した本発明の磁気記録方法は、従来のＨＤＤに類似した構成を有する磁気記録再生装置として実現することができる。
【００９８】
図１４は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置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、記録用媒体ディスク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。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。さらにまた、媒体ディスク２００は、磁気記録再生装置に定常的に備えられた、いわゆる「固定式」のものであってもよく、あるいはまた、媒体ディスク２００を必要に応じて磁気記録再生装置から脱着可能な、いわゆる「リムーバブル式」のものとしてもよい。
【００９９】
そして、これら媒体ディスク２００は、前述したように、記録層１２と高偏極スピンコントロール層１４とを有し、スピン偏極電流を記録層１２に流すことにより、磁化反転させて記録することができる。また、図６乃至図７あるいは図９、図１３などに例示したように、分離領域１８により記録ビットが分割されているパターンド媒体としてもよい。
【０１００】
これら媒体ディスク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、前述したような本発明のプローブ１５及び磁気ヘッド１６をその先端付近に搭載している。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１５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１６０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、図１乃至図１３に関して前述したような本発明のプローブ１５及び磁気ヘッド１６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。
【０１０５】
本発明によれば、図１乃至図１３に関して前述したような本発明の磁気記録媒体２００に対して、磁気ヘッド１６と、プローブ１５とを用いて書き込みを行うことにより、従来よりも飛躍的に高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に情報を記録することが可能となる。
【０１０６】
また、再生に際しても、スライダ１５３に組み込まれたプローブ１５をディスク２００に接触させてその抵抗を測定してもよく、あるいは、巨大磁気抵抗効果素子などの磁界検出素子をスライダ１５３に別途組み込んで、記録層１２の磁化方向を検出してもよい。
【０１０７】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、本発明の磁気記録装置のもうひとつの具体例について説明する。
【０１０８】
図１６は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。本具体例の磁気記録再生装置は、パターニングされた記録媒体に対して、複数のプローブによりアクセスが可能とされている。
【０１０９】
すなわち、記録媒体１０は、分離領域１８によりパターニングされて記録ビットＢがマトリクス状に配列した構造を有する。それぞれの記録ビットＢは、挿入図に例示した如く、電極層１１、記録層１２、中間層１３、高偏極スピンコントロール層１４を積層した構造を有する。
【０１１０】
本具体例においても、記録媒体１０は、磁気記録再生装置に定常的に備えられた、いわゆる「固定式」のものであってもよく、あるいはまた、記録媒体１０を必要に応じて磁気記録再生装置から脱着可能な、いわゆる「リムーバブル式」のものとしてもよい。
【０１１１】
そして、このような記録媒体１０の上に、複数のプローブ型ヘッドＨを有するマルチヘッド部が配置される。プローブ型ヘッドＨは、媒体に電流を供給するプローブ１５と、磁界を印加する磁気ヘッド１６とが一体化された構造を有する。このような構造を有する複数のヘッドＨは、媒体の記録ビットＢの配列ピッチ、あるいはその整数倍のピッチで設けられている。また、図１６においては、プローブ型ヘッドＨが、ｘ方向に一列に配列されたマルチヘッド部を例示したが、本発明はこれには限定されず、プローブ型ヘッドＨが、ｘ及びｙ方向にマトリクス状に設けられたマルチヘッド部としてもよい。
【０１１２】
このようなマルチヘッド部は、記録媒体１０に対して相対的にｘ、ｙ方向に平行移動し、所定の記録ビットにアクセス可能とされている。この際に、マルチヘッド部が移動してもよく、あるいは記録媒体１０が移動してもよい。また、書き込みに際して、プローブ１５の先端が記録媒体１０に接触してもよく、あるいは離間した状態で電界放出あるいはトンネリングにより電流を媒体１０に供給してもよい。
【０１１３】
本具体例によれば、このようにパターニングされた記録媒体に対してマルチヘッドによりアクセスすることにより、超高密度のパターニングされた記録媒体１０に対して、高速に記録再生動作をすることができる。
【０１１４】
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。例えば、磁気記録媒体、プローブ、磁気ヘッドなど、本発明の磁気記録装置を構成する各要素については、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
例えば、高偏極スピンコントロール層１４や磁気記録層１２などの材料や膜厚などの関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択したものも本発明の範囲に包含される。
【０１１６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記録装置及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装置及び磁気記録方法も同様に本発明の範囲に属する。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、スピンコントロール層によりスピン偏極させた電流によって記録層の磁化を書き込むことにより、熱揺らぎ限界を超える高密度記録が実現可能となる。
【０１１８】
その結果として、従来よりも飛躍的に高感度の磁気記録再生が可能な磁気記録装置を提供することが可能となり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係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る磁気記録方法の原理を表す概念図である。
【図３】記録層１２の理想的な電流−磁化曲線を表すグラフ図である。
【図４】外部磁界Ｈを印加した状態での記録層１２の電流−磁化曲線を例示するグラフ図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る磁気記録方法のシステム構成図を表す概念図である。
【図６】面内方向に亘って複数の領域に分離された記録媒体を表す模式図である。
【図７】磁気記録層１２のみが分離領域１８によって複数の独立した部分に分割された媒体を表す模式図である。
【図８】ハーフメタルの概念図である。
【図９】プローブ１５の代わりに、記録媒体１０の上部に電極層１９を設けた具体例を表す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施例において用いた構成を表す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施例において形成した記録媒体に対して、ＶＳＭによる磁化測定を行った結果を表すグラフ図である。
【図１２】本発明の第２の実施例において用いた構成を表す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施例において用いた構成を表す模式図である。
【図１４】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１５】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１６】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜Ｃ 磁気記録媒体
１１ 下部電極層（基板）
１２ 磁気記録層
１３ 中間層
１４ 高偏極スピンコントロール層
１５ プローブ
１６ 磁気ヘッド
１８ 分離領域
１９ 上部電極
２０ 下地層
２１ 保護層
１５０ 磁気記録再生装置
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
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
１６５ 図中
２００ 媒体ディスク
２００ 記録用媒体ディスク
Claims (14)
- 磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置。 - 第１の磁性体層と第２の磁性体層を有する磁気記録媒体と、
前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付ける磁界印加部と、
前記第２の磁性体層への通電電流を前記第１の磁性体層を介して供給する電流供給手段と、
を備え、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により、前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録装置。 - 前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層の間に挿入された非磁性体層をさらに有することを特徴とする請求項２記載の磁気記録装置。
- 前記磁気記録媒体の前記非磁性体層はＣｕであり、２ｎｍ 〜 １０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項３記載の磁気記録装置。
- 前記磁気記録媒体は、前記第１及び第２の磁性体層を有する複数の記録単位領域が、分離領域を挟んで２次元的に配列されてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記第１の磁性体層の保磁力は、前記第２の磁性体層の保磁力よりも小さいことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記電流供給手段は、前記磁界印加部に隣接させた導体または半導体のプローブ針であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記磁界印加部からの印加磁界により前記第１の磁性体層の磁化方向が方向付けられる範囲は、
前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電により前記第２の磁性体層の磁化方向が反転される範囲よりも広い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装置。 - 前記磁界印加部により前記第１の磁性体層に磁界を印加し、その磁化方向を方向付け、前記第１及び第２の磁性体層間の磁気抵抗効果を、前記第１及び第２の磁性体層に供給される検出電流変化により検出することで前記第２の磁性体層に磁気的に記録された情報を読み取り可能としたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記磁界印加部の前記磁気記録媒体に対する印加磁界は、前記第２の磁性体層の磁化方向を実質的に変化させない強さであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記磁界印加部は、前記電流供給手段による前記第２の磁性体層への通電と同時または通電前に印加磁界を発生することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
- 前記磁気記録媒体に供給される情報記録時の通電電流は、情報再生時の通電電流よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の磁気記録装置。
- 磁気記録媒体の第１の磁性体層に磁界を印加して、その磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層へ前記第１の磁性体層を介して通電し、
前記第１の磁性体層において発生させたスピン偏極電流によって前記第２の磁性体層の磁化を反転させて磁気的に情報記録を行うことを特徴とする磁気記録方法。 - 磁気記録媒体の第１の磁性体層の部分領域に磁界を印加して、前記部分領域の磁化方向を方向付け、
前記磁気記録媒体の第２の磁性体層において前記部分領域に対応する複数の記録単位領域の少なくとも一つに、前記部分領域を介して通電し、前記部分領域において発生させたスピン偏極電流により前記複数の記録単位領域の少なくとも一つの磁化を反転させることを特徴とする磁気記録方法。
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