JP3851799B2

JP3851799B2 - Design method of magnetic recording apparatus

Info

Publication number: JP3851799B2
Application number: JP2001295112A
Authority: JP
Inventors: 哲喜々津; 純一秋山; 正甲斐; 俊彦永瀬; 知幸前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2002175602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録装置およびその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの処理速度向上に伴って、情報の記憶・再生を行う磁気記憶装置（ＨＤＤ）には高密度化が要求されている。しかし、高密度化には物理的な限界がある。
【０００３】
ＨＤＤ装置の磁気記録媒体は微細な磁性粒子の集合体からなる磁気記録層を有する。高密度磁気記録を行うには磁気記録層に記録される磁区のサイズを小さくする必要がある。小さな記録磁区の各々を明確に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、そのためには磁性粒子を小さくし、かつ磁性粒子を互いに磁気的に分断する必要がある。また、磁化転移幅を小さくするために磁気記録層の膜厚も小さくする必要がある。したがって、磁気記録層を構成する、磁気的に互いに独立した磁性粒子の体積を小さくする必要がある。しかし、磁性粒子を微小化すると、磁気異方性エネルギー（磁気異方性エネルギー密度Ｋu×磁性粒子体積Ｖ）が熱揺らぎエネルギーよりも小さくなり、いったん記録されたスピンの向きを保持することができなくなってしまう。これは熱揺らぎ限界、あるいは超常磁性限界（super-paramagnetic limit）と呼ばれている。
【０００４】
熱揺らぎを避けるには単純にはＫuを大きくすることが考えられる。しかし、磁気記録媒体に反転磁区を形成する（記録する）ときの保磁力ＨcはＫuにほぼ比例するので、このような媒体に充分な記録を行うには大きな記録磁界が必要である。ここで、記録磁界を決定するヘッド磁極材料の特性はほぼ物理限界に達しており、現状以上の記録磁界は期待できない。すなわち、単にＫuを大きくするだけでは高密度化の要求に応えることができない。
【０００５】
そこで、磁気記録媒体を加熱している間に磁界を印加して記録を行う、いわゆる熱アシスト磁気記録方式の磁気記録装置が提案されている。この方式では、記録時に媒体を局所加熱することにより、その領域のＫuを小さくして磁気記録を行うので、室温でのＫuが大きい媒体でも現状の磁気ヘッドで記録が可能になる。しかし、このような磁気記録装置は従来の装置構成に加えて加熱手段を含んでいるため、最適設計のためのパラメータが増加し、装置の試作および記録／再生試験を通して仕様を決定しようとすると膨大な研究を必要とする。また、記録時には隣接トラックが多少なりとも加熱されるため、隣接トラックにおいて熱揺らぎが加速されて記録磁区が消去される現象（クロスイレーズ）が起こる。また、記録直後のヘッド磁界がなくなった時点でも媒体はある程度加熱されていることから、同様に熱揺らぎが加速されて、一度形成された磁区の消失が起こる。これらの問題を解決するには、温度に対するＫuの変化が記録温度近傍でできるだけ急峻な材料を用いる必要がある。しかし、現在開発が進んでいるＣｏＣｒ系、ＣｏＰｔ系磁性薄膜のＫｕの温度変化は概ねリニアであるので、トラック密度の向上、あるいは線記録密度の向上はそれほど期待できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱揺らぎ限界を超える高密度記録が可能な磁気記録装置を提供することにある。本発明の他の目的は、熱揺らぎ限界を超える高密度記録が可能な磁気記録装置を簡便に設計できる方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気記録装置の設計方法は、磁気記録層を有する磁気記録媒体と、磁気記録媒体を加熱する手段と、磁気記録媒体に磁界を印加する手段とを具備した磁気記録装置を設計するにあたり、前記磁気記録媒体について、室温における記録磁化の安定保存時間ｔ_st、および温度Ｔにおける熱揺らぎ安定係数β（Ｔ）＝ＫuＶ／ｋ_BＴ（ここで、Ｋuは磁気異方性エネルギー密度、Ｖは活性化体積、ｋ_Bはボルツマン定数）から計算される室温における熱揺らぎ安定係数β_stを決定し、前記磁気記録媒体について、所定の時間刻みΔｔにおけるΔｔ_EQを
Δｔ_EQ＝ｅｘｐ（ｌｎ（Δｔ）−β＋β_st）
（ここで、βは各時間刻みΔｔにおける磁気記録媒体の温度Ｔに対する熱揺らぎ安定係数）
と定義して、磁気記録媒体が実質的に記録磁化の劣化が起こる温度に保持されている時間にわたってΔｔ_EQを加算する式ｔ_EQ＝Σ（Δｔ_EQ）により計算して等価劣化時間ｔ_EQを求め、前記記録磁化の安定保存時間ｔ_stと前記等価劣化時間ｔ_EQが、ｔ_EQ＜ｔ_stの関係を満たすように、前記磁気記録媒体、前記加熱手段および前記磁界印加手段の仕様を決定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の磁気記録装置は、磁気記録層を有する磁気記録媒体と、磁気記録媒体を加熱する手段と、磁気記録媒体に磁界を印加する手段とを具備し、磁気記録媒体が加熱されている間に磁界を印加して記録を行う、いわゆる熱アシスト磁気記録方式の磁気記録装置である。本発明の磁気記録装置は、室温において要求される記録磁化の安定保存時間ｔ_stを満たす。また、本発明の磁気記録装置の設計方法では、要求される記録磁化の安定保存時間ｔ_stを満たすように、磁気記録媒体、加熱手段および磁界印加手段の仕様を簡便に決定する。
【００１１】
図１に本発明の一態様に係る磁気記録装置を模式的に示す。磁気記録媒体は、基板１上に磁気記録層３を形成した構造を有する。後述するように、磁気記録層３に対して、図示しない下地層や保護層などを設けてもよい。この磁気記録装置では、磁気記録媒体上に磁界印加手段としての磁気ヘッド１１が配置され、磁気記録媒体の下方に磁気ヘッド１１の位置に対応するように加熱手段としてのレーザ１２が配置されている。
【００１２】
図２に本発明の他の態様に係る磁気記録装置を模式的に示す。磁気記録媒体は基板１上に、機能層２および磁気記録層３をこの順に積層した構造を有する。後述するように、機能層２は熱アシスト磁気記録時に磁気記録層３に対して垂直方向の磁界（以下、サポート磁界という）を印加する機能を有する。この磁気記録装置では、磁界印加手段としての磁気ヘッドと、レーザなどの加熱手段とが一体的に設けられた記録ヘッド１５が取り付けられている。記録ヘッド１５は、その直下に局所的な磁界を印加するとともに局所的な加熱ができるようになっている。図１および図２のいずれでも、図示していない残りの部分は概ね従来のＨＤＤ装置と同様である。
【００１３】
磁気記録媒体の基板としては、金属、ガラス、セラミクスなどを用いることができる。
【００１４】
磁気記録層の材料には、飽和磁化Ｉｓが比較的大きくかつ磁気異方性が大きいものが適している。この観点から、磁性金属材料としては例えばＣｏ，Ｐｔ，Ｓｍ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，ＢｉおよびＡｌから選択される金属を含む合金が用いられる。これらのうちでは、結晶磁気異方性の大きいＣｏ基合金、特にＣｏＰｔ，ＳｍＣｏ，ＣｏＣｒをベースとしたものや、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ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などである。また、これらの他にも、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−遷移金属合金，磁性層と貴金属層の多層膜（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から幅広く選択することができる。また、磁気特性を制御する目的で、上記の磁性体をさらにＦｅ，Ｎｉから選ばれる少なくとも１つ以上の元素と合金化させてもよい。また、これらの磁性体に、磁気特性を向上させるための添加物、例えばＣｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ，Ｈｆ，Ｃｒ，Ｖ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｂなど、またはこれらの元素と、酸素、窒素、炭素、水素の中から選ばれる少なくとも一つの元素との化合物を加えてもよい。
【００１５】
磁気記録層の磁気異方性は、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ような垂直磁気異方性でも、両者を混合したものでもよい。また、磁気記録層に磁性層と非磁性層との積層膜を用いることもできる。このような積層膜は、積層の状況によっては、磁気記録層全体としてフェリ磁性を示したり反強磁性となったりする場合があるが、例えば熱揺らぎを防ぐために実効的体積を増やし、かつ記録時には高分解能記録を劣化させないという観点から好ましい場合がある。もちろん、積層構造を持たないフェリ磁性体または反強磁性体を用いることもできる。
【００１６】
磁気記録層の厚さに特に制限はないが、高密度記録を考えると１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が更に好ましい。０．５ｎｍ以下になると薄膜を構成するのが困難になるので好ましくない。
【００１７】
磁気記録層の磁性粒子を分断化する方法としては、ＣｒやＴａやＢやＳｉＯ₂に代表される酸化物、窒化物などの非磁性の元素を添加して粒間に析出させてもよいし、半導体で使われるリソグラフィーなどの技術を利用した人工的な加工によってもよいし、自己組織化するＰＳ−ＰＭＭＡなどのジブロックコポリマーをマスクとした自己組織化加工によってもよいし、粒子線照射などによる加工によってもよい。
【００１８】
図２の磁気記録媒体のように機能層と磁気記録層とを積層した構造を有し、機能層からの垂直方向のサポート磁界を利用する場合には、磁気記録層は垂直磁気異方性を示すことが好ましい。ただし、主たる磁気異方性が垂直であれば、同時に面内磁気異方性を持っていても構わない。垂直磁気異方性かどうかの判断は、通常の手法で磁化曲線を測定し、膜面垂直方向の残留磁化成分があればよい。
【００１９】
機能層と磁気記録層とを積層した構造を有する磁気記録媒体において、機能層は磁性体であれば特に限定されない。機能層の磁気異方性は面内、垂直、あるいはその混合いずれでも良い。機能層の厚さも特に制限はないが、１０００ｎｍ以上は作製に時間がかかり、また膜応力による特性劣化や剥離が発生しやすくなるので好ましくない。０．１ｎｍ以下になると実質的に薄膜を構成できないので好ましくない。磁性体として機能層が満たすべき要件は磁気記録層と同じである。
【００２０】
機能層と磁気記録層とを積層した構造を有する磁気記録媒体における熱アシスト磁気記録の動作を実現する主要因は、後述するように機能層と磁気記録層の静磁結合相互作用である。静磁結合相互作用とは機能層からの漏洩磁界が記録層に及ぶことを意味する。なお、機能層と磁気記録層の間に交換結合相互作用が働いていてもよい。静磁結合相互作用は交換結合相互作用と独立に働くので、交換結合の有無は静磁結合相互作用を主とする動作に関係がない。後述するように、記録時には磁気記録層と機能層が反転する必要があるので、この反転を補助するために交換結合相互作用は有用である。ただし、交換結合相互作用は低温ほど大きくなるので、室温で記録層における微細な反転磁区の保持を妨げる場合も想定され、そのような場合は好ましくない。
【００２１】
機能層と磁気記録層の交換結合は、スパッタ法等による一般的な媒体製造工程において、真空を破らずに引き続き成膜することで実現できる。交換結合の向きは、強磁性的であっても反強磁性的であっても構わない。そのような構成は記録層と機能層の界面の状態を制御することによって実現することができる。例えば部分的に磁性が変化した領域を有する、表面改質層あるいは物理／化学吸着層が形成されている、界面の結合状態がミクロな部分によって異なる、と言った例が挙げられる。いずれにしろ、記録層と機能層との間隙は理論的には数ｎｍ程度離れていても交換相互作用が及ぶので、交換結合が作用するのであれば機能層と磁気記録層の間に非磁性層があっても構わない。また、機能層と磁気記録層の間に別の磁性膜を入れることによっても交換結合力を制御できるので、静磁結合相互作用を損なわない限り、機能層と記録層の間に複数の磁性層が存在しても構わない。
【００２２】
また、磁気記録層の垂直磁気異方性Ｋuや活性化体積などの温度依存性を熱アシスト磁気記録に好ましいように調整する目的で、磁気記録層自体が交換結合多層膜もしくは非磁性体を間にはさんだ多層膜、またはこれらを複数積層した複合膜となっていても構わない。これらの磁気記録層自体の構造による作用は、機能層との静磁結合相互作用とは独立である。従って、両方の作用をかけあわせることにより温度マージンの広い熱アシスト磁気記録ができる。ただし、多層膜または複合膜を用いると媒体構成が複雑になってコストがかかる欠点も有する。
【００２３】
磁気記録層または機能層の下に、磁性体または非磁性体からなる下地層を設けてもよい。磁性体からなる下地層は、記録／再生を改善するために、磁性薄膜中の磁区や記録／再生ヘッドと交換相互作用・静磁気相互作用を介して磁気的に結合される。例えば記録層を垂直磁化膜とする場合、軟磁性膜を下地層とし、単磁極ヘッドで記録を行うことで、高密度の記録ができる。また、記録層が面内磁化膜の場合、軟磁性層を記録層の上あるいは下に設け、再生時に軟磁性層を飽和させる強度の磁界を印加することによって、高密度の記録ができ、しかも熱揺らぎ耐性も向上する。
【００２４】
非磁性体からなる下地層は、磁性部や非磁性部の結晶構造を制御する目的、あるいは基板からの不純物の混入を防ぐ目的で設置される。例えば、所望の結晶配向を有する磁性部の格子間隔に近い格子間隔を持つ下地層を用いれば磁性部の結晶状態を制御することが可能である。また、所望の表面エネルギーを持ったアモルファス下地を用いることにより、磁性部または非磁性部の結晶性またはアモルファス性を制御する場合もある。下地層の下にさらに下地層を設けても構わない。その場合には、機能を分担させられるので効果が増加する。例えば、記録層の結晶粒を小さくする目的で粒径の小さなシード層を基板上に設け、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目的には、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ればよい。
【００２５】
磁性体または非磁性体の下地層は、上述したような両者の機能を兼ね備えていてもよい。すなわち、磁性下地層により磁性部の結晶性を制御するようにしてもよい。この場合には、記録／再生特性上の効果と結晶性上の効果とが相乗されるので、より好ましい。なお、下地層は、イオンプレーティング、雰囲気ガス中でのドープ、中性子線照射などによって形成される基板の表面改質層であってもよい。この場合、追加的な薄膜堆積のプロセスがなくなるので、媒体製造上好ましい。
【００２６】
磁性体を加熱する手段は、記録温度に達する部分が局所的であれば、媒体の全面を加熱するものでも、媒体の一部を局所的に加熱するものでもよい。一般に、高密度磁気記録媒体を加熱すると熱揺らぎの影響が出て記録保持能（アーカイブ特性）が劣化し使用電力が増加するので、媒体の一部を局所的に加熱し、媒体の大部分は室温または室温以下の温度に保つことが好ましい。ただし、全面を加熱しても記録保持能が劣化しないような媒体を用いたシステムでは、全面を加熱する方が低コストになって好ましい場合がある。
【００２７】
具体的な加熱手段は特に限定されない。高速かつ局所的な加熱を行うためには、光ディスクに用いられているようなレーザ、誘導加熱装置、および媒体に対する距離を制御できるように保持された電熱線のようなプローブ、電子線を放射するものなどが用いられる。より局所的な加熱を行うためには、レーザ光をレンズなどの光学系により媒体面上で絞り込む方式、レーザ光を微小開口やソリッドイマルジョン（ＳＩＬ）レンズを用いて近接場光とする方式、プローブ先端に微細なアンテナを形成してそこから誘導加熱を行う方式、加熱プローブの媒体対向部の形状をできる限り先鋭化する方式、電子線放出プローブの媒体対向部の形状をできる限り先鋭化する方式などが挙げられる。図１および図２に示したように、これらの加熱手段は、媒体の記録面側に設置してもよいし、その反対面側（基板側）に設置してもよい。
【００２８】
記録層に磁界を印加する手段は、通常のＨＤＤで用いられているような浮上スライダーの端面に誘導コイルと磁極からなる磁気回路を形成した磁気ヘッドでもよいし、永久磁石を設置してもよいし、媒体に磁性層をさらに追加して温度分布または光照射による磁化分布によって瞬間的・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体層自身から発生する漏洩磁界を利用してもよい。永久磁石を設置する場合には、永久磁石と媒体との距離を可変にする、永久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。
【００２９】
以下、本発明の原理を説明する。
磁気記録層が磁気的に孤立した多数の磁性粒子を含んでいる場合、その磁化反転過程は熱活性型の現象であり、次式で記述されることが一般に知られている。
【００３０】
Ｎ（ｔ）＝Ｎ₀・ｅｘｐ（−ｒ・ｔ） …（１）
ｒ＝Ａ・ｅｘｐ（−ΔＥ／（ｋ_B・Ｔ）） …（２）
ΔＥ＝Ｋu・Ｖ（（２・Ｋu−Ｈ・Ｍｓ）／２・Ｋu）² …（３）
ここで、Ｎ（ｔ）は時間ｔが経過したときの反転した磁性粒子の個数、Ｎ₀は最初の磁性粒子の個数、Ａは頻度因子、ΔＥは活性化エネルギー、ｋ_Bはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｋuは磁気異方性エネルギー密度、Ｖは磁性粒子の体積、Ｈは磁性粒子に印加されている全磁界、Ｍｓは磁性粒子の飽和磁化である。
【００３１】
磁気記録媒体の室温における記録磁化の保存時間を評価する場合、すでに磁化反転したスピンの保持を考えればよいので、簡単のためにＨ＝０とする。時間ｔが経過したときに磁化反転する磁性粒子の比率Ｎ（ｔ）／Ｎ₀は次式で記述される。
【００３２】
Ｎ(ｔ)／Ｎ₀＝ｅｘｐ(−Ａ・ｅｘｐ(−ＫuＶ／(ｋ_B・Ｔ))・ｔ）…（４）
Ａは約１０⁹（ｓ^-1）であることが知られている。ＫuＶ＞＞ｋ_BＴの場合、きわめて長い時間ｔが経過しない限り、ほとんど磁化反転が起こらないことを意味する。しかし、ＫuＶ〜ｋ_BＴの場合、秒から年のオーダーの時間で磁化反転が起こるようになる。これが熱揺らぎと呼ばれる現象である。
【００３３】
たとえば IEEE Trans. Magn., Vol. 35, p. 4423(1999) には、４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ²の記録密度で記録磁化を１０年間保持するには媒体のＫuＶ／ｋ_BＴが約６０であることが要求されると記載されている。ただし、ハードディスクのライフサイクルを考慮すれば、室温で５年間保持している間の磁化の減少に起因する信号の低下が無視できれば、実用上問題のないレベルであると考えられる。また、記録磁化は記録直後に急激に劣化するが、その後の劣化は緩やかであるので、５年後と１０年後で信号強度にそれほど差はない。このように記録磁化が安定に保存される時間を安定保存時間ｔ_stと呼び、本明細書においてはその目標値を最低でも５年間と設定する。一方、 IEEE Trans. Magn., Vol. 33, p. 978(1997) には、ＫuＶ／ｋ_BＴ＝６０の媒体では６ヶ月後にＳＮ比が６ｄＢ低下したが、ＫuＶ／ｋ_BＴ＝８０の媒体では６ヶ月後でも信号劣化が見られなかったことが記載されている。これらの文献値を考慮すると、ＫuＶ／ｋ_BＴが６０以上で、記録磁化を５年間保持できることが目標になる。
【００３４】
熱アシスト磁気記録時に磁気記録媒体の温度は、図３に示すような経時変化を示す。この場合、温度が上がった時点ではＫuＶ〜ｋ_BＴとなり、熱揺らぎが大幅に加速される。ただし、媒体が高温になっている時間が短ければ、トータルの磁化反転量はわずかであり、結果として信号の劣化は少ない。したがって、熱アシスト磁気記録装置を設計する上では、高温になっている時間における熱揺らぎ量を、そのシステムで許容される範囲に抑えるような媒体の磁気特性および熱特性、加熱方法などが非常に重要になる。しかし、媒体、加熱手段および磁界印加手段の仕様を、装置の試作および記録／再生試験を通して決定しようとすると膨大な研究を必要とする。そこで、装置の設計指針を簡便に得る方法が必要になる。
【００３５】
上記の（４）式は単純な線形結合ではないので、任意の温度応答Ｔ（ｔ）およびＫu（Ｔ）に適用できるような解析式の導出は困難である。また仮に解析式を導出できたとしても、それは複雑な式になり、装置設計に用いるには実用的ではない。そこで本発明者らはまず、磁気記録媒体の温度の時間変化をある時間刻みΔｔで区切り、その間においては磁気記録媒体の温度が一定であるとして（４）式を適用し、その時間刻み内の反転量を見積もり、それを全時間で積算してトータルの反転量を見積もる、という方法を考えた。
【００３６】
ところが、微小な時間刻みΔｔ内での磁化反転量は極めて小さな値であり、単純な加算は困難であることがわかった。例えば、反転量の合否の判定に使用される目標値として、安定保存時間ｔ_st＝５年、ＫuＶ／ｋ_BＴ＝８０を（４）式に代入すると、Ｎ（ｔ）／Ｎ₀＝ｅｘｐ（２・１０^-18）という限りなく１に近い値が得られるにすぎない。これをより微小な時間刻みで計算して加算するとすれば、有効桁数を非常に大きく確保し、かつ精度保証計算の手法を使わなければならない。このため、このような手法は実用的であるとはいえない。
【００３７】
次に、Ｎ（ｔ）／Ｎ₀という微小な反転量について、その自然対数ｌｎをとり、取り扱いが容易なオーダーに変換する方法を検討した。すなわち、
Ｆ≡−ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ₀）＝Ａ・ｅｘｐ（−Ｋu・Ｖ／（ｋ_BＴ））・ｔ
を定義した。こうすれば、安定条件の値はＦ＝２・１０^-18であり、このオーダーであれば短い時間刻みでもかろうじて扱える。このようにして求めたある時間刻みでのＦの値をΔＦ_i＝ｌｎ（ΔＤ_i）とすると（ΔＤ_iはｉ番目の時間刻みでの反転量Ｎ（Δｔ_i）／Ｎ₀）、トータルの反転量はΔＤ₁＋ΔＤ₂＋ΔＤ₃＋…であるので、トータルのＦの値Ｆ_totalはＦ_total＝ｌｎ（ΔＤ₁＋ΔＤ₂＋ΔＤ₃＋…）となる。ところが、このＦ_totalを取り扱い容易なオーダーに変換した量ΔＦ_iから算出するには、単純な加算ではなく煩雑な計算が必要であるため、結局上記と同じ有効数字と精度の問題が生じる。
【００３８】
そこで、本発明者らはさらに検討を重ね、下記のように等価劣化時間ｔ_EQという新たな概念を用いる方法が有効であることを見出した。等価劣化時間とは、ある時間刻み内で磁気記録媒体が一定の温度に保持されたときの記録磁化の劣化度合いを、それと同じ記録磁化の劣化を生じさせる磁気記録媒体の室温での保持時間で表した物理量である。この方法では、記録磁化の劣化量を直接算出しないので、劣化量を直接知ることはできない。しかし、上記の等価劣化時間は通常の計算機の有効桁数で、かつ精度保証計算をしなくても扱える量である。しかも、各時間刻みにおける等価劣化時間を単純に加算することにより全体の等価劣化時間を見積もることができる。このため、簡便な方法で磁気記録装置の設計を行うことができる。
【００３９】
簡単のために、熱安定パラメータとしてＫuＶ／ｋ_BＴ＝β（Ｔ）とおき、等価劣化時間ｔ_EQを計算する基準となる室温でのβの値をβ_stとする。この場合、時間刻みΔｔにおいて、（４）式は
Ｎ（Δｔ）／Ｎ₀＝ｅｘｐ（−Ａ・ｅｘｐ（−β）・Δｔ）
＝ｅｘｐ（−Ａ・ｅｘｐ（−β_st）・Δｔ_EQ）
と表される。βは各時間刻みΔｔにおける磁気記録媒体の温度Ｔに対する熱揺らぎ安定係数である。この式から、
Δｔ_EQ＝Δｔ・ｅｘｐ（β_st）／ｅｘｐ（−β）
＝ｅｘｐ（ｌｎ（Δｔ）−β＋β_st）
が得られる。上記の（ｌｎ（Δｔ）−β＋β_st）という量は、大きな有効桁数や精度保証計算を考慮しなくても扱うことができるオーダーの量である。こうして求めたΔｔ_EQを必要な時間刻み分だけ単純に加算すれば、全体としての記録磁化の劣化量に対応する等価劣化時間ｔ_EQが簡単に計算できる。すなわち、β_stの媒体を室温で放置したとき、記録磁化の劣化量が何秒（時間、年）分の劣化に相当するかが簡単にわかる。したがって、媒体やシステムの設計上要求される劣化量（一般に具体的な磁化量で示すことは困難である）を、そのシステムが要求する保持時間という極めてわかりやすい指標で表すことができる。
【００４０】
磁気記録媒体の記録磁化が安定かどうかの判断は、システムに対する要求によって異なるが、一般的にあるβ_stを有する磁気記録媒体について安定保存時間ｔ_stという指標で表すことが可能である。β_stおよびｔ_stの値は一般的に定義できるものではなく、用いるシステムによって千差万別である。上述したように、本発明においては、β_stが６０以上で、ｔ_stが５年間以上の磁気記録装置を想定している。本発明は、上記の値と目標として、安定保存時間ｔ_stとトータルの等価劣化時間ｔ_EQ（＝ΣΔｔ_EQ）が、ｔ_EQ＜ｔ_stという関係を満たし、熱アシストＨＤＤシステムで要求される性能を達成できる磁気記録媒体を提供する。また、本発明では、この関係式を満たすように媒体、記録方式およびシステム全体の設計を行う。なお、通常は記録磁化が１０％程度劣化しても許容できる範囲であるので、ｔ_st／１０＜ｔ_EQという関係を満たせば十分である。
【００４１】
この方法では、時間刻みΔｔを、どの程度の時間に設定するかが考慮すべき問題となる。例えば、時間刻みを磁気記録媒体の温度上昇、最高温度到達、冷却の全ての過程でひとつしか取らなければ、等価劣化時間ｔ_EQが過小評価されるのは明らかである。一般的には、加熱された磁気記録媒体の温度プロファイルにおける最高到達温度と室温との温度差の１／１０を室温に加えた温度以上の温度に磁気記録媒体が保持されている時間を１０分割以上するのが妥当である。また、種々の記録条件、媒体条件での比較を行う場合には、時間刻みΔｔを１０ｎｓより小さい値にすると比較が容易になるため好ましい。上記の２つのΔｔのうち小さい方の値をΔｔとして採用すれば、過小評価を避けることができるため好ましい。しかし、基礎となる式に用いられる定数Ａの逆数の値がｎｓのオーダーであるので、時間刻みΔｔを１ｎｓ未満にすると本発明による手法の利点が小さくなるので好ましくない。したがって、加熱された磁気記録媒体のある位置での最高到達温度をＴ_max、室温をＴ_Rとしたとき、磁気記録媒体が（Ｔ_R＋（Ｔ_max−Ｔ_R）／１０）以上の温度に保持されている時間を１０等分した値ｔ_iを求め、ｔ_iが１〜１０ｎｓの場合にはΔｔ＝ｔ_i、ｔ_iが１０ｎｓを超える場合にはΔｔ＝１０ｎｓ、ｔ_iが１ｎｓ未満の場合にはΔｔ＝１ｎｓに設定することが好ましい。
【００４２】
上記の関係式ｔ_EQ＜ｔ_stを満たす磁気記録装置の設計に影響を与える具体的なパラメータとしては、下記のようなものが挙げられる。たとえば、磁気記録媒体の温度の時間変化Ｔ（ｔ）、ヒーターから与える熱量、記録周波数、ディスク回転数、ヒーターと磁気ヘッドとの距離などの装置上の制御パラメータ、および磁気記録層のＫu（Ｔ）などの媒体上の制御パラメータなどである。
【００４３】
磁気記録媒体の温度の時間変化Ｔ（ｔ）を制御するには、通常の光記録媒体で行われているような方法を用いることができる。たとえば、磁気記録層に対して熱伝導率の大きなヒートシンク層を積層することにより、ｄＴ／ｄｔを大きくなる方向に変化させることができる。逆に、磁気記録層に対して断熱性の誘電体層を積層することによって、ｄＴ／ｄｔを小さくなる方向に変化させることができる。また、レーザ加熱を行う場合には光の吸収率と膜厚を設計して、光の吸収を起こさせる層を複数設けてｄＴ／ｄｔを小さくさせることもできる。さらに、レーザ加熱を行う場合には、照射パワー、ビーム径、照射パターン（連続、パルス）などによって媒体のＴ（ｔ）を調整することができる。また、レーザビームに対する媒体の移動速度も調整パラメータとなりうる。従来のＨＤＤ装置のように移動速度を任意に変更できないようなシステムの場合には、移動速度に対して照射パワーまたはパルス間隔を変えることによりＴ（ｔ）を調整することができる。誘導加熱の場合にも同様の手法を用いることができる。時間に対して加熱方法を変化させてもよい。
【００４４】
磁気記録層のＫu（Ｔ）は、基本的には材料系の選択により制御することができる。また、Ｋu（Ｔ）は、磁気記録層への磁性体または非磁性体の添加、または磁気記録層の微細構造の変化によっても制御できる。また、キュリー点が最高到達温度よりも高いフェリ磁性体を用いれば、温度変化に対するＫuの変化が小さい磁気記録層を実現することができる。さらに、いくつかの磁気特性の温度依存性がそれぞれ異なる磁気記録層（フェリ、フェロ、反強磁性体など）を複数積層して交換結合または静磁結合させることによって、より複雑な磁気特性の温度依存性を実現することができる。
【００４５】
以上の議論においては、磁性粒子間に作用する漏洩磁界を無視している。これは、漏洩磁界が微細構造に敏感な量であり、ＬＬＧシミュレータのような第一原理的なシミュレーションを用いない限り、評価が困難な物理量であるからである。設計を詳細に最適化する段階ではこのようなシミュレーションを用いることが必要であるが、本発明による磁気記録装置の設計方法はその前段階において、簡便な設計指針を得る方法を提供するものである。
【００４６】
本発明による磁気記録装置および設計方法においては、Δｔ_EQの加算は、磁気記録媒体の任意の記録トラック上において磁化転移形成後の時間に対して行えば十分である。以下、この点について説明する。記録動作時には、局所的に加熱された部位に対して磁気ヘッドを用いて記録を行っているので、記録が行われている過程では磁気記録媒体が熱揺らぎ加速された状態あるいは常磁性になっている状態であってもよい。しかし、磁気ヘッドが媒体上の記録すべきポイントまたは磁化転移を形成すべきポイントの上を通り過ぎた後には、ただちに熱揺らぎを小さくして磁化の向きを固定しなければならない。この条件が最も厳しいポイントは、記録トラック上で磁化転移が形成される位置である。磁化転移はヘッドから供給される磁界の向きが高速に反転することによって形成される。すなわち、磁化転移位置では、ヘッドがわずかに移動した後に、それまで供給されていた磁界の向きが急激に逆転するという変化が生じる。このとき、磁化転移位置の熱揺らぎが加速された状態のままであると、ヘッド磁界の反転の影響を強く受けて急峻な磁化転移を形成できなくなる。したがって、磁化転移が形成された直後に熱揺らぎ加速は低く抑えなければならない。この要求を満たすためには、磁気記録媒体の任意の記録トラック上において磁化転移形成後の時間に対してΔｔ_EQを加算して得られたｔ_EQがｔ_EQ＜ｔ_stの関係を満たしていればよい。
【００４７】
ところで、たとえばレーザ光を記録層の記録磁区の上で走査させて加熱する操作のみを行った場合には、その磁区は熱揺らぎが加速されて消磁されてしまうが、記録層が最高到達温度に達してから、磁化の劣化が許容できる温度にまで記録層が冷却されるまでの間に、磁気ヘッドから反転磁区を維持できる磁界が印加されていれば、システム上問題となるレベルの消磁が起こることはない。ただし、磁気ヘッドによる磁界の印加時間が長いと、高速な記録ができなくなるおそれがある。
【００４８】
そこで、本発明の他の実施形態では、図２に示したように垂直磁気異方性を示す記録層の下に設けた機能層から記録直後の記録層に対して反転磁区をサポートする方向に磁界（サポート磁界）を印加するようにしている。
【００４９】
上記のサポート磁界の発生は、記録直後における機能層の残留磁化の空間分布によるものである。機能層から発生した漏洩磁界の影響が記録層に及ぶので、このことを機能層と記録層とが静磁結合した状態であると言うことができる。記録動作時に機能層がサポート磁界を発生するためには、（１）記録層の磁化反転領域の直下に機能層の磁化反転領域を存在し、かつ（２）機能層が垂直方向の残留磁化成分を持つという２つの条件を満たすだけで十分である。残留磁化量や漏洩磁界の強度については一般に限定されるものではない。なぜならば、漏洩磁界強度は熱揺らぎ加速現象を抑える効果をもつが、どの程度抑えればよいのかは、そのシステムが採用している動作条件（媒体の線速度、加熱温度、記録磁界）や設定寿命（安定条件）によって異なるからである。
【００５０】
記録層と機能層との間に厚さ１ｎｍ以上の非磁性層を設けてもよい。上述したように記録層と機能層との間には交換結合相互作用が働いていてもよい。ただし、機能層の磁化反転が容易に行える場合には、交換結合相互作用を敢えてなくす目的で、記録層と機能層の間に非磁性層を挟むことが好ましい。この非磁性層の厚さは１ｎｍ以上であれば交換結合相互作用をなくす目的を達成できるが、膜厚分布などによる不均一性をなくしてより確実に静磁結合のみとしたい場合には３ｎｍ以上とするのが好ましい。非磁性体の材料は、ＳｉＯ₂のような誘電体、Ｔｉのような金属、Ｓｉのような半導体など特に限定されない。
【００５１】
以下、機能層の残留磁化の空間分布によって漏洩磁界が発生する過程について例を挙げて説明する。まず、機能層が室温において面内磁化膜であり、記録動作時の媒体温度近傍で媒体垂直方向に残留磁化を持つ場合について説明する。図４（Ａ）に上記の機能層２と記録層３の磁化の状態を模式的に示す。図４（Ａ）の機能層２および記録層３に示した矢印は各層中のスピンの向きを示す。図４（Ｂ）に機能層２における垂直方向の残留磁化Ｍｒ⊥の空間分布を模式的に示す。
【００５２】
図４（Ａ）に示すように、加熱手段と磁気ヘッドを含む記録ヘッド１５によって、記録層３および機能層２の点線で囲まれた部分が加熱されるとともに、白抜き矢印で示した方向の記録磁界が印加され記録層３は磁化反転を起こす。このとき、図４（Ｂ）のような垂直磁化の空間分布を示す機能層２は上向きに着磁された棒磁石と等価である。このため機能層２から記録層３に向かって図中のハッチングを施した矢印で示す方向の漏洩磁界が発生する。これが機能層２からのサポート磁界であり、このサポート磁界によって記録直後の熱揺らぎ加速による記録層３の磁化再反転を防ぐことができる。
【００５３】
図４（Ｂ）のような磁化の空間分布を示す機能層２は垂直方向の残留磁化成分を持つ。また、サポート磁界が記録層３のスピンを保持する方向に向くためには、機能層２は記録層３と同時に磁化反転することが好ましい。なぜならば、機能層２が磁化反転しないと漏洩磁界の発生方向が常に一定となりサポートの効果がなくなるからである。機能層２の磁化反転領域は必ずしも記録層３の磁化反転領域と同一位置で完全に重なっている必要はない。たとえば、機能層の磁化反転領域は記録層の磁化反転領域と比較して、小さくてもよいし大きくてもよい。また、記録層が磁化反転した領域の直下に少しでも機能層の磁化反転領域が存在していれば、記録層の熱揺らぎ加速による磁化再反転を防ぐことができるため、記録層の磁化反転領域と機能層の磁化反転領域とが若干ずれて一部分のみが重なりあっていてもよい。特に記録層３の加熱領域の中で最も高温になっている部分で熱揺らぎ加速が激しいので、その部分により強いサポート磁界が印加されるように、機能層２の磁化反転領域は記録層３の高温部分近傍であることが好ましい。
【００５４】
上記のように、室温において面内磁化膜であり、かつ記録動作温度で垂直方向の残留磁化を持つ機能層を用いる場合には、図４（Ｂ）に示したように加熱部分以外では機能層の垂直方向の磁化がゼロとなるので、効率的かつ強度の大きい漏洩磁界を発生できるので好ましい。
【００５５】
また、機能層が室温において面内磁化膜であり、転移温度Ｔ_s以上で垂直磁化膜となり、かつ転移温度Ｔ_sが記録動作時の機能層の最高到達温度よりも低いことが好ましい。この場合、強度の大きい漏洩磁界を効率的に発生できる。特に、機能層の加熱部分が垂直磁化膜になると、残留磁化成分が大きくなり漏洩磁界強度が増加するので好ましい。
【００５６】
次に、機能層が室温から記録温度以上の温度まで垂直磁化膜である場合について説明する。こうした記録動作時の全温度領域において垂直磁化膜である機能層について、加熱時における機能層の垂直方向残留磁化の空間分布とそれによって発生する漏洩磁界の一例を図５（Ａ）および（Ｂ）に模式的に示す。この例は、記録動作時に機能層の最高到達温度が機能層のキュリー温度を超える場合を示している。図５（Ａ）は記録ヘッドから上向きの記録磁界が印加されている場合、図５（Ｂ）は記録ヘッドから下向きの記録磁界が印加されている場合を示す。図中、ハッチングを施した矢印が漏洩磁界を示しており、矢印の長さが漏洩磁界の大きさを意味している。図５（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、記録磁界が上向きでも下向きでも、機能層からは下向きの漏洩磁界が発生する。
【００５７】
また、記録動作時の全温度領域において垂直磁化膜である機能層について、加熱時における機能層の垂直方向残留磁化の空間分布とそれによって発生する漏洩磁界の他の例を図６（Ａ）および（Ｂ）に模式的に示す。この例は、記録動作時に機能層の最高到達温度が機能層のキュリー温度を超えない場合を示している。この場合も図５（Ａ）および（Ｂ）と同様に、記録磁界が上向きでも下向きでも、機能層からは下向きの漏洩磁界が発生する。
【００５８】
いずれの場合でも図の右側に黒塗り矢印で示した大きさおよび方向（Ａの漏洩磁界とＢの漏洩磁界との中間の大きさで上向き）の一定のバイアス磁界を印加することによって、図４（Ｂ）の場合と同様に、熱揺らぎ劣化加速を抑えるサポート磁界を記録層に印加することができる。
【００５９】
このバイアス磁界はヘッドあるいは磁気記録装置から発生させてもよい。また、機能層の下に磁化反転を起こさないバイアス層を新たに設け、図４（Ｂ）と同様な残留磁化の空間分布を示すように配置すれば、加熱時のみに漏洩磁界によるバイアス磁界を印加できる。磁化反転を起こさないバイアス層材料としては、キュリー温度が媒体の最高到達温度よりも大きい材料、ＲＥリッチ組成の希土類−遷移金属合金、記録動作時の保磁力が記録磁界よりも大きい材料、など種々のものから選択することができる。
【００６０】
次に、機能層が室温において垂直磁化膜であり、室温Ｔ_Rでの残留磁化Ｍｒ(Ｔ_R)と室温よりも高い温度Ｔ_xにおける残留磁化Ｍｒ(Ｔ_x)との間にＭｒ(Ｔ_x)＞Ｍｒ(Ｔ_R)の関係があり、かつ温度Ｔ_xが記録動作時の機能層の最高到達温度以下である場合について説明する。このような機能層は、加熱領域において垂直方向の残留磁化が温度と共に増加するような特性を持ち、より大きな漏洩磁界を発生できるので好ましい。
【００６１】
このような機能層について、加熱時における機能層の垂直方向残留磁化の空間分布とそれによって発生する漏洩磁界の例を図７（Ａ）および（Ｂ）に模式的に示す。この場合、図５または図６の場合と違い、バイアス磁界なしでサポート磁界を発生することができる。また、図７（Ａ）および（Ｂ）に示したように、記録磁界が上向きの場合と下向きの場合とで漏洩磁界の強度が異なることもありうる。システム上、この漏洩磁界の強度の差が問題となる場合には、図５または図６の場合と同様に、バイアス磁界を印加するようにしてもよい。
【００６２】
同様なことは、Ｍｒ(Ｔ_x)とＭｒ(Ｔ_R)の符号が異なる場合にも当てはまる。その例を次に示す。まず、この場合の磁化の温度依存性は図８に示すようになる。室温の残留磁化を負とすると、記録動作が行なわれる近傍の高温領域では残留磁化が正である。このとき、磁化の空間分布とそれによる漏洩磁界の発生は図９（Ａ）および（Ｂ）のようになる。このとき注意しなければならないのは、上向き方向の記録磁界が印加されている場合には、記録動作が行なわれる高温領域では機能層の磁化は下向きとなっているため、反転磁区が形成される、ということである。逆に、下向き方向の記録磁界が印加されている場合には、同じ理由で反転磁区はできない。そして、これらの場合について、残留磁化の空間分布と漏洩磁界は図９（Ａ）および（Ｂ）に示したようになる。すなわち、上向き記録磁界の場合には上向き漏洩磁界、下向き記録磁界の場合には下向き漏洩磁界となる。
【００６３】
上記のような機能層としては希土類−遷移金属合金が挙げられる。例えば、Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｔｂ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏなどである。これらの材料は光磁気（ＭＯ）記録媒体として実用化されており、希土類リッチ組成、あるいは補償組成、あるいはＴＭリッチ組成でも補償組成近傍とすることで、図７のような温度と共に磁化が増加する特性が容易に得られるので好ましい。
【００６４】
また、機能層として、互いにキュリー温度が異なる磁性体で形成された第一機能層と第二機能層とを反強磁性交換結合するように積層したユニットを含み、かつこのユニットが１回以上繰り返されたものを用いてもよい。この場合、第一機能層および第二機能層の磁気特性は図１０に示すような関係になる。図中の太線はトータルの磁化を示す。すなわち、両者のキュリー温度が異なるために、トータルの磁化は低温から高温へ向かうにつれて増加するような変化を示す。このような機能層を用いれば、図７に示すような磁化の空間分布を容易に得ることができる。
【００６５】
第一機能層と第二機能層との間に反強磁性交換結合相互作用が働くようにするには、両者の間にたとえば厚さ５ｎｍ以下の非磁性層を挿入すればよい。非磁性層としては、例えばＲｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｃ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金あるいは酸化物を用いることができる。
【００６６】
また、反強磁性体と言われるもののなかに、温度条件や結晶方位面などの条件によってはフェリ磁性を示す材料があり、このような材料も機能層として用いることができる。
【００６７】
反強磁性を示すものとしては、ネール温度が室温よりも高い反強磁性材料を薄膜化したものがある。たとえばＦｅ，Ｃｒ，Ｃｏの合金で、具体的にはＭｎ−Ｎｉ，Ｍｎ−Ｐｄ，Ｍｎ−Ｐｔ，Ｃｒ−Ｐｄ，Ｃｕ−Ｍｎ，Ａｕ−Ｍｎ，Ａｕ−Ｃｒ，Ｃｒ−Ｍｎ，Ｃｒ−Ｒｅ，Ｃｒ−Ｒｕ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ，Ｉｒ−Ｍｎなどがあり、また規則合金、具体的にはＡｕＭｎ，ＺｎＭｎ，ＦｅＲｈ，ＦｅＲｈＩｒ，Ａｕ₂Ｍｎ，Ａｕ₅Ｍｎ₁₂，Ａｕ₄Ｃｒ，ＮｉＭｎ，ＰｄＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｔＣｒ，ＰｔＭｎ₃，ＲｈＭｎ₃などがあり、この他にＭｎ₃Ｐｔ−Ｎ，ＣｒＭｎＰｔ，ＰｄＰｔＭｎ，ＮｉＯ，ＣｏＯなどが知られている。
【００６８】
本発明の他の実施形態では、機能層／記録層からなるユニットが一回以上繰り返して積層されていてもよい。例えば、基板／下地／機能層／記録層／機能層／記録層という積層構造が挙げられる。この場合、漏洩磁界が記録層の両面から作用し、より大きな静磁結合が得られるため好ましい。ただし、このような積層構造では総膜厚が大きくなりがちであるので、１つのユニットに含まれる機能層あるいは記録層は薄いほうが好ましい。
【００６９】
【実施例】
（実施例１）
図１１に示す構造を有する磁気記録装置を作製した。磁気記録媒体は、２．５インチのガラス基板２１上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂からなる第１下地層２２、厚さ１４０ｎｍのＺｎＯからなる第２下地層２３、厚さ２０ｎｍのＣｏＣｒＰｔからなる磁気記録層２４、厚さ１０ｎｍのカーボンからなる保護層２５を順次積層した構造を有する。この磁気記録装置には通常のＨＤＤ装置で用いられるものと同様な、先端に記録／再生素子２６を備えた磁気ヘッドを取り付けたスライダー２７が設けられている。磁気記録媒体を回転させると、スライダー２７および記録／再生素子２６は磁気記録媒体上に浮上した状態で配置される。この磁気記録装置では、磁気記録媒体を４５００ｒｐｍで回転させると、３０ｎｍの浮上量が得られる。磁気記録媒体の下方には、記録／再生素子２６の位置に対応するようにレーザ２８が配置される。そして、媒体のガラス基板２１側から、記録／再生素子２６直下の磁気記録層２４に対して、直径９００ｎｍに集光した波長６４１ｎｍのレーザ光が照射される。
【００７０】
この磁気記録層は、Ｋuが８×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、保磁力Ｈcが４ｋＯｅであり、室温（２５℃）におけるβ（Ｔ）＝ＫuＶ／ｋ_BＴの値（室温安定係数β_st）が８０であった。この磁気記録層の保磁力の温度依存性を測定したところ、保磁力は温度に対してほぼリニアに減少し、保磁力Ｈcがほぼゼロとなる温度（キュリー点Ｔｃ）は６００Ｋ（３２７℃）であった。
【００７１】
この磁気記録媒体を線速５ｍ／ｓで回転させ、パワー５ｍＷでレーザ光を連続照射したときの温度の変化を温度分布解析シミュレータで計算した。その結果を図１２に示す。図１２においては、点線で磁気記録媒体の温度変化を示す。また、磁気記録媒体の最高温度到達時をゼロとして経過時間を表示している。図１２より、約５０ｎｓで磁気記録媒体の温度が上昇し、最高温度到達時から約１００ｎｓ程度で磁気記録媒体が冷却されているのがわかる。
【００７２】
この磁気記録媒体を上記の条件で加熱し、時間刻みΔｔ＝４．２ｎｓでΔｔ_EQを計算し、その積算（ｔ_EQ）を計算した。図１２においては、破線でΔｔ_EQの変化、実線で積算したｔ_EQの変化を示す。また、図１２には、このシステムの安定保存時間ｔ_st＝１０年のレベルを示す。
【００７３】
図１２から明らかなように、上記のパワーでレーザ光を記録磁区上で走査させると、その記録磁区では熱揺らぎが加速されて消磁が起こる。一方、図１２に示すように、少なくとも磁気記録媒体が最高温度に到達してから４６．２ｎｓ経過するまでの間にヘッドから記録磁界が供給されていれば、その後の等価劣化時間ｔ_EQはｔ_st＝１０年よりも小さくなり、システム上致命的な消磁が起こることはない。このことは、加熱された磁気記録媒体が最高温度に到達する位置よりも後方（トレーリングエッジ側）にヘッドの記録ギャップを設けて磁化転移を形成するようにすれば、熱消磁を起こすことなく記録可能であることを意味する。このように、レーザ照射位置に対する記録ギャップの最適位置の設計指針を容易に得ることができる。
【００７４】
上記の計算結果を確認するために、上記の動作条件で単一周波数での記録実験を行った。まず、媒体基板面から照射するレーザスポットの位置を５０ｎｍ刻み（１０ｎｓ相当）でずらしながら順次記録を行い、レーザスポットの記録ギャップに対する相対距離と再生信号強度との関係を調べた。その結果、レーザスポットを記録ギャップ位置よりもトレーリング側に２５０ｎｍ（５０ｎｓ相当）以上離した場合にはＣＮＲで３０ｄＢ以上の信号強度が得られたが、相対距離が２００ｎｍ（４０ｎｓ相当）以下の場合には信号強度が約１０ｄＢまで急激に低下した。なお、相対距離が２５０ｎｍ（５０ｎｓ相当）以上では、距離が大きいほど信号強度が低下した。これは、磁気記録媒体の温度上昇が小さいために十分な記録が行えなかったためと推定される。
【００７５】
次に、レーザスポットの位置を記録ギャップからトレーリングエッジ側に２５０ｎｍ（５０ｎｓ相当）に設定して記録を行い、単一周波数で反転磁区を形成した。その後、記録磁界を印加せずにディスク一周分だけ上記と同じパワーでレーザ光を照射した。再生ヘッドで信号強度を調べたところ、信号強度はほぼノイズレベルにまで低下した。
【００７６】
（実施例２）
実施例１と組成が異なり、保磁力Ｈcがほぼゼロになる温度（キュリー点Ｔｃ）が５００Ｋ（＝２２７℃）である磁気記録層を用いた以外は、実施例１と同様の磁気記録装置を作製した。磁気記録層のβ_stは１５０であった。このシステムに要求される安定保存時間ｔ_stは５年である。
【００７７】
この磁気記録装置について、実施例１と同様に記録実験を行った。図１２と同様な解析を行った結果、記録時に必要な磁界印加時間（ｄｅｌａｙ）は５４．６ｎｓであった。実際に、記録ギャップ−レーザスポット間の距離が３００ｎｍ（６０ｎｓ相当）以上で大きなＣＮＲが得られた。
【００７８】
記録ギャップ−レーザスポット間の距離を最適に設定して単一周波数で記録した信号に対し、実施例１と同様に記録磁界を印加せずにレーザ光のみを照射する実験を行った。ただし、本実施例では照射パワーを変化させて、照射後の再生信号強度とパワーとの関係を調べた。
【００７９】
実験に先立って、本発明の方法でｔ_EQを見積もった結果を図１３に示す。図１３から、システムの安定保存時間であるｔ_st＝５年を満たす照射条件は、０．４ｍＷ以下であることがわかる。本実施例の磁気記録装置の安定条件は、５年経過後のＣＮＲの低下が１．５ｄＢと定義されている。
【００８０】
実験によれば、照射パワーとＣＮＲの低下との関係は、０．５ｍＷで２．５ｄＢ、０．４ｍＷで１．８ｄＢ、０．３ｍＷで１ｄＢであり、本発明による設計の妥当性が示された。
【００８１】
実際に磁気記録装置を設計・試作する場合に、あらゆる条件下で実験を行い、得られたＣＮＲのわずかな低下から仕様を決定することは、測定誤差も考慮すると非常に困難である。本実施例で示したように、本発明の方法を用いれば、簡便に設計指針が得られる。
【００８２】
（実施例３）
ＳｉＯ₂下地層を省いて下地層を厚さ１００ｎｍのＺｎＯのみとし、磁気記録層を厚さ２０ｎｍのＣｏＰｔ−Ｏとした以外は、実施例１と同様の磁気記録装置を作製した。この磁気記録層は、保磁力Ｈcがほぼゼロになる温度（キュリー点Ｔｃ）が１４２０Ｋ、β_stが１５０であった。このシステムに要求される安定保存時間ｔ_stは５年である。
【００８３】
この磁気記録装置について、実施例２と同様に、熱アシスト磁気記録後にレーザ照射する実験を行った。ただし、本実施例では、クロスイレーズ耐性を調べるために、レーザによる照射位置を初期記録トラックから１０ｎｍ刻みで変位させ、再び初期記録トラックの位置に戻って再生を行い、信号強度の劣化を調べた。本実施例で用いられている磁気記録層はβ_stが比較的大きいため、クロスイレーズ耐性が大きいことが予想された。
【００８４】
この磁気記録装置について、本発明の方法により、隣接トラックの熱揺らぎ加速（クロスイレーズ）を見積もった結果を図１４に示す。図１４において、横軸はレーザ照射パワー（ｍＷ）、縦軸は熱揺らぎが加速されて磁化が消失（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ）し、システムで規定した信号低下が発生して安定条件が満たされない領域を示す。図１４では、照射されるレーザスポットと比較するために、この磁化消失領域の大きさをトラック中心からの距離すなわち磁化消失半径（ｎｍ）として記述している。
【００８５】
図１４からわかるように、照射パワー３ｍＷまでは磁化消失半径は０である。したがって、図１３のように反転磁区直上にレーザ照射しても磁化消失は起こらない。ところが、照射パワーが４ｍＷになると、トラック中心から約３００ｎｍの領域で磁化消失が起こる。
【００８６】
実際の熱アシスト磁気記録システムでは、反転磁区上で記録磁界を印加せずにレーザ照射のみを行う動作がなされることはない。しかし、記録動作を行っているときに、その熱で隣接トラックの磁化がダメージを受けることが問題になる。図１４の結果から、レーザ照射パワー４ｍＷで記録動作を行う場合には、少なくとも隣接トラックまでの距離（具体的には隣接トラックにある反転磁区のエッジまでの距離）を３００ｎｍ以上に設定する必要があるという設計指針が得られる。
【００８７】
このような設計指針は、例えば磁気特性の異なる媒体を用いた場合にレーザ照射パワーのマージンをどの程度に設定すればよいか、というような具体的な設計要求に対して、パラメータを変えるだけで容易に計算することができる。これらの設計作業を実験のみで行うのは時間がかかり効率が悪いが、本発明の方法を用いれば設計作業を簡便に行うことができる。
【００８８】
（実施例４）
本実施例では、垂直磁気記録媒体に短いパルス光を照射したときの熱揺らぎについて検討した。ガラス基板／厚さ３００ｎｍの軟磁性下地膜／厚さ１５ｎｍのＣｏＣｒＰｔ磁気記録層／厚さ２ｎｍのカーボン保護層という構成の垂直磁気記録媒体を用意した。この磁気記録層はβ_stが８０であり、保磁力Ｈcがほぼゼロになる温度（キュリー点Ｔｃ）が５００Ｋ（＝２２７℃）であった。
【００８９】
媒体を構成する各層の熱伝導率を直接知ることは困難であるが、下記の方法により推定した。この方法では、試料をヒートシンク上におき、液体窒素温度〜数１００℃まで温度を変化させる。各温度において、試料が加熱されない程度の弱いパワーで１００μｍ径のレーザビームを照射し、反射率の温度依存性を調べる。次に、レーザビームを数〜１μｍに絞って照射し、局所的な定常温度分布を発生させ、そのときの反射率を測定する。この結果を、シミュレーションで再現し、フィッティングによって各層の熱伝導率または単層とみなしたときに等価な熱伝導率を求める。用いたヒートシンク中で異なる雰囲気温度中でこの測定−シミュレーション作業を行うことによりフィッティングの精度を向上させることができる。この測定の結果、各層の熱伝導率はバルク値のおよそ１０％であることが判明した。薄膜の熱伝導率はバルク値の数１０％以下に低下することが知られているので、その付近の値を出発値としてフィッティングするか、または薄膜の熱伝導率をバルク値の１０％と仮決めして、本発明による方法でｔ_EQ評価を行ってもそれほど大きな誤差は生じない。
【００９０】
上記のようにして求めた定数を用い、媒体を線速３０ｍ／ｓで回転させ、ＦＷＨＭ５０ｎｍ、０．５１ｍＷ、５ｎｓのレーザパルスを照射した場合の温度レスポンスを計算した。そのレスポンスに基づいて、本発明の方法によりｔ_EQを評価した結果を図１５に示す。図１５においては、点線で磁気記録媒体の温度変化を示す。仮に、このシステムに要求される安定保存時間ｔ_stを１０年とすると、レーザ照射のみを行った場合には信号の劣化が起こる。ただし、少なくとも磁気記録媒体が最高温度に到達してから０．３３３ｎｓ経過するまでの間にヘッドから記録磁界が供給されていれば、それ以降は信号劣化が起こらない。したがって、記録ギャップ位置とレーザスポット位置をほぼ同位置に調整しておけば、温度分布により磁化転移を形成することも可能であることが示唆される。
【００９１】
このように、本発明の方法では、与えられた媒体に対する適切なシステム設計を簡便に行うことができる。
【００９２】
（実施例５）
以下のようにして磁気記録媒体を作製した。２．５インチのガラス基板上に、厚さ３０ｎｍのＴｉシード層、厚さ３０ｎｍのＮｉＦｅＣｏ機能層、厚さ１０ｎｍの（Ｆｅ₅₃Ｐｔ₄₇）−ＳｉＯ₂記録層、厚さ３ｎｍのカーボン保護層を順次スパッタ法にて積層した後、潤滑剤を塗布した。機能層と記録層の堆積の間には、０．５ＰａのＡｒ雰囲気中への１分間の暴露を施した。
【００９３】
記録層の微細構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて調べたところ、主にＦｅＰｔからなる柱状の磁性結晶粒子（直径約５ｎｍ）が主にアモルファスのＳｉＯ₂からなる非磁性部分で分断されている構造となっていた。記録層単独の磁気特性は、垂直方向に主たる磁化容易軸を有し、ＶＳＭ測定および磁気トルク測定より磁気異方性エネルギー密度Ｋuが６×１０⁷ｅｒｇ／ｃｃであると推定された。記録層の室温の保磁力は１５ｋＯｅであった。同様に、機能層単独の磁気特性は、面内方向に主たる磁化容易軸を有し、保磁力は３００Ｏｅであった。ただし、膜垂直方向にも残留磁化成分を持ち、膜垂直方向のＶＳＭ測定で保磁力４００Ｏｅ、残留磁化１００ｅｍｕ／ｃｃの特性をもつ。
【００９４】
この機能層は軟磁性下地層の役割も果たす。すなわち、単磁極ヘッドから出る磁束が下地層を通ってリターン磁極へ流れるので、記録磁界の効率がよくなり、印加磁界強度（記録磁界強度）が概ね２倍となる。この効果は、記録層に厚さ２０ｎｍのＣｏＣｒＰｔＴａを用いて通常の垂直磁気記録を行う実験の際に、記録ヘッドに流す電流（起磁力）に対する再生信号強度およびオーバーライト値が機能層を付与することによって増加したことによっても確認した。
【００９５】
また、記録層と機能層とは静磁結合状態にあることもヒステリシスループから確認した。すなわち、模式的に図１６に示すような特性が得られた。この図においてＨ₁は記録層の保磁力、Ｈ₂は機能層の保磁力である。記録層、機能層のヒステリシスはともにＨ＝０の軸に対して対称であり、Ｈ₂とＨ₂₂は実質上ほとんど違いがなかった。一方、記録層と機能層とが強く交換結合している場合には、Ｈ₂とＨ₂₂がともにＨ＞０の部分に入るような非対称なヒステリシスループとなる。
【００９６】
記録層は室温で１５ｋＯｅの保磁力を持つので、通常の磁気記録ヘッドを用いて室温で記録することは不可能である。しかし、保磁力は温度と共に減少するので、ある温度まで加熱すると記録層も磁気記録が可能となる。同様に、機能層も保磁力は温度と共に減少するが、この例の機能層は室温で既に記録ヘッドで磁化反転を起こす程度の保磁力しか持っていない。従って、記録層が磁化反転する温度において機能層が磁化反転することは自明である。
【００９７】
上記の磁気記録媒体の動特性をＨＤＤの記録／再生評価装置にて評価した。回転数は４５００ｒｐｍで、単磁極ヘッドを用いた垂直磁気記録を行った。ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドはギャップが１１０ｎｍであった。浮上量と潤滑剤の厚さから磁気スペーシングは３０ｎｍと推定された。４００ｋｆｃｉの単一周波数記録をおこない、キャリア／ノイズ比（ＣＮＲ）測定を行った。局所加熱には波長６３３ｎｍのレーザを用いた。レーザビームを基板裏面より外部低浮上レンズを介して機能層／記録層部分へ照射した。外部低浮上レンズと基板の両方でＳＩＬレンズとなるように設計を行い、機能層／記録層部分で焦点を結ぶようにした。レーザスポットの直径はＦＷＨＭで約５００ｎｍである。精密なピエゾ素子によるヘッドの駆動で、光の照射位置と記録ヘッドのギャップ位置とを一致させた。
【００９８】
まずレーザを照射しないで磁気記録を試みた。再生信号はノイズがほとんどであり、十分な記録ができていないことがわかった。このことは記録層の保磁力とヘッドの記録能力から勘案して当然の結果である。次に、レーザを照射しながら記録を行った。別の実験とシミュレーションにより、あらかじめレーザ照射パワーと媒体の温度上昇の関係を調べておいた。レーザ照射パワーとＣＮＲの関係を図１７に実線で示す。レーザパワーの増加と共に再生信号が大きくなり、熱アシスト磁気記録ができていることがわかる。高照射パワー側でＣＮＲが減少傾向を示すのは、熱揺らぎ加速による磁区の再反転現象が起こっているものと推察される。点線は記録層単独の媒体についての結果である。照射パワーは同じ温度上昇をもたらすものに換算している。すなわち、Ｙ軸方向のＣＮＲの差は同じ媒体加熱温度によって得られるＣＮＲの差である。これより明らかなように、機能層があるおかげで熱揺らぎ加速現象が抑えられ、熱アシスト磁気記録により大きな信号が得られるようになった。ただし、過度に加熱すると熱揺らぎ加速がより進むので、もはや機能層によるサポート磁界では熱揺らぎ加速を抑えることができなくなり、信号強度は下がることになる。この例でのＣＮＲの値そのものはシステム上充分な値とは言い難いが、これは媒体構造やヘッド構造が大きな信号を得るために最適化されてはいないためである。しかしながら、本発明による磁気記録装置の有用性を示すには充分な例である。
【００９９】
（実施例６）
以下のようにして磁気記録媒体を作製した。２．５インチのガラス基板上に、厚さ５ｎｍのＮｉＡｌシード層、厚さ５ｎｍのＴｉ下地層、厚さ２０ｎｍのＲｕ下地層、厚さ１０ｎｍの（Ｃｏ₇₆Ｐｔ₂₄）Ｃｒ₁₀−Ｏ機能層、厚さ３ｎｍのＲｕ中間層、［０．３ｎｍＣｏ／０．４３ｎｍＰｔ］₆記録層、厚さ３ｎｍのカーボン保護層を順次スパッタ法にて積層した後、潤滑剤を塗布した。記録層はＣｏとＰｔとを交互に６回繰り返して積層した、いわゆる磁性人工格子膜である。
【０１００】
記録層の微細構造をＴＥＭを用いて調べたところ、主にＣｏとＰｔの多層膜からなる柱状の磁性結晶粒子（直径約６ｎｍ）が物理的に分断された微細構造が観察された。粒間物質は同定できなかったが、構成材料からアモルファスＣｏ−Ｏであることが想定される。記録層と機能層の単独の磁気特性は、垂直方向に主たる磁化容易軸を有し、保磁力はそれぞれ１１ｋＯｅ、８ｋＯｅであった。記録層と機能層の保磁力の温度変化を調べたところ、図１８に示すようになった。この図においてＨwは記録磁界強度、Ｔwは記録温度である。記録温度が機能層のキュリー温度よりも大きいので、記録動作時に機能層は磁化反転する。従って、記録時の磁化の空間分布は図５のようになっていると想定される。機能層はキュリー温度近傍まで垂直磁化膜であるので、記録動作時の加熱されている部分において、キュリー温度に達していいない部分は当然垂直方向の残留磁化を持つ。
【０１０１】
これを実施例５と同様の磁気記録実験に供した。ただし、レーザ照射側に電磁石を設置し、常に３００Ｏｅのバイアス磁界が印加されるようにした。その結果、図１７の実線で示されるような特性が得られた。電磁石の極性を逆にすると再生信号はほとんど得られず、図１７の点線のようになった。
【０１０２】
中間層として、５ｎｍＳｉＯ₂、３ｎｍＴｉ、または６ｎｍＳｉを用いて同様の媒体を作製した。いずれの場合も、記録層と機能層とは静磁結合していることが確認された。記録実験でも上記と同様な結果が得られた。
【０１０３】
また、ＮｉＡｌシード層の下に、１００ｎｍのＴｂ₂₅Ｃｏバイアス層を挿入した媒体を作製した。このバイアス層はＲＥリッチであり、またキュリー温度は４００℃を超えると思われる（膜が結晶化してしまうために正確なキュリー温度の測定はできなかった）ので、本実施例において磁化反転することはない。しかも、加熱部分において図４に示すような磁化の局所的な分布が得られるので、常に一定方向・一定強度の磁界を媒体に印加できる。この媒体を上記と同様の記録実験に供した。ただし、今回は電磁石による磁界印加を行わなかった。その結果、図１７の実線で示されるような特性が得られた。バイアス層が電磁石の代わりとなっていることが確認された。
【０１０４】
（実施例７）
以下のようにして磁気記録媒体を作製した。２．５インチのガラス基板上に、厚さ７０ｎｍのＳｉＮ下地層、厚さ２０ｎｍのＧｄ₂₄（Ｆｅ₂₀Ｃｏ₈₀）機能層、厚さ５ｎｍのＳｉＮ中間層、［０．２８ｎｍＣｏ／０．４ｎｍＰｄ］₈記録層、厚さ３ｎｍのカーボン保護層を順次スパッタ法にて積層した後、潤滑剤を塗布した。
【０１０５】
記録層の微細構造をＴＥＭを用いて調べたところ、主にＣｏまたはＰｄからなる柱状の磁性結晶粒子（直径約７ｎｍ）が物理的に分断された微細構造が観察された。粒間物質は同定できなかったが、構成材料からアモルファスＣｏ−Ｏであることが想定される。記録層単独の磁気特性は、垂直方向に主たる磁化容易軸を有し、保磁力が１１ｋＯｅであった。機能層は室温では面内磁気異方性を示すが、転移温度Ｔ_s＝１５０℃以上の温度においては垂直磁化膜となった。記録層と機能層の保磁力の温度変化を調べたところ、図１９に示すようになった。この図における保磁力は垂直方向を意味しているので、機能層は転移温度以下では保磁力ゼロとなる。この図より明らかなように、Ｔ_s以上で記録を行うようにすると、機能層は磁化反転しかつ垂直方向の残留磁化を持つ状態となる。
【０１０６】
また、実施例５と同様の磁気記録実験を行った。その結果、図１７の実線で示されるような特性が得られた。
【０１０７】
（実施例８）
以下のようにして磁気記録媒体を作製した。２．５インチのガラス基板上に、厚さ７０ｎｍのＳｉＮ下地層、厚さ３０ｎｍのＴｂ₂₅（Ｆｅ₅₀Ｃｏ₅₀）機能層、厚さ３ｎｍのＰｔ中間層、厚さ１０ｎｍの（Ｆｅ₅₃Ｐｔ₄₇）Ｃｕ₁₀Ｃｒ₁₂記録層、厚さ３ｎｍのカーボン保護層を順次スパッタ法にて積層した後、潤滑剤を塗布した。
【０１０８】
記録層の微細構造をＴＥＭを用いて調べたところ、主にＦｅＰｔからなる柱状の磁性結晶粒子（直径約５ｎｍ）が主にＣｒからなる非磁性部分で分断されている構造となっていた。Ｃｕは膜中に概ね均一に分布していた。記録層単独の磁気特性は、垂直方向に主たる磁化容易軸を有し、保磁力が２２ｋＯｅであった。機能層は垂直方向に主たる磁化容易軸を有し、保磁力が８ｋＯｅの希土類リッチの組成であった。記録層と機能層の保磁力の温度変化を調べたところ、図２０に示すようになった。この図より明らかなように、Ｔw以上で記録を行うようにすると、記録過程において機能層は磁化反転しかつ垂直方向の残留磁化を持つ。この機能層の磁化の温度依存性は図１０において太線で模式的に示したようなものになった。このため、記録動作時の機能層からの漏洩磁界は図７のようになる。
【０１０９】
また、実施例５と同様な磁気記録実験を行った。その結果、図１７の実線で示されるような特性が得られた。
【０１１０】
また、機能層として、厚さ０．６ｎｍのＣｏ₉₀Ｃｒ₁₀第一機能層、厚さ０．７５ｎｍのＲｕ、と厚さ０．２５ｎｍのＣｏ第二機能層、厚さ０．７５ｎｍのＲｕを含むユニットを４回積層したものを用い、上記と同様の磁気記録媒体を作製した。この機能層はＣｏＣｒ磁性層とＣｏ磁性層とが反強磁性結合した磁気構造を持っていることがヒステリシスループから確認された。また、キュリー温度は、ＣｏＣｒ単独では約５００Ｋ、Ｃｏ単独では１２００Ｋである。従って、機能層単独の磁気特性の温度依存性は、このキュリー温度の差のために、室温ではＣｏＣｒドミナントであるのが高温域ではＣｏドミナントとなって、図１０に示すようなフェリ磁性を示す。従って、上記の例と全く同様に熱アシスト磁気記録媒体に用いることができる。
【０１１１】
第一機能層の厚さと第二機能層の厚さを変えた試料をいくつか作製し、同様の記録再生実験を行った。その結果、キュリー温度の小さい第一機能層の室温での飽和磁化の値が第二機能層よりも大きい試料のみ熱アシスト磁気記録が可能であることがわかった。この理由は、熱アシスト磁気記録の成否が、機能層の磁化が温度と共に増加することに本質的に起因することにある。
【０１１２】
（実施例９）
実施例７と同一の材料を用い、機能層／記録層／機能層の順に積層した磁気記録媒体を作製した。機能層と記録層の間には厚さ５ｎｍのＳｉＮを挿入している。ヒステリシスループから、機能層と記録層は各々静磁結合していることがわかった。この媒体を実施例５と同様の記録再生実験に供したところ、図２１に示すような結果が得られた。この図において、実線が実施例７の媒体、点線が本実施例の媒体である。図からわかるように、本実施例の媒体では高パワー照射時により大きな信号が出ており、熱揺らぎ劣化の加速が実施例７の場合よりさらに抑えられていることがわかる。また、より高温まで加熱できるので、反転磁区領域が広がることによって大きな再生信号が得られた。このことは、積層化により機能層からの漏洩磁界が２倍になったことによると考えられる。そこで、機能層の厚さを１０ｎｍにした媒体を作製して同様の記録再生実験に供した。その結果、図２１の実線と概ね一致する特性が得られた。このことによっても、積層化によって静磁結合力（漏洩磁界強度）が増加したことが確認された。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱揺らぎ限界を超える高密度記録が可能な磁気記録装置を簡便に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る磁気記録装置における、磁気記録媒体、磁気ヘッドおよびレーザの配置を模式的に示す図。
【図２】本発明の他の実施態様に係る磁気記録装置における、磁気記録媒体および記録ヘッドの配置を模式的に示す図。
【図３】磁気記録媒体の温度Ｔの時間変化を模式的に示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体を形成する記録層および機能層の磁化の向きと、機能層の磁化の空間分布と漏洩磁界を模式的に示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する機能層の磁化の空間分布と漏洩磁界を模式的に示す図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する機能層の磁化の空間分布と漏洩磁界を模式的に示す図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する機能層の磁化の空間分布と漏洩磁界を模式的に示す図。
【図８】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する機能層の磁化の温度依存性を模式的に示す図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する機能層の磁化の空間分布と漏洩磁界を模式的に示す図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体を形成する第一機能層と第二機能層の磁化の温度に対する変化を模式的に示す図。
【図１１】本発明の実施例１の磁気記録装置における、磁気記録媒体、磁気ヘッドおよびレーザの配置を模式的に示す図。
【図１２】本発明の実施例１の磁気記録装置について、磁気記録媒体の温度、Δｔ_EQおよびｔ_EQの経時変化を示す図。
【図１３】本発明の実施例２の磁気記録装置について、記録トラックからの距離とｔ_EQとの関係を、レーザの照射パワーをパラメータとして示す図。
【図１４】本発明の実施例３の磁気記録装置について、レーザの照射パワーと磁化消失半径との関係を示す図。
【図１５】本発明の実施例４の磁気記録装置について、磁気記録媒体の温度およびｔ_EQの経時変化を示す図。
【図１６】本発明の実施例５の磁気記録媒体におけるヒステリシスループを模式的に示す図。
【図１７】本発明の実施例５の磁気記録装置におけるＣＮＲの照射レーザパワーに対する変化を示す図。
【図１８】本発明の実施例６の磁気記録媒体を形成する記録層と機能層の保磁力の温度に対する変化を示す図。
【図１９】本発明の実施例７の磁気記録媒体を形成する記録層と機能層の保磁力の温度に対する変化を示す図。
【図２０】本発明の実施例８の磁気記録媒体を形成する記録層と機能層の保磁力の温度に対する変化を示す図。
【図２１】本発明の実施例９の磁気記録装置におけるＣＮＲの照射レーザパワーに対する変化を示す図。
【符号の説明】
１…基板
２…機能層
３…磁気記録層
１１…磁気ヘッド
１２…レーザ
１５…記録ヘッド
２１…基板
２２…第１下地層
２３…第２下地層
２４…記録層
２５…保護層
２６…記録／再生素子
２７…スライダー
２８…レーザ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic recording apparatus and a design method thereof.
[0002]
[Prior art]
With recent improvements in computer processing speed, magnetic storage devices (HDDs) that store and reproduce information are required to have higher densities. However, there is a physical limit to increasing the density.
[0003]
The magnetic recording medium of the HDD device has a magnetic recording layer made of an aggregate of fine magnetic particles. In order to perform high-density magnetic recording, it is necessary to reduce the size of the magnetic domain recorded in the magnetic recording layer. In order to be able to clearly distinguish each of the small recording magnetic domains, it is necessary that the boundaries of the magnetic domains be smooth. For this purpose, it is necessary to make the magnetic particles small and magnetically separate the magnetic particles from each other. Further, it is necessary to reduce the thickness of the magnetic recording layer in order to reduce the magnetization transition width. Therefore, it is necessary to reduce the volume of magnetic particles that constitute the magnetic recording layer and are magnetically independent from each other. However, when the magnetic particles are miniaturized, the magnetic anisotropy energy (magnetic anisotropy energy density Ku × magnetic particle volume V) becomes smaller than the thermal fluctuation energy, and the direction of the spin once recorded can be maintained. It will disappear. This is called the thermal fluctuation limit or the super-paramagnetic limit.
[0004]
To avoid thermal fluctuation, simply increasing Ku is conceivable. However, since the coercive force Hc when forming (recording) the reversed magnetic domain on the magnetic recording medium is substantially proportional to Ku, a large recording magnetic field is required to perform sufficient recording on such a medium. Here, the characteristics of the head magnetic pole material that determines the recording magnetic field almost reach the physical limit, and a recording magnetic field beyond the current level cannot be expected. That is, simply increasing Ku cannot meet the demand for higher density.
[0005]
Therefore, a so-called thermally assisted magnetic recording type magnetic recording apparatus has been proposed in which recording is performed by applying a magnetic field while the magnetic recording medium is heated. In this system, magnetic recording is performed by locally heating the medium at the time of recording to reduce the Ku of the area, so that even a medium having a large Ku at room temperature can be recorded with the current magnetic head. However, since such a magnetic recording apparatus includes a heating means in addition to the conventional apparatus configuration, the parameters for optimum design increase, and it is enormous when trying to determine the specifications through trial manufacture of the apparatus and recording / reproduction tests. Requires a lot of research. Further, since the adjacent track is heated to some extent at the time of recording, a phenomenon (cross erase) in which the thermal fluctuation is accelerated in the adjacent track and the recorded magnetic domain is erased occurs. Further, since the medium is heated to some extent even when the head magnetic field immediately after recording disappears, similarly, the thermal fluctuation is accelerated and the magnetic domain once formed disappears. In order to solve these problems, it is necessary to use a material in which the change of Ku with respect to temperature is as steep as possible near the recording temperature. However, since the temperature change of Ku of CoCr-based and CoPt-based magnetic thin films, which are currently being developed, is almost linear, improvement in track density or linear recording density cannot be expected so much.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a magnetic recording apparatus capable of high-density recording exceeding the thermal fluctuation limit. Another object of the present invention is to provide a method by which a magnetic recording apparatus capable of high-density recording exceeding the thermal fluctuation limit can be easily designed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Of the present invention One aspect The magnetic recording device design method according to the present invention is to design a magnetic recording device comprising a magnetic recording medium having a magnetic recording layer, means for heating the magnetic recording medium, and means for applying a magnetic field to the magnetic recording medium. For the magnetic recording medium, the stable storage time t of the recording magnetization at room temperature. _st And thermal fluctuation stability coefficient β (T) = KuV / k at temperature T _B T (where Ku is the magnetic anisotropy energy density, V is the activation volume, k _B Is the thermal fluctuation stability coefficient β calculated from the Boltzmann constant) _st And Δt at a predetermined time step Δt for the magnetic recording medium. _EQ The
Δt _EQ = Exp (ln (Δt) -β + β _st )
(Where β is a thermal fluctuation stability coefficient with respect to the temperature T of the magnetic recording medium at each time step Δt)
Δt over the time that the magnetic recording medium is held at a temperature at which the recording magnetization is substantially degraded. _EQ T to add _EQ = Σ (Δt _EQ ) To calculate the equivalent degradation time t _EQ And the recording magnetization stable storage time t _st And the equivalent deterioration time t _EQ But t _EQ <T _st The specifications of the magnetic recording medium, the heating unit, and the magnetic field applying unit are determined so as to satisfy the relationship.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The magnetic recording apparatus of the present invention comprises a magnetic recording medium having a magnetic recording layer, means for heating the magnetic recording medium, and means for applying a magnetic field to the magnetic recording medium, while the magnetic recording medium is being heated. This is a so-called thermally assisted magnetic recording type magnetic recording apparatus that performs recording by applying a magnetic field to the recording medium. The magnetic recording apparatus of the present invention has a stable storage time t of recording magnetization required at room temperature. _st Meet. In the method of designing a magnetic recording apparatus of the present invention, the required stable storage time t of the recording magnetization t _st The specifications of the magnetic recording medium, the heating means, and the magnetic field applying means are simply determined so as to satisfy the above.
[0011]
FIG. 1 schematically shows a magnetic recording apparatus according to one embodiment of the present invention. The magnetic recording medium has a structure in which a magnetic recording layer 3 is formed on a substrate 1. As will be described later, an underlayer or a protective layer (not shown) may be provided for the magnetic recording layer 3. In this magnetic recording apparatus, a magnetic head 11 as a magnetic field applying unit is disposed on a magnetic recording medium, and a laser 12 as a heating unit is disposed below the magnetic recording medium so as to correspond to the position of the magnetic head 11. .
[0012]
FIG. 2 schematically shows a magnetic recording apparatus according to another embodiment of the present invention. The magnetic recording medium has a structure in which a functional layer 2 and a magnetic recording layer 3 are laminated in this order on a substrate 1. As will be described later, the functional layer 2 has a function of applying a perpendicular magnetic field (hereinafter referred to as a support magnetic field) to the magnetic recording layer 3 at the time of thermally assisted magnetic recording. In this magnetic recording apparatus, a recording head 15 in which a magnetic head as a magnetic field applying unit and a heating unit such as a laser are integrally provided is attached. The recording head 15 is adapted to apply a local magnetic field immediately below it and to perform local heating. In both FIG. 1 and FIG. 2, the remaining portion not shown is generally the same as that of the conventional HDD device.
[0013]
As the substrate of the magnetic recording medium, metal, glass, ceramics, or the like can be used.
[0014]
As a material for the magnetic recording layer, a material having a relatively large saturation magnetization Is and a large magnetic anisotropy is suitable. From this viewpoint, as the magnetic metal material, for example, an alloy containing a metal selected from Co, Pt, Sm, Fe, Ni, Cr, Mn, Bi, and Al is used. Of these, Co-based alloys having large magnetocrystalline anisotropy, particularly those based on CoPt, SmCo, and CoCr, and ordered alloys such as FePt and CoPt are more preferable. Specifically, Co—Cr, Co—Pt, Co—Cr—Ta, Co—Cr—Pt, Co—Cr—Ta—Pt, Fe ₅₀ Pt ₅₀ , Fe ₅₀ Pd ₅₀ , Co _Three Pt ₁ Etc. In addition to these, Tb-Fe, Tb-Fe-Co, Tb-Co, Gd-Tb-Fe-Co, Gd-Dy-Fe-Co, Nd-Fe-Co, Nd-Tb-Fe- Wide selection from rare earth-transition metal alloys such as Co, multilayer films of magnetic and noble metal layers (Co / Pt, Co / Pd, etc.), semi-metals such as PtMnSb, magnetic oxides such as Co ferrite, Ba ferrite, etc. Can do. Further, for the purpose of controlling the magnetic properties, the above magnetic body may be further alloyed with at least one element selected from Fe and Ni. In addition to these magnetic materials, additives for improving magnetic properties, such as Cr, Nb, V, Ta, Ti, W, Hf, Cr, V, In, Si, B, or these elements, and A compound with at least one element selected from oxygen, nitrogen, carbon, and hydrogen may be added.
[0015]
The magnetic anisotropy of the magnetic recording layer may be in-plane magnetic anisotropy used in conventional HDDs, perpendicular magnetic anisotropy used in magneto-optical recording, or a mixture of both. . A laminated film of a magnetic layer and a nonmagnetic layer can also be used for the magnetic recording layer. Such a laminated film may show ferrimagnetism or antiferromagnetism as a whole magnetic recording layer depending on the state of lamination, but for example, to increase the effective volume to prevent thermal fluctuation, and at the time of recording It may be preferable from the viewpoint of not deteriorating high resolution recording. Of course, a ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material having no laminated structure can also be used.
[0016]
The thickness of the magnetic recording layer is not particularly limited, but is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and still more preferably 20 nm or less in consideration of high-density recording. If it is 0.5 nm or less, it is difficult to form a thin film, which is not preferable.
[0017]
As a method of fragmenting the magnetic particles of the magnetic recording layer, Cr, Ta, B, SiO, etc. ₂ Non-magnetic elements such as oxides and nitrides may be added and precipitated between grains, or may be artificially processed using lithography or other techniques used in semiconductors, or self Self-organization processing using a diblock copolymer such as PS-PMMA to be organized as a mask, or processing by particle beam irradiation or the like may be used.
[0018]
When the magnetic recording layer has a structure in which a functional layer and a magnetic recording layer are laminated as in the magnetic recording medium of FIG. 2 and a vertical support magnetic field from the functional layer is used, the magnetic recording layer has a perpendicular magnetic anisotropy. It is preferable to show. However, as long as the main magnetic anisotropy is vertical, it may have in-plane magnetic anisotropy at the same time. To determine whether the magnetic anisotropy is perpendicular or not, it is only necessary to measure the magnetization curve by a normal method and to have a residual magnetization component in the direction perpendicular to the film surface.
[0019]
In a magnetic recording medium having a structure in which a functional layer and a magnetic recording layer are laminated, the functional layer is not particularly limited as long as it is a magnetic material. The magnetic anisotropy of the functional layer may be in-plane, perpendicular, or a mixture thereof. The thickness of the functional layer is not particularly limited. However, the thickness of 1000 nm or more is not preferable because it takes a long time to produce, and characteristic deterioration or peeling due to film stress tends to occur. A thickness of 0.1 nm or less is not preferable because a thin film cannot be substantially formed. The requirements to be satisfied by the functional layer as a magnetic material are the same as those of the magnetic recording layer.
[0020]
As will be described later, the main factor for realizing the operation of the thermally assisted magnetic recording in the magnetic recording medium having the structure in which the functional layer and the magnetic recording layer are laminated is the magnetostatic coupling interaction between the functional layer and the magnetic recording layer. The magnetostatic coupling interaction means that the leakage magnetic field from the functional layer reaches the recording layer. Note that an exchange coupling interaction may act between the functional layer and the magnetic recording layer. Since the magnetostatic coupling interaction works independently of the exchange coupling interaction, the presence or absence of the exchange coupling is not related to the operation mainly including the magnetostatic coupling interaction. As will be described later, since it is necessary to invert the magnetic recording layer and the functional layer at the time of recording, the exchange coupling interaction is useful to assist this inversion. However, since the exchange coupling interaction becomes larger as the temperature becomes lower, it may be assumed that retention of fine inversion magnetic domains in the recording layer is hindered at room temperature, which is not preferable.
[0021]
The exchange coupling between the functional layer and the magnetic recording layer can be realized by continuously forming a film without breaking the vacuum in a general medium manufacturing process such as sputtering. The direction of exchange coupling may be ferromagnetic or antiferromagnetic. Such a configuration can be realized by controlling the state of the interface between the recording layer and the functional layer. For example, an example in which a surface-modified layer or a physical / chemical adsorption layer having a partially magnetized region is formed, and a bonding state of an interface varies depending on a micro portion. In any case, since the interaction between the recording layer and the functional layer theoretically has an exchange interaction even if it is about several nanometers away, if the exchange coupling acts, the nonmagnetic layer is formed between the functional layer and the magnetic recording layer. There may be layers. In addition, since the exchange coupling force can be controlled by inserting another magnetic film between the functional layer and the magnetic recording layer, a plurality of magnetic layers are provided between the functional layer and the recording layer as long as the magnetostatic coupling interaction is not impaired. May be present.
[0022]
In addition, for the purpose of adjusting the temperature dependency such as perpendicular magnetic anisotropy Ku and activation volume of the magnetic recording layer so as to be preferable for the heat-assisted magnetic recording, the magnetic recording layer itself interposes an exchange coupling multilayer film or a non-magnetic material. It may be a multilayer film sandwiched between them, or a composite film in which a plurality of these films are laminated. The effect of the structure of the magnetic recording layer itself is independent of the magnetostatic coupling interaction with the functional layer. Therefore, heat-assisted magnetic recording with a wide temperature margin can be achieved by combining both actions. However, when a multilayer film or a composite film is used, there is a disadvantage that the medium configuration becomes complicated and the cost is high.
[0023]
An underlayer made of a magnetic material or a nonmagnetic material may be provided under the magnetic recording layer or the functional layer. The underlayer made of a magnetic material is magnetically coupled to the magnetic domains in the magnetic thin film and the recording / reproducing head through exchange interaction and magnetostatic interaction in order to improve recording / reproducing. For example, when the recording layer is a perpendicular magnetization film, high-density recording can be performed by using a soft magnetic film as an underlayer and recording with a single pole head. In addition, when the recording layer is an in-plane magnetization film, a soft magnetic layer is provided above or below the recording layer, and a magnetic field having a strength that saturates the soft magnetic layer during reproduction can be applied, and high-density recording can be achieved. Thermal fluctuation resistance is also improved.
[0024]
The underlayer made of a non-magnetic material is provided for the purpose of controlling the crystal structure of the magnetic part or the non-magnetic part, or for the purpose of preventing impurities from entering from the substrate. For example, the crystal state of the magnetic part can be controlled by using an underlayer having a lattice spacing close to that of the magnetic part having a desired crystal orientation. In some cases, the crystallinity or amorphousness of the magnetic part or nonmagnetic part may be controlled by using an amorphous base having a desired surface energy. An underlayer may be further provided under the underlayer. In that case, since the function is shared, the effect is increased. For example, a technique is known in which a seed layer having a small particle diameter is provided on a substrate for the purpose of reducing the crystal grains of the recording layer, and an underlayer for controlling the crystallinity of the recording layer is provided thereon. For the purpose of preventing the entry of impurities from the substrate, a thin film having a small lattice spacing or a dense lattice may be used as the base layer.
[0025]
The magnetic or non-magnetic underlayer may have both functions as described above. That is, the crystallinity of the magnetic part may be controlled by the magnetic underlayer. In this case, since the effect on the recording / reproducing characteristics and the effect on the crystallinity are synergized, it is more preferable. The underlayer may be a substrate surface modification layer formed by ion plating, doping in an atmospheric gas, neutron beam irradiation, or the like. In this case, an additional thin film deposition process is eliminated, which is preferable in terms of medium production.
[0026]
The means for heating the magnetic material may be one that heats the entire surface of the medium or locally heats a part of the medium as long as the portion that reaches the recording temperature is local. In general, heating a high-density magnetic recording medium affects the thermal fluctuation and degrades the recording retention capability (archive characteristics) and increases the power consumption. Therefore, a part of the medium is heated locally, and most of the medium It is preferable to keep at room temperature or below room temperature. However, in a system using a medium in which the recording holding ability does not deteriorate even when the entire surface is heated, it may be preferable to heat the entire surface because it is lower in cost.
[0027]
Specific heating means is not particularly limited. In order to perform high-speed and local heating, a laser, an induction heating device, and a probe such as a heating wire held so that the distance to the medium can be controlled, and an electron beam are emitted. Things are used. In order to perform more local heating, a method of narrowing the laser light on the medium surface by an optical system such as a lens, a method of converting the laser light into near-field light using a minute aperture or a solid immersion (SIL) lens, A method of forming a fine antenna at the probe tip and performing induction heating therefrom, a method of sharpening the shape of the medium facing portion of the heating probe as much as possible, and a shape of the medium facing portion of the electron beam emitting probe as sharp as possible Examples include methods. As shown in FIGS. 1 and 2, these heating means may be installed on the recording surface side of the medium or on the opposite surface side (substrate side).
[0028]
The means for applying a magnetic field to the recording layer may be a magnetic head in which a magnetic circuit composed of an induction coil and a magnetic pole is formed on the end face of a flying slider as used in a normal HDD, or a permanent magnet may be installed. However, a magnetic layer may be further added to the medium to generate an instantaneous / local magnetic field by temperature distribution or magnetization distribution by light irradiation, or a leakage magnetic field generated from the magnetic layer itself for recording information may be generated. May be used. In the case of installing a permanent magnet, high-speed and high-density magnetic field application can be achieved by making the distance between the permanent magnet and the medium variable or by miniaturizing the permanent magnet.
[0029]
Hereinafter, the principle of the present invention will be described.
When the magnetic recording layer includes a large number of magnetic particles that are magnetically isolated, the magnetization reversal process is a thermally activated phenomenon and is generally known to be described by the following equation.
[0030]
N (t) = N ₀ Exp (-r.t) (1)
r = A · exp (−ΔE / (k _B ・ T)) ... (2)
ΔE = Ku · V ((2 · Ku−H · Ms) / 2 · Ku) ² ... (3)
Here, N (t) is the number of inverted magnetic particles when time t has elapsed, N ₀ Is the number of the first magnetic particles, A is the frequency factor, ΔE is the activation energy, k _B Is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, Ku is the magnetic anisotropic energy density, V is the volume of the magnetic particle, H is the total magnetic field applied to the magnetic particle, and Ms is the saturation magnetization of the magnetic particle.
[0031]
When evaluating the storage time of the recording magnetization of the magnetic recording medium at room temperature, it is only necessary to consider the retention of the spin whose magnetization has already been reversed, so H = 0 is set for simplicity. Ratio of magnetic particles whose magnetization is reversed when time t has passed N (t) / N ₀ Is described by the following equation.
[0032]
N (t) / N ₀ = Exp (-A.exp (-KuV / (k _B ・ T)) ・ t) ... (4)
A is about 10 ⁹ (S ^-1 ) Is known. KuV >> k _B In the case of T, it means that almost no magnetization reversal occurs unless a very long time t elapses. However, KuV ~ k _B In the case of T, magnetization reversal occurs in a time on the order of seconds to years. This is a phenomenon called thermal fluctuation.
[0033]
For example, IEEE Trans. Magn., Vol. 35, p. 4423 (1999) includes 40 Gbits / in. ² To maintain the recording magnetization for 10 years at a recording density of 10 kV / k _B It is stated that T is required to be about 60. However, if the life cycle of the hard disk is taken into consideration, it can be considered that there is no practical problem if the signal decrease due to the decrease in magnetization during holding for 5 years at room temperature can be ignored. In addition, the recording magnetization rapidly deteriorates immediately after recording, but the deterioration thereafter is moderate, so there is not much difference in signal intensity after 5 years and 10 years. Thus, the stable storage time t is defined as the time during which the recorded magnetization is stably stored. _st In this specification, the target value is set to at least 5 years. On the other hand, IEEE Trans. Magn., Vol. 33, p. 978 (1997) includes KuV / k. _B In the medium of T = 60, the SN ratio decreased by 6 dB after 6 months, but KuV / k _B It is described that no signal deterioration was observed even after 6 months in the T = 80 medium. Considering these literature values, KuV / k _B The target is that T is 60 or more and the recording magnetization can be maintained for 5 years.
[0034]
During the heat-assisted magnetic recording, the temperature of the magnetic recording medium shows a change with time as shown in FIG. In this case, when the temperature rises, KuV to k _B T, and thermal fluctuation is greatly accelerated. However, if the time during which the medium is at a high temperature is short, the total amount of magnetization reversal is small, and as a result, signal degradation is small. Therefore, in designing a heat-assisted magnetic recording apparatus, the magnetic and thermal characteristics of the medium, the heating method, etc., which can keep the amount of thermal fluctuation during the high temperature time within the allowable range of the system are extremely high. Become important. However, enormous research is required to determine the specifications of the medium, the heating means, and the magnetic field applying means through trial manufacture of the apparatus and recording / reproduction tests. Therefore, a method for easily obtaining an apparatus design guideline is required.
[0035]
Since the above equation (4) is not a simple linear combination, it is difficult to derive an analytical equation that can be applied to arbitrary temperature responses T (t) and Ku (T). Even if an analytical expression can be derived, it becomes a complicated expression and is not practical for use in device design. Therefore, the present inventors first divided the time change of the temperature of the magnetic recording medium by a certain time step Δt, and applied the equation (4) assuming that the temperature of the magnetic recording medium is constant during that time interval. We considered a method of estimating the amount of inversion and integrating it over the entire time to estimate the total amount of inversion.
[0036]
However, it has been found that the amount of magnetization reversal within a minute time step Δt is an extremely small value, and that simple addition is difficult. For example, the stable storage time t is used as a target value used to determine whether the reversal amount is acceptable or not. _st = 5 years, KuV / k _B Substituting T = 80 into equation (4), N (t) / N ₀ = Exp (2 · 10 ^-18 Only a value close to 1 is obtained. If this is calculated and added in smaller time increments, a very large number of significant digits must be secured and a method of accuracy guarantee calculation must be used. For this reason, such a method is not practical.
[0037]
Next, N (t) / N ₀ For the minute inversion amount, the natural logarithm ln was taken, and a method for converting it to an order that was easy to handle was examined. That is,
F≡−ln (N (t) / N ₀ ) = A · exp (−Ku · V / (k _B T)) ・ t
Defined. In this way, the value of the stability condition is F = 2 · 10. ^-18 And this order can barely be handled even in a short time. The value of F at a certain time step obtained in this way is expressed as ΔF _i = Ln (ΔD _i ) (ΔD _i Is the inversion amount N (Δt at the i-th time step. _i ) / N ₀ ), The total inversion amount is ΔD ₁ + ΔD ₂ + ΔD _Three Since + ..., the total F value F _total Is F _total = Ln (ΔD ₁ + ΔD ₂ + ΔD _Three + ...) However, this F _total ΔF converted to an easy-to-handle order _i Since the calculation from 1 requires complicated calculation rather than simple addition, the same significant figure and accuracy problem as described above eventually occur.
[0038]
Therefore, the present inventors have further studied, and equivalent degradation time t as follows _EQ We found that the method using the new concept is effective. The equivalent deterioration time is the degree of deterioration of the recording magnetization when the magnetic recording medium is held at a constant temperature within a certain time interval, and is the holding time at room temperature of the magnetic recording medium that causes the same deterioration of the recording magnetization. The physical quantity represented. This method does not directly calculate the amount of deterioration of recording magnetization, so the amount of deterioration cannot be directly known. However, the above equivalent degradation time is the number of significant digits of a normal computer, and is an amount that can be handled without performing accuracy guarantee calculation. Moreover, the total equivalent deterioration time can be estimated by simply adding the equivalent deterioration times in each time step. For this reason, the magnetic recording apparatus can be designed by a simple method.
[0039]
For simplicity, KuV / k as the thermal stability parameter _B T = β (T) and equivalent degradation time t _EQ Β at room temperature, which is the standard for calculating _st And In this case, at time step Δt, equation (4) is
N (Δt) / N ₀ = Exp (-A · exp (-β) · Δt)
= Exp (-A · exp (-β _st ) ・ Δt _EQ )
It is expressed. β is a thermal fluctuation stability coefficient with respect to the temperature T of the magnetic recording medium at each time step Δt. From this formula:
Δt _EQ = Δt · exp (β _st ) / Exp (-β)
= Exp (ln (Δt) -β + β _st )
Is obtained. The above (ln (Δt) −β + β _st ) Is the amount of orders that can be handled without taking into account large significant digits and accuracy guarantee calculations. Δt thus obtained _EQ Is simply added for the necessary time increments, the equivalent deterioration time t corresponding to the amount of deterioration of the recording magnetization as a whole is obtained. _EQ Can be calculated easily. That is, β _st When this medium is left at room temperature, it can be easily understood how many seconds (hours, years) the amount of deterioration in recording magnetization corresponds to. Therefore, the amount of deterioration required in the design of the medium or system (generally difficult to indicate with a specific amount of magnetization) can be expressed by an extremely easy-to-understand index called the retention time required by the system.
[0040]
Judgment as to whether the recording magnetization of a magnetic recording medium is stable depends on the requirements for the system, but in general there is some β _st Stable storage time t for magnetic recording media having _st It can be expressed by the index. β _st And t _st The value of is not generally definable and varies widely depending on the system used. As described above, in the present invention, β _st Is over 60 and t _st Assumes a magnetic recording device of 5 years or more. The present invention uses the above values and targets as the stable storage time t _st And total equivalent deterioration time t _EQ (= ΣΔt _EQ ) Is t _EQ <T _st A magnetic recording medium that satisfies the above-described relationship and can achieve the performance required by the heat-assisted HDD system is provided. In the present invention, the medium, the recording system, and the entire system are designed so as to satisfy this relational expression. Note that, since the recording magnetization is usually within an allowable range even if it deteriorates by about 10%, t _st / 10 <t _EQ Satisfying this relationship is sufficient.
[0041]
In this method, it is a problem to consider how much time is set for the time step Δt. For example, if only one time step is taken in all processes of temperature increase, maximum temperature, and cooling of the magnetic recording medium, the equivalent deterioration time t _EQ Is clearly underestimated. In general, the time during which the magnetic recording medium is held at a temperature equal to or higher than the temperature obtained by adding 1/10 of the temperature difference between the highest temperature and the room temperature in the temperature profile of the heated magnetic recording medium to room temperature is divided into ten. It is reasonable to do the above. Further, when comparing under various recording conditions and medium conditions, it is preferable to set the time increment Δt to a value smaller than 10 ns because the comparison is easy. Adopting the smaller value of the above two Δt as Δt is preferable because underestimation can be avoided. However, since the reciprocal value of the constant A used in the basic formula is on the order of ns, it is not preferable to reduce the time step Δt to less than 1 ns because the advantage of the method according to the present invention is reduced. Therefore, the maximum temperature reached at a certain position of the heated magnetic recording medium is expressed as T _max , T _R When the magnetic recording medium is (T _R + (T _max -T _R ) / 10) A value t obtained by dividing the time maintained at the above temperature into 10 equal parts _i And t _i Is 1 to 10 ns, Δt = t _i , T _i Is greater than 10 ns, Δt = 10 ns, t _i Is preferably set to Δt = 1 ns.
[0042]
The above relation t _EQ <T _st Specific parameters that influence the design of a magnetic recording device that satisfies the following conditions include the following. For example, the time change T (t) of the temperature of the magnetic recording medium, the amount of heat applied from the heater, the recording frequency, the disk rotation speed, the control parameters on the device such as the distance between the heater and the magnetic head, and Ku (T ) And other control parameters on the medium.
[0043]
In order to control the time change T (t) of the temperature of the magnetic recording medium, a method as used in a normal optical recording medium can be used. For example, by stacking a heat sink layer having a high thermal conductivity on the magnetic recording layer, dT / dt can be changed in the increasing direction. Conversely, by stacking a heat insulating dielectric layer on the magnetic recording layer, dT / dt can be changed in a decreasing direction. When laser heating is performed, the light absorption rate and the film thickness can be designed, and a plurality of layers that cause light absorption can be provided to reduce dT / dt. Further, when laser heating is performed, T (t) of the medium can be adjusted by irradiation power, beam diameter, irradiation pattern (continuous, pulse), and the like. The moving speed of the medium with respect to the laser beam can also be an adjustment parameter. In the case of a system in which the moving speed cannot be arbitrarily changed as in a conventional HDD device, T (t) can be adjusted by changing the irradiation power or the pulse interval with respect to the moving speed. A similar method can be used in the case of induction heating. The heating method may be changed with respect to time.
[0044]
The Ku (T) of the magnetic recording layer can be basically controlled by selecting a material system. Ku (T) can also be controlled by adding a magnetic or nonmagnetic material to the magnetic recording layer, or by changing the fine structure of the magnetic recording layer. If a ferrimagnetic material having a Curie point higher than the highest temperature is used, a magnetic recording layer having a small change in Ku with respect to a temperature change can be realized. In addition, multiple magnetic recording layers (ferri, ferro, antiferromagnet, etc.) with different temperature dependence of magnetic properties are stacked and exchange-coupled or magneto-statically coupled, resulting in more complex magnetic properties. Dependencies can be realized.
[0045]
In the above discussion, the leakage magnetic field acting between the magnetic particles is ignored. This is because the leakage magnetic field is a quantity sensitive to the fine structure and is a physical quantity that is difficult to evaluate unless a first-principles simulation such as an LLG simulator is used. Although it is necessary to use such a simulation in the stage of optimizing the design in detail, the magnetic recording apparatus design method according to the present invention provides a method for obtaining a simple design guideline in the previous stage. .
[0046]
In the magnetic recording apparatus and design method according to the present invention, Δt _EQ Is sufficient for the time after the formation of magnetization transition on an arbitrary recording track of the magnetic recording medium. Hereinafter, this point will be described. During recording operation, recording is performed on a locally heated portion using a magnetic head, so that the magnetic recording medium is in a state where the magnetic recording medium is accelerated by thermal fluctuation or paramagnetic in the process of recording. It may be in a state. However, immediately after the magnetic head passes over the point to be recorded on the medium or the point to form the magnetization transition, the thermal fluctuation must be reduced to fix the magnetization direction. The most severe point of this condition is the position where the magnetization transition is formed on the recording track. The magnetization transition is formed by reversing the direction of the magnetic field supplied from the head at high speed. In other words, at the magnetization transition position, after the head has moved slightly, a change occurs in which the direction of the magnetic field supplied up to that point is abruptly reversed. At this time, if the thermal fluctuation at the magnetization transition position remains in an accelerated state, it is difficult to form a steep magnetization transition due to the strong influence of the reversal of the head magnetic field. Therefore, the thermal fluctuation acceleration must be kept low immediately after the magnetization transition is formed. In order to satisfy this requirement, Δt with respect to the time after the formation of the magnetization transition on an arbitrary recording track of the magnetic recording medium. _EQ T obtained by adding _EQ Is t _EQ <T _st As long as the relationship is satisfied.
[0047]
By the way, for example, when only the operation of scanning and heating a laser beam on the recording magnetic domain of the recording layer is performed, the magnetic domain is demagnetized due to acceleration of thermal fluctuation, but the recording layer reaches the maximum temperature. If a magnetic field capable of maintaining a reversal magnetic domain is applied from the magnetic head between the time when the recording layer is cooled to a temperature at which the deterioration of magnetization can be tolerated, demagnetization at a level causing a system problem occurs. There is nothing. However, if the magnetic field application time by the magnetic head is long, high-speed recording may not be possible.
[0048]
Therefore, in another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the functional layer provided under the recording layer exhibiting perpendicular magnetic anisotropy is in a direction to support the reversal magnetic domain from the recording layer immediately after recording. A magnetic field (support magnetic field) is applied.
[0049]
The generation of the support magnetic field is due to the spatial distribution of the residual magnetization of the functional layer immediately after recording. Since the influence of the leakage magnetic field generated from the functional layer reaches the recording layer, this can be said to be a state in which the functional layer and the recording layer are magnetostatically coupled. In order for the functional layer to generate a support magnetic field during the recording operation, (1) the magnetization switching region of the functional layer exists immediately below the magnetization switching region of the recording layer, and (2) the functional layer has a residual magnetization component in the vertical direction. It is sufficient to satisfy the two conditions of having The amount of residual magnetization and the strength of the leakage magnetic field are not generally limited. This is because the leakage magnetic field strength has the effect of suppressing the thermal fluctuation acceleration phenomenon, but how much it should be suppressed depends on the operating conditions (linear velocity of the medium, heating temperature, recording magnetic field) and settings adopted by the system. This is because it varies depending on the lifetime (stable conditions).
[0050]
A nonmagnetic layer having a thickness of 1 nm or more may be provided between the recording layer and the functional layer. As described above, an exchange coupling interaction may act between the recording layer and the functional layer. However, when the magnetization reversal of the functional layer can be easily performed, it is preferable to sandwich a nonmagnetic layer between the recording layer and the functional layer for the purpose of deliberately eliminating the exchange coupling interaction. If the thickness of the non-magnetic layer is 1 nm or more, the purpose of eliminating the exchange coupling interaction can be achieved. However, if it is desired to eliminate the non-uniformity due to the film thickness distribution and make only the magnetostatic coupling more reliable, the thickness is 3 nm or more. Is preferable. Non-magnetic material is SiO ₂ A dielectric such as, a metal such as Ti, and a semiconductor such as Si are not particularly limited.
[0051]
Hereinafter, a process in which a leakage magnetic field is generated by the spatial distribution of the residual magnetization of the functional layer will be described with an example. First, a case where the functional layer is an in-plane magnetization film at room temperature and has residual magnetization in the medium perpendicular direction near the medium temperature during recording operation will be described. FIG. 4A schematically shows the state of magnetization of the functional layer 2 and the recording layer 3 described above. The arrows shown in the functional layer 2 and the recording layer 3 in FIG. 4A indicate the direction of spin in each layer. FIG. 4B schematically shows the spatial distribution of the residual magnetization Mr 磁化 in the vertical direction in the functional layer 2.
[0052]
As shown in FIG. 4A, the portion surrounded by the dotted lines of the recording layer 3 and the functional layer 2 is heated by the recording head 15 including the heating means and the magnetic head, and in the direction indicated by the white arrow. A recording magnetic field is applied and the recording layer 3 undergoes magnetization reversal. At this time, the functional layer 2 showing the vertical magnetization spatial distribution as shown in FIG. 4B is equivalent to a bar magnet magnetized upward. For this reason, a leakage magnetic field is generated from the functional layer 2 toward the recording layer 3 in the direction indicated by the hatched arrow in the figure. This is the support magnetic field from the functional layer 2, and this support magnetic field can prevent re-magnetization of the recording layer 3 due to acceleration of thermal fluctuation immediately after recording.
[0053]
The functional layer 2 showing the spatial distribution of magnetization as shown in FIG. 4B has a remanent magnetization component in the vertical direction. Further, in order for the support magnetic field to be directed in the direction in which the spin of the recording layer 3 is retained, it is preferable that the functional layer 2 undergoes magnetization reversal simultaneously with the recording layer 3. This is because if the functional layer 2 does not reverse the magnetization, the generation direction of the leakage magnetic field is always constant and the support effect is lost. The magnetization reversal region of the functional layer 2 does not necessarily have to completely overlap with the magnetization reversal region of the recording layer 3 at the same position. For example, the magnetization switching region of the functional layer may be smaller or larger than the magnetization switching region of the recording layer. In addition, if there is even a slight magnetization reversal region of the functional layer immediately below the region where the recording layer has undergone magnetization reversal, it is possible to prevent magnetization reinversion due to acceleration of thermal fluctuations of the recording layer. And the magnetization reversal region of the functional layer may be slightly deviated from each other and only partially overlap. In particular, since the thermal fluctuation acceleration is intense at the highest temperature portion in the heating region of the recording layer 3, the magnetization reversal region of the functional layer 2 is in the recording layer 3 so that a stronger support magnetic field is applied to that portion. It is preferably in the vicinity of the high temperature portion.
[0054]
As described above, when a functional layer that is an in-plane magnetization film at room temperature and has a remanent magnetization in the perpendicular direction at the recording operation temperature is used, the functional layer other than the heating portion is used as shown in FIG. Since the perpendicular magnetization is zero, it is possible to generate a leakage magnetic field efficiently and with high strength, which is preferable.
[0055]
Further, the functional layer is an in-plane magnetization film at room temperature, and the transition temperature T _s Thus, a perpendicular magnetization film is formed and the transition temperature T _s Is preferably lower than the highest temperature reached by the functional layer during the recording operation. In this case, a strong leakage magnetic field can be generated efficiently. In particular, it is preferable that the heated portion of the functional layer is a perpendicular magnetization film because the residual magnetization component increases and the leakage magnetic field strength increases.
[0056]
Next, the case where the functional layer is a perpendicular magnetization film from room temperature to a temperature higher than the recording temperature will be described. An example of the spatial distribution of the residual magnetization in the vertical direction of the functional layer during heating and the leakage magnetic field generated by the functional layer, which is a perpendicular magnetic film in the entire temperature region during such a recording operation, is shown in FIGS. Is shown schematically. This example shows a case where the maximum temperature reached by the functional layer exceeds the Curie temperature of the functional layer during the recording operation. FIG. 5A shows a case where an upward recording magnetic field is applied from the recording head, and FIG. 5B shows a case where a downward recording magnetic field is applied from the recording head. In the figure, hatched arrows indicate the leakage magnetic field, and the length of the arrow indicates the magnitude of the leakage magnetic field. As shown in FIGS. 5A and 5B, a downward leakage magnetic field is generated from the functional layer regardless of whether the recording magnetic field is upward or downward.
[0057]
Further, with respect to the functional layer that is a perpendicular magnetization film in the entire temperature region during the recording operation, another example of the spatial distribution of the residual magnetization in the perpendicular direction of the functional layer during heating and the leakage magnetic field generated thereby is shown in FIG. This is schematically shown in (B). This example shows a case where the maximum temperature of the functional layer does not exceed the Curie temperature of the functional layer during the recording operation. In this case as well, as in FIGS. 5A and 5B, a downward leakage magnetic field is generated from the functional layer regardless of whether the recording magnetic field is upward or downward.
[0058]
In any case, by applying a constant bias magnetic field of the size and direction indicated by the black arrow on the right side of the figure (the upward direction is intermediate between the leakage magnetic field of A and the leakage magnetic field of B), FIG. As in the case of (B), a support magnetic field that suppresses thermal fluctuation deterioration acceleration can be applied to the recording layer.
[0059]
This bias magnetic field may be generated from a head or a magnetic recording apparatus. Further, if a bias layer that does not cause magnetization reversal is newly provided under the functional layer and arranged so as to show a spatial distribution of residual magnetization similar to that in FIG. 4B, a bias magnetic field due to a leakage magnetic field can be applied only during heating. Can be applied. Various bias layer materials that do not cause magnetization reversal include materials whose Curie temperature is higher than the highest temperature of the medium, rare earth-transition metal alloys having an RE rich composition, and materials whose coercive force during recording operation is higher than the recording magnetic field. You can choose from.
[0060]
Next, the functional layer is a perpendicular magnetization film at room temperature, and the room temperature T _R Remanent magnetization Mr (T _R ) And temperature T higher than room temperature _x Remanent magnetization Mr (T _x ) Mr (T _x ) ＞ Mr (T _R ) And temperature T _x Will be described below when the temperature is equal to or lower than the maximum temperature reached by the functional layer during the recording operation. Such a functional layer is preferable because it has characteristics that the residual magnetization in the vertical direction increases with temperature in the heating region and can generate a larger leakage magnetic field.
[0061]
FIG. 7A and FIG. 7B schematically show examples of the spatial distribution of the residual magnetization in the vertical direction of the functional layer and the leakage magnetic field generated thereby when such a functional layer is heated. In this case, unlike the case of FIG. 5 or FIG. 6, the support magnetic field can be generated without a bias magnetic field. Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, the intensity of the leakage magnetic field may be different between the case where the recording magnetic field is upward and the case where the recording magnetic field is downward. When the difference in the intensity of the leakage magnetic field becomes a problem on the system, a bias magnetic field may be applied as in the case of FIG. 5 or FIG.
[0062]
The same is true for Mr (T _x ) And Mr (T _R This also applies when the signs of) are different. An example is shown below. First, the temperature dependence of magnetization in this case is as shown in FIG. If the remanent magnetization at room temperature is negative, the remanent magnetization is positive in the high temperature region near the recording operation. At this time, the spatial distribution of magnetization and the generation of the leakage magnetic field caused thereby are as shown in FIGS. It should be noted at this time that when an upward recording magnetic field is applied, the magnetization of the functional layer is downward in the high temperature region where the recording operation is performed, so that an inverted magnetic domain is formed. ,That's what it means. On the contrary, when a recording magnetic field in the downward direction is applied, a reversed magnetic domain cannot be formed for the same reason. In these cases, the spatial distribution of residual magnetization and the leakage magnetic field are as shown in FIGS. That is, the upward leakage magnetic field is an upward leakage magnetic field, and the downward recording magnetic field is a downward leakage magnetic field.
[0063]
Examples of the functional layer include rare earth-transition metal alloys. For example, Tb-Fe, Tb-Fe-Co, Tb-Co, Gd-Tb-Fe-Co, Gd-Dy-Fe-Co, Nd-Fe-Co, Nd-Tb-Fe-Co, and the like. These materials have been put to practical use as magneto-optical (MO) recording media, and the magnetization increases with temperature as shown in FIG. 7 by setting the rare earth-rich composition, compensation composition, or TM-rich composition to the vicinity of the compensation composition. It is preferable because the characteristics can be easily obtained.
[0064]
The functional layer includes a unit in which a first functional layer and a second functional layer formed of magnetic materials having different Curie temperatures are laminated so as to be antiferromagnetic exchange coupled, and this unit is repeated one or more times. It may be used. In this case, the magnetic characteristics of the first functional layer and the second functional layer have a relationship as shown in FIG. The thick line in the figure indicates the total magnetization. That is, since the Curie temperatures of the two are different, the total magnetization shows a change that increases from low temperature to high temperature. If such a functional layer is used, the spatial distribution of magnetization as shown in FIG. 7 can be easily obtained.
[0065]
In order for the antiferromagnetic exchange coupling interaction to work between the first functional layer and the second functional layer, for example, a nonmagnetic layer having a thickness of 5 nm or less may be inserted between them. As the nonmagnetic layer, for example, Ru, Re, Rh, Ir, Tc, Au, Ag, Cu, Mn, Si, Cr, or an alloy or oxide thereof can be used.
[0066]
In addition, among the so-called antiferromagnetic materials, there are materials that exhibit ferrimagnetism depending on conditions such as temperature conditions and crystal orientation planes, and such materials can also be used as a functional layer.
[0067]
As a material exhibiting antiferromagnetism, there is a thinned antiferromagnetic material having a Neel temperature higher than room temperature. For example, an alloy of Fe, Cr, Co, specifically, Mn—Ni, Mn—Pd, Mn—Pt, Cr—Pd, Cu—Mn, Au—Mn, Au—Cr, Cr—Mn, Cr—Re, Cr-Ru, Fe-Mn, Co-Mn, Fe-Ni-Mn, Co-Mn-Fe, Ir-Mn, etc., and ordered alloys, specifically AuMn, ZnMn, FeRh, FeRhIr, Au ₂ Mn, Au _Five Mn ₁₂ , Au _Four Cr, NiMn, PdMn, PtMn, PtCr, PtMn _Three , RhMn _Three In addition to this, Mn _Three Pt—N, CrMnPt, PdPtMn, NiO, CoO and the like are known.
[0068]
In another embodiment of the present invention, the unit composed of the functional layer / recording layer may be repeatedly laminated one or more times. For example, a laminated structure of substrate / underlay / functional layer / recording layer / functional layer / recording layer can be mentioned. In this case, a leakage magnetic field acts from both sides of the recording layer, and a larger magnetostatic coupling is obtained, which is preferable. However, since the total film thickness tends to be large in such a laminated structure, it is preferable that the functional layer or recording layer included in one unit is thin.
[0069]
【Example】
Example 1
A magnetic recording device having the structure shown in FIG. 11 was produced. The magnetic recording medium is made of SiO2 having a thickness of 100 nm on a glass substrate 21 of 2.5 inches. ₂ A first underlayer 22 made of ZnO, a second underlayer 23 made of ZnO with a thickness of 140 nm, a magnetic recording layer 24 made of CoCrPt with a thickness of 20 nm, and a protective layer 25 made of carbon with a thickness of 10 nm. . This magnetic recording apparatus is provided with a slider 27 to which a magnetic head having a recording / reproducing element 26 at the tip is attached, similar to that used in a normal HDD apparatus. When the magnetic recording medium is rotated, the slider 27 and the recording / reproducing element 26 are arranged in a floating state on the magnetic recording medium. In this magnetic recording apparatus, when the magnetic recording medium is rotated at 4500 rpm, a flying height of 30 nm can be obtained. A laser 28 is arranged below the magnetic recording medium so as to correspond to the position of the recording / reproducing element 26. Then, a laser beam having a wavelength of 641 nm condensed to a diameter of 900 nm is applied to the magnetic recording layer 24 immediately below the recording / reproducing element 26 from the glass substrate 21 side of the medium.
[0070]
This magnetic recording layer has a Ku of 8 × 10. ⁶ erg / cc, coercive force Hc is 4 kOe, and β (T) = KuV / k at room temperature (25 ° C.) _B T value (room temperature stability coefficient β _st ) Was 80. When the temperature dependence of the coercive force of the magnetic recording layer was measured, the coercive force decreased almost linearly with respect to the temperature, and the temperature at which the coercive force Hc became almost zero (Curie point Tc) was 600 K (327 ° C.). there were.
[0071]
This magnetic recording medium was rotated at a linear velocity of 5 m / s, and the temperature change when the laser beam was continuously irradiated at a power of 5 mW was calculated by a temperature distribution analysis simulator. The result is shown in FIG. In FIG. 12, the temperature change of the magnetic recording medium is indicated by a dotted line. Further, the elapsed time is displayed with the time when the maximum temperature of the magnetic recording medium is reached as zero. From FIG. 12, it can be seen that the temperature of the magnetic recording medium rises in about 50 ns, and the magnetic recording medium is cooled in about 100 ns after reaching the maximum temperature.
[0072]
This magnetic recording medium is heated under the above-described conditions, and Δt at time increment Δt = 4.2 ns. _EQ And calculate the integration (t _EQ ) Was calculated. In FIG. 12, Δt is indicated by a broken line. _EQ Change, t integrated with solid line _EQ Shows changes. FIG. 12 shows the stable storage time t of this system. _st = Indicates the level of 10 years.
[0073]
As is apparent from FIG. 12, when the laser beam is scanned on the recording magnetic domain with the above power, thermal fluctuation is accelerated in the recording magnetic domain and demagnetization occurs. On the other hand, as shown in FIG. 12, if a recording magnetic field is supplied from the head during at least 46.2 ns after the magnetic recording medium reaches the maximum temperature, the subsequent equivalent deterioration time t _EQ Is t _st = Less than 10 years, no fatal demagnetization occurs on the system. This means that if a recording transition of the head is provided behind the position where the heated magnetic recording medium reaches the maximum temperature (the trailing edge side) to form a magnetization transition, thermal demagnetization will not occur. It means that it can be recorded. Thus, a design guideline for the optimum position of the recording gap with respect to the laser irradiation position can be easily obtained.
[0074]
In order to confirm the above calculation results, a recording experiment at a single frequency was performed under the above operating conditions. First, recording was performed sequentially while shifting the position of the laser spot irradiated from the medium substrate surface in increments of 50 nm (corresponding to 10 ns), and the relationship between the relative distance of the laser spot to the recording gap and the reproduction signal intensity was examined. As a result, when the laser spot was separated from the recording gap position by 250 nm (corresponding to 50 ns) or more on the trailing side, a signal intensity of 30 dB or more was obtained with a CNR, but when the relative distance was 200 nm (corresponding to 40 ns) or less. The signal intensity dropped rapidly to about 10 dB. When the relative distance is 250 nm (corresponding to 50 ns) or more, the signal intensity decreases as the distance increases. This is presumably because sufficient recording could not be performed because the temperature rise of the magnetic recording medium was small.
[0075]
Next, recording was performed by setting the position of the laser spot to 250 nm (corresponding to 50 ns) from the recording gap to the trailing edge side, and an inverted magnetic domain was formed at a single frequency. Thereafter, the laser beam was irradiated with the same power as described above for one round of the disk without applying a recording magnetic field. When the signal intensity was examined with the reproducing head, the signal intensity was reduced to almost the noise level.
[0076]
(Example 2)
A magnetic recording apparatus similar to that of Example 1 except that a magnetic recording layer having a composition different from that of Example 1 and having a coercive force Hc of almost zero (Curie point Tc) of 500 K (= 227 ° C.) was used. Produced. Β of magnetic recording layer _st Was 150. Stable storage time t required for this system _st Is 5 years.
[0077]
For this magnetic recording apparatus, a recording experiment was conducted in the same manner as in Example 1. As a result of performing the same analysis as in FIG. 12, the magnetic field application time (delay) necessary for recording was 54.6 ns. Actually, a large CNR was obtained when the distance between the recording gap and the laser spot was 300 nm (corresponding to 60 ns) or more.
[0078]
In the same manner as in Example 1, an experiment was performed in which only a laser beam was applied to a signal recorded at a single frequency with an optimum distance between the recording gap and the laser spot, without applying a recording magnetic field. However, in this example, the irradiation power was changed, and the relationship between the reproduction signal intensity after irradiation and the power was examined.
[0079]
Prior to the experiment, the method of the present invention _EQ The result of estimating is shown in FIG. From FIG. 13, t is the stable storage time of the system. _st = Irradiation conditions satisfying 5 years are 0.4 mW or less. The stability condition of the magnetic recording apparatus of the present embodiment is defined as a 1.5 dB reduction in CNR after 5 years.
[0080]
According to experiments, the relationship between irradiation power and CNR reduction is 2.5 dB at 0.5 mW, 1.8 dB at 0.4 mW, 1 dB at 0.3 mW, and the validity of the design according to the present invention is shown. It was.
[0081]
When actually designing and prototyping a magnetic recording apparatus, it is very difficult to perform an experiment under all conditions and determine the specifications from a slight decrease in the obtained CNR in consideration of measurement errors. As shown in this embodiment, a design guideline can be easily obtained by using the method of the present invention.
[0082]
Example 3
SiO ₂ A magnetic recording apparatus similar to that of Example 1 was manufactured except that the base layer was omitted, the base layer was only ZnO having a thickness of 100 nm, and the magnetic recording layer was CoPt-O having a thickness of 20 nm. This magnetic recording layer has a temperature at which the coercive force Hc becomes substantially zero (Curie point Tc) of 1420 K, β _st Was 150. Stable storage time t required for this system _st Is 5 years.
[0083]
With respect to this magnetic recording apparatus, as in Example 2, an experiment was performed in which laser irradiation was performed after heat-assisted magnetic recording. However, in this embodiment, in order to investigate cross-erasure resistance, the laser irradiation position was displaced from the initial recording track in increments of 10 nm, and playback was performed again after returning to the initial recording track position, and the deterioration of the signal intensity was examined. . The magnetic recording layer used in this example is β _st Is relatively large, and it was expected that cross-erasing resistance was high.
[0084]
FIG. 14 shows the result of estimating the thermal fluctuation acceleration (cross erase) of the adjacent track for this magnetic recording apparatus by the method of the present invention. In FIG. 14, the horizontal axis represents the laser irradiation power (mW), and the vertical axis represents the region where the thermal fluctuation is accelerated and the magnetization disappears (demagnetized), the signal drop defined by the system occurs, and the stability condition is not satisfied. In FIG. 14, for comparison with the irradiated laser spot, the size of the magnetization disappearance region is described as a distance from the track center, that is, a magnetization disappearance radius (nm).
[0085]
As can be seen from FIG. 14, the magnetization disappearance radius is zero up to the irradiation power of 3 mW. Therefore, no magnetization disappears even if laser irradiation is performed immediately above the reversed magnetic domain as shown in FIG. However, when the irradiation power is 4 mW, magnetization disappears in a region of about 300 nm from the track center.
[0086]
In an actual heat-assisted magnetic recording system, only the laser irradiation is not performed on the reversal magnetic domain without applying a recording magnetic field. However, there is a problem that the magnetization of the adjacent track is damaged by the heat during the recording operation. From the result of FIG. 14, when performing the recording operation with the laser irradiation power of 4 mW, it is necessary to set at least the distance to the adjacent track (specifically, the distance to the edge of the reversed magnetic domain in the adjacent track) to 300 nm or more. There is a design guideline that there is.
[0087]
Such a design guideline can be obtained by simply changing parameters in response to a specific design requirement such as how much a margin of laser irradiation power should be set when using media having different magnetic characteristics. It can be easily calculated. It is time-consuming and inefficient to perform these design operations only by experiments, but the design operations can be easily performed using the method of the present invention.
[0088]
Example 4
In this example, the thermal fluctuation when the perpendicular magnetic recording medium was irradiated with a short pulse light was examined. A perpendicular magnetic recording medium having a configuration of glass substrate / soft magnetic underlayer with a thickness of 300 nm / CoCrPt magnetic recording layer with a thickness of 15 nm / carbon protective layer with a thickness of 2 nm was prepared. This magnetic recording layer is β _st Was 80, and the temperature at which the coercive force Hc became almost zero (Curie point Tc) was 500 K (= 227 ° C.).
[0089]
Although it is difficult to directly know the thermal conductivity of each layer constituting the medium, it was estimated by the following method. In this method, a sample is placed on a heat sink, and the temperature is changed from a liquid nitrogen temperature to several hundred degrees Celsius. At each temperature, a laser beam with a diameter of 100 μm is irradiated with such a weak power that the sample is not heated, and the temperature dependence of the reflectance is examined. Next, the laser beam is irradiated with being narrowed down to several μm to generate a local steady temperature distribution, and the reflectance at that time is measured. This result is reproduced by simulation, and the equivalent thermal conductivity is obtained when it is regarded as a thermal conductivity of each layer or a single layer by fitting. The accuracy of the fitting can be improved by performing this measurement-simulation operation at different atmospheric temperatures in the heat sink used. As a result of this measurement, it was found that the thermal conductivity of each layer was approximately 10% of the bulk value. Since it is known that the thermal conductivity of a thin film falls to several tens of percent or less of the bulk value, fitting is performed using a value in the vicinity thereof as a starting value, or the thermal conductivity of the thin film is assumed to be 10% of the bulk value. And t in the method according to the invention _EQ Even if it evaluates, the big error does not arise.
[0090]
Using the constants obtained as described above, the temperature response when the medium was rotated at a linear velocity of 30 m / s and irradiated with a laser pulse of FWHM 50 nm, 0.51 mW, 5 ns was calculated. Based on the response, t _EQ The results of evaluating are shown in FIG. In FIG. 15, the temperature change of the magnetic recording medium is indicated by a dotted line. Stable storage time t required for this system _st Assuming that the period is 10 years, signal degradation occurs when only laser irradiation is performed. However, if the recording magnetic field is supplied from the head during at least 0.333 ns after the magnetic recording medium reaches the maximum temperature, signal deterioration does not occur thereafter. Therefore, it is suggested that if the recording gap position and the laser spot position are adjusted to substantially the same position, it is possible to form a magnetization transition by the temperature distribution.
[0091]
Thus, in the method of the present invention, an appropriate system design for a given medium can be easily performed.
[0092]
(Example 5)
A magnetic recording medium was produced as follows. On a 2.5-inch glass substrate, a 30 nm thick Ti seed layer, a 30 nm thick NiFeCo functional layer, and a 10 nm thick (Fe ₅₃ Pt ₄₇ ) -SiO ₂ A recording layer and a carbon protective layer having a thickness of 3 nm were sequentially laminated by sputtering, and a lubricant was applied. Between the deposition of the functional layer and the recording layer, exposure was performed for 1 minute in an Ar atmosphere of 0.5 Pa.
[0093]
When the microstructure of the recording layer was examined using a transmission electron microscope (TEM), columnar magnetic crystal particles (diameter: about 5 nm) mainly composed of FePt were mainly amorphous SiO. ₂ The structure is divided by a non-magnetic portion consisting of The magnetic characteristic of the recording layer alone has a main axis of easy magnetization in the perpendicular direction, and the magnetic anisotropy energy density Ku is 6 × 10 6 based on VSM measurement and magnetic torque measurement. ⁷ estimated to be erg / cc. The coercivity of the recording layer at room temperature was 15 kOe. Similarly, the magnetic characteristics of the functional layer alone have an easy axis of magnetization in the in-plane direction, and the coercive force is 300 Oe. However, it also has a remanent magnetization component in the film perpendicular direction, and has a coercive force of 400 Oe and a remanent magnetization of 100 emu / cc in VSM measurement in the film perpendicular direction.
[0094]
This functional layer also serves as a soft magnetic underlayer. That is, since the magnetic flux emitted from the single magnetic pole head flows through the underlayer to the return magnetic pole, the efficiency of the recording magnetic field is improved, and the applied magnetic field strength (recording magnetic field strength) is approximately doubled. This effect is that, in an experiment in which normal perpendicular magnetic recording is performed using CoCrPtTa having a thickness of 20 nm for the recording layer, a reproduction signal intensity and an overwrite value with respect to a current (magnetomotive force) applied to the recording head provide a functional layer. It was also confirmed by the increase.
[0095]
It was also confirmed from the hysteresis loop that the recording layer and the functional layer were in a magnetostatic coupling state. That is, characteristics as schematically shown in FIG. 16 were obtained. In this figure, H ₁ Is the coercivity of the recording layer, H ₂ Is the coercivity of the functional layer. The hysteresis of both the recording layer and the functional layer is symmetric with respect to the axis of H = 0. ₂ And H _{twenty two} There was virtually no difference. On the other hand, when the recording layer and the functional layer are strongly exchange-coupled, H ₂ And H _{twenty two} Are both asymmetric hysteresis loops that fall into the portion where H> 0.
[0096]
Since the recording layer has a coercive force of 15 kOe at room temperature, it is impossible to perform recording at room temperature using a normal magnetic recording head. However, since the coercive force decreases with temperature, the recording layer can also perform magnetic recording when heated to a certain temperature. Similarly, the coercive force of the functional layer also decreases with temperature, but the functional layer of this example already has a coercive force enough to cause magnetization reversal at the recording head at room temperature. Therefore, it is obvious that the functional layer undergoes magnetization reversal at a temperature at which the recording layer undergoes magnetization reversal.
[0097]
The dynamic characteristics of the magnetic recording medium were evaluated with a HDD recording / reproduction evaluation apparatus. The rotational speed was 4500 rpm, and perpendicular magnetic recording using a single pole head was performed. The reproducing head using the GMR element had a gap of 110 nm. The magnetic spacing was estimated to be 30 nm from the flying height and the lubricant thickness. A single frequency recording of 400 kfci was performed, and a carrier / noise ratio (CNR) measurement was performed. A laser with a wavelength of 633 nm was used for local heating. The functional layer / recording layer portion was irradiated with a laser beam from the back side of the substrate via an external low floating lens. The design was made so that both the external low floating lens and the substrate were SIL lenses, and the functional layer / recording layer portion was focused. The diameter of the laser spot is about 500 nm in FWHM. By driving the head with a precise piezo element, the light irradiation position and the gap position of the recording head were matched.
[0098]
First, magnetic recording was attempted without laser irradiation. It was found that the reproduced signal was mostly noisy and sufficient recording was not possible. This is a natural result considering the coercivity of the recording layer and the recording capability of the head. Next, recording was performed while irradiating a laser. The relationship between the laser irradiation power and the temperature rise of the medium was examined in advance by another experiment and simulation. The relationship between laser irradiation power and CNR is shown by a solid line in FIG. It can be seen that as the laser power increases, the reproduction signal increases and heat-assisted magnetic recording is achieved. The reason why the CNR tends to decrease on the high irradiation power side is presumed that the magnetic domain re-inversion phenomenon occurs due to acceleration of thermal fluctuation. The dotted line is the result for the recording layer alone medium. The irradiation power is converted to the one that brings about the same temperature rise. That is, the difference in CNR in the Y-axis direction is the difference in CNR obtained with the same medium heating temperature. As is clear from this, thanks to the presence of the functional layer, the thermal fluctuation acceleration phenomenon is suppressed, and a large signal can be obtained by the heat-assisted magnetic recording. However, if the heating is excessive, the thermal fluctuation acceleration is further advanced. Therefore, the thermal fluctuation acceleration can no longer be suppressed by the support magnetic field by the functional layer, and the signal intensity is lowered. The CNR value itself in this example is hardly a sufficient value for the system because the medium structure and the head structure are not optimized to obtain a large signal. However, this is a sufficient example to show the usefulness of the magnetic recording apparatus according to the present invention.
[0099]
(Example 6)
A magnetic recording medium was produced as follows. On a 2.5-inch glass substrate, a 5 nm thick NiAl seed layer, a 5 nm thick Ti underlayer, a 20 nm thick Ru underlayer, and a 10 nm thick (Co ₇₆ Pt _{twenty four} ) Cr _Ten -O functional layer, 3 nm thick Ru intermediate layer, [0.3 nm Co / 0.43 nm Pt] ₆ A recording layer and a carbon protective layer having a thickness of 3 nm were sequentially laminated by sputtering, and a lubricant was applied. The recording layer is a so-called magnetic artificial lattice film in which Co and Pt are alternately laminated six times.
[0100]
When the fine structure of the recording layer was examined using a TEM, a fine structure in which columnar magnetic crystal particles (diameter of about 6 nm) mainly composed of a multilayer film of Co and Pt were physically divided was observed. Although the intergranular substance could not be identified, it is assumed that the constituent material is amorphous Co-O. The single magnetic characteristics of the recording layer and the functional layer had a main axis of easy magnetization in the perpendicular direction, and the coercive forces were 11 kOe and 8 kOe, respectively. When the temperature change of the coercive force of the recording layer and the functional layer was examined, it was as shown in FIG. In this figure, Hw is the recording magnetic field strength and Tw is the recording temperature. Since the recording temperature is higher than the Curie temperature of the functional layer, the functional layer is reversed in magnetization during the recording operation. Therefore, it is assumed that the spatial distribution of magnetization during recording is as shown in FIG. Since the functional layer is a perpendicular magnetization film up to the vicinity of the Curie temperature, the portion that has not reached the Curie temperature in the heated portion during the recording operation naturally has a residual magnetization in the perpendicular direction.
[0101]
This was subjected to the same magnetic recording experiment as in Example 5. However, an electromagnet was installed on the laser irradiation side so that a bias magnetic field of 300 Oe was always applied. As a result, the characteristics shown by the solid line in FIG. 17 were obtained. When the polarity of the electromagnet was reversed, almost no reproduction signal was obtained, as shown by the dotted line in FIG.
[0102]
As an intermediate layer, 5 nm SiO ₂ Similar media were made using 3 nm Ti or 6 nm Si. In either case, it was confirmed that the recording layer and the functional layer were magnetostatically coupled. In the recording experiment, the same result as above was obtained.
[0103]
Also, under the NiAl seed layer, 100 nm Tb _{twenty five} A medium with a Co bias layer inserted was produced. This bias layer is RE-rich, and the Curie temperature seems to exceed 400 ° C. (Accurate Curie temperature cannot be measured because the film is crystallized). There is no. In addition, since a local distribution of magnetization as shown in FIG. 4 is obtained in the heated portion, a magnetic field having a constant direction and a constant intensity can always be applied to the medium. This medium was subjected to a recording experiment similar to the above. However, no magnetic field was applied by an electromagnet this time. As a result, the characteristics shown by the solid line in FIG. 17 were obtained. It was confirmed that the bias layer replaced the electromagnet.
[0104]
(Example 7)
A magnetic recording medium was produced as follows. A SiN underlayer having a thickness of 70 nm and a Gd having a thickness of 20 nm on a 2.5-inch glass substrate. _{twenty four} (Fe ₂₀ Co ₈₀ ) Functional layer, 5 nm thick SiN intermediate layer, [0.28 nm Co / 0.4 nm Pd] ₈ A recording layer and a carbon protective layer having a thickness of 3 nm were sequentially laminated by sputtering, and a lubricant was applied.
[0105]
When the fine structure of the recording layer was examined using a TEM, a fine structure in which columnar magnetic crystal particles (diameter of about 7 nm) mainly composed of Co or Pd were physically divided was observed. Although the intergranular substance could not be identified, it is assumed that the constituent material is amorphous Co-O. The magnetic characteristics of the recording layer alone were as follows: the main axis of easy magnetization in the perpendicular direction and the coercive force of 11 kOe. The functional layer exhibits in-plane magnetic anisotropy at room temperature, but the transition temperature T _s At a temperature of 150 ° C. or higher, a perpendicular magnetization film was obtained. When the temperature change of the coercive force of the recording layer and the functional layer was examined, it was as shown in FIG. Since the coercive force in this figure means the vertical direction, the coercive force of the functional layer is zero below the transition temperature. As is clear from this figure, T _s When recording is performed as described above, the functional layer is in a state of magnetization reversal and having a residual magnetization in the vertical direction.
[0106]
Further, the same magnetic recording experiment as in Example 5 was performed. As a result, the characteristics shown by the solid line in FIG. 17 were obtained.
[0107]
(Example 8)
A magnetic recording medium was produced as follows. A SiN underlayer with a thickness of 70 nm and a Tb with a thickness of 30 nm on a 2.5-inch glass substrate _{twenty five} (Fe ₅₀ Co ₅₀ ) Functional layer, 3 nm thick Pt intermediate layer, 10 nm thick (Fe ₅₃ Pt ₄₇ ) Cu _Ten Cr ₁₂ A recording layer and a carbon protective layer having a thickness of 3 nm were sequentially laminated by sputtering, and a lubricant was applied.
[0108]
When the fine structure of the recording layer was examined using TEM, columnar magnetic crystal grains (diameter: about 5 nm) mainly made of FePt were divided by nonmagnetic portions mainly made of Cr. Cu was almost uniformly distributed in the film. The magnetic characteristics of the recording layer alone were as follows: the main axis of easy magnetization in the perpendicular direction and the coercive force was 22 kOe. The functional layer had a main axis of easy magnetization in the vertical direction and a rare earth-rich composition with a coercive force of 8 kOe. When the temperature change of the coercive force of the recording layer and the functional layer was examined, it was as shown in FIG. As is apparent from this figure, when recording is performed at Tw or more, the functional layer undergoes magnetization reversal and has residual magnetization in the vertical direction during recording. The temperature dependence of the magnetization of the functional layer is as schematically shown by the thick line in FIG. For this reason, the leakage magnetic field from the functional layer during the recording operation is as shown in FIG.
[0109]
A magnetic recording experiment similar to that in Example 5 was performed. As a result, the characteristics shown by the solid line in FIG. 17 were obtained.
[0110]
In addition, as a functional layer, a 0.6 nm thick Co ₉₀ Cr _Ten A magnetic layer similar to the above using a unit in which a unit including a first functional layer, Ru having a thickness of 0.75 nm, a Co second functional layer having a thickness of 0.25 nm, and a Ru having a thickness of 0.75 nm is stacked. A recording medium was produced. It was confirmed from the hysteresis loop that this functional layer had a magnetic structure in which the CoCr magnetic layer and the Co magnetic layer were antiferromagnetically coupled. The Curie temperature is about 500K for CoCr alone and 1200K for Co alone. Therefore, the temperature dependence of the magnetic characteristics of the functional layer alone is due to the difference in Curie temperature, which is CoCr dominant at room temperature and Co dominant at high temperature, and exhibits ferrimagnetism as shown in FIG. . Therefore, it can be used for a heat-assisted magnetic recording medium exactly as in the above example.
[0111]
Several samples with different thicknesses of the first functional layer and the second functional layer were prepared, and the same recording / reproducing experiment was performed. As a result, it was found that heat-assisted magnetic recording can be performed only for a sample having a saturation magnetization value at room temperature of the first functional layer having a low Curie temperature larger than that of the second functional layer. The reason for this is that the success or failure of thermally assisted magnetic recording is essentially due to the fact that the magnetization of the functional layer increases with temperature.
[0112]
Example 9
Using the same material as in Example 7, a magnetic recording medium was fabricated in the order of functional layer / recording layer / functional layer. SiN having a thickness of 5 nm is inserted between the functional layer and the recording layer. From the hysteresis loop, it was found that the functional layer and the recording layer were each magnetostatically coupled. When this medium was subjected to a recording / reproducing experiment similar to that of Example 5, the results shown in FIG. 21 were obtained. In this figure, the solid line is the medium of Example 7, and the dotted line is the medium of this example. As can be seen from the figure, in the medium of this example, a larger signal is emitted during high power irradiation, and it can be seen that the acceleration of thermal fluctuation deterioration is further suppressed than in the case of Example 7. In addition, since it can be heated to a higher temperature, a large regenerative signal is obtained by expanding the inversion domain region. This is considered to be because the leakage magnetic field from the functional layer is doubled due to the lamination. Therefore, a medium having a functional layer thickness of 10 nm was produced and subjected to the same recording / reproducing experiment. As a result, a characteristic substantially coinciding with the solid line in FIG. 21 was obtained. This also confirmed that the magnetostatic coupling force (leakage magnetic field strength) was increased by the lamination.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a magnetic recording apparatus capable of high-density recording exceeding the thermal fluctuation limit can be easily designed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the arrangement of a magnetic recording medium, a magnetic head, and a laser in a magnetic recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the arrangement of a magnetic recording medium and a recording head in a magnetic recording apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a temporal change in temperature T of a magnetic recording medium.
FIG. 4 is a diagram schematically showing magnetization directions of a recording layer and a functional layer, a spatial distribution of magnetization of the functional layer, and a leakage magnetic field that form a magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a spatial distribution of magnetization and a leakage magnetic field of a functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view schematically showing a spatial distribution of magnetization and a leakage magnetic field of a functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a spatial distribution of magnetization and a leakage magnetic field of a functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram schematically showing temperature dependence of magnetization of a functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a spatial distribution of magnetization and a leakage magnetic field of a functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram schematically showing changes in magnetization of the first functional layer and the second functional layer forming a magnetic recording medium according to another embodiment of the present invention with respect to temperature.
FIG. 11 is a diagram schematically showing the arrangement of a magnetic recording medium, a magnetic head, and a laser in the magnetic recording apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows the temperature of the magnetic recording medium, Δt for the magnetic recording apparatus of Example 1 of the present invention. _EQ And t _EQ FIG.
FIG. 13 shows the distance from the recording track and t for the magnetic recording apparatus of Example 2 of the present invention. _EQ FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the laser irradiation power and the parameter.
14 is a graph showing the relationship between the laser irradiation power and the magnetization disappearance radius in the magnetic recording apparatus according to Example 3 of the present invention. FIG.
FIG. 15 shows the temperature and t of the magnetic recording medium in the magnetic recording apparatus of Example 4 of the present invention. _EQ FIG.
FIG. 16 schematically shows a hysteresis loop in a magnetic recording medium according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a change of CNR with respect to irradiation laser power in the magnetic recording apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a change in coercivity of a recording layer and a functional layer forming a magnetic recording medium according to Example 6 of the present invention with respect to temperature.
FIG. 19 is a diagram showing a change in coercivity of a recording layer and a functional layer forming a magnetic recording medium according to Example 7 of the present invention with respect to temperature.
FIG. 20 is a diagram showing a change in coercivity of a recording layer and a functional layer forming a magnetic recording medium according to an eighth embodiment of the present invention with respect to temperature.
FIG. 21 is a diagram showing a change of CNR with respect to irradiation laser power in the magnetic recording apparatus according to the ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Board
2. Functional layer
3 ... Magnetic recording layer
11 ... Magnetic head
12 ... Laser
15 ... Recording head
21 ... Board
22 ... 1st ground layer
23. Second underlayer
24 ... Recording layer
25 ... Protective layer
26: Recording / reproducing element
27 ... Slider
28 ... Laser

Claims

In designing a magnetic recording device comprising a magnetic recording medium having a magnetic recording layer, means for heating the magnetic recording medium, and means for applying a magnetic field to the magnetic recording medium,
For the magnetic recording medium, the stable storage time t _st of the recording magnetization at room temperature and the thermal fluctuation stability coefficient β (T) = KuV / k _B T at temperature T (where Ku is the magnetic anisotropy energy density, V is Determine the thermal fluctuation stability coefficient β _st at room temperature calculated from the activation volume, k _B is the Boltzmann constant)
For the magnetic recording medium, Δt _EQ at a predetermined time step Δt is expressed as Δt _EQ = exp (ln (Δt) −β + β _st )
(Where β is a thermal fluctuation stability coefficient with respect to the temperature T of the magnetic recording medium at each time step Δt)
The equivalent deterioration time t _EQ is calculated by the equation t _EQ = Σ (Δt _EQ ) that adds Δt _EQ over the time that the magnetic recording medium is held at a temperature at which the recording magnetization is substantially deteriorated. Seeking
Determining the specifications of the magnetic recording medium, the heating means, and the magnetic field applying means so that the stable storage time t _st of the recording magnetization and the equivalent deterioration time t _EQ satisfy the relationship of t _EQ <t _st A method for designing a magnetic recording apparatus.

The temperature at which the recording magnetization is substantially deteriorated is defined to be equal to or higher than the temperature obtained by adding 1/10 of the temperature difference between the highest temperature in the temperature profile of the heated magnetic recording medium and the room temperature to the room temperature. The method of designing a magnetic recording apparatus according to claim 1 .

The time increment Δt is a time during which the magnetic recording medium is held at a temperature equal to or higher than a temperature obtained by adding 1/10 of the temperature difference between the highest temperature in the temperature profile of the heated magnetic recording medium and the room temperature to the room temperature. seeking aliquoted values t _i, characterized in that it is set to 1ns if t _i if t _i is 1~10ns, 10ns if t _i is greater than 10 ns, t _i is less than 1ns The method of designing a magnetic recording apparatus according to claim 1 .

2. The method of designing a magnetic recording apparatus according to claim 1 , wherein the Δt _EQ is added at a time after a magnetization transition is formed on an arbitrary recording track of the magnetic recording medium.

2. The method of designing a magnetic recording apparatus according to claim 1 , wherein the thermal fluctuation stability coefficient [beta] _st is 60 or more, and the recording magnetization stable storage time _tst is 5 years or more.

2. The method of designing a magnetic recording apparatus according to claim 1 , wherein the heating means is a laser and the magnetic field applying means is a magnetic head, and the distance between the laser and a recording gap of the magnetic head is adjusted.