JP4050245B2 - 磁気記録ヘッド及び磁気記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は磁気記録ヘッドおよび磁性ランダムアクセスメモリなどの磁気記憶装置に関する。
読出し用磁気ヘッドとして巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用したGMRヘッドの登場以来、磁気記録の記録密度は、年率100%で向上している。GMR素子は、強磁性層/非磁性層/強磁性層のサンドイッチ構造の積層膜からなり、約10%の磁気抵抗効果を示し、200Gbit/inch2(Gbpsi)程度の記録密度まで対応可能であろうと考えられている。
より高密度な磁気記録に対応するため、トンネル磁気抵抗効果(TMR効果)を利用したTMR素子の開発が進められている。TMR素子は強磁性層/絶縁体/強磁性層の積層膜からなり、MR比は最大で50%程度が得られており、約300Gbpsiの記録密度に対応できると考えられている。
一方、数100Gbpsi以上の磁気記録ではビットサイズは約数10nm〜100nm程度になるので、微小磁化の熱ゆらぎを低減するため磁気媒体の保磁力が極めて大きくなる。そのため磁気記録時には磁場と熱を同時に供給する熱アシスト法が必要になると考えられている。熱アシスト法においては記録の高速性と局所性を併せ持つ大きなパワー密度の熱照射が必要となり、レーザー熱アシスト方法が提案されている(非特許文献1)。
また、磁性体の記録磁化を記憶情報として用いる磁性ランダムアクセスメモリ(MRAM)では、高集積化による、書込みのための電流磁場の増大が指摘されている。
T. Rausch, Jpn.J.Appl.Phys. 42(2003)pp.989-994
上述のように、高密度磁気記録では、書込み磁界の不足による不十分な書込みが課題となっている。また、MRAMにおいても書込み電流の低減による書込み消費電力の増大が課題となっている。
本発明は、このような事情に鑑みて、書込み磁界が小さくても十分な書込みができる磁気記録ヘッドを提供すること、また、書込み電流が小さく書込み消費電力が小さい磁気記憶装置を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の第一は、記録磁極、および記録磁極の近傍に形成され、磁化がゆらぐ第1の磁性層と、第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、非磁性層に積層された磁化が固定された第2の磁性層と、第1の磁性層、非磁性層および第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、通電により第2の磁性層から第1の磁性層に注入されるスピン偏極電流によって第1の磁性層にスピン波を励起し、記録磁極による記録に先立ち磁気記録トラックの局所的加熱を行うスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記録ヘッドを提供する。
また、本発明の第二は、記録磁極、および記録磁極の近傍に形成され、磁化が揺らぐ第1の磁性層と、第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、非磁性層に積層形成された第2の磁性層と、第1の磁性層、非磁性層および第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、通電により第1の磁性層からスピン揺らぎ電流を第2の磁性層に注入し、第2の磁性層に磁気共鳴またはスピン波を誘起し、記録磁極による記録に先立ち磁気記録トラックの局所的加熱を行うスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記録ヘッドを提供する。
本発明の第三は、誘電体層を介して複数の磁性層が積層され、前記複数の磁性層の少なくとも一つの磁化の反転により磁気情報を記憶可能な磁性トンネル接合素子、および磁性トンネル接合素子の近傍に形成され、磁化がゆらぐ第1の磁性層と、第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、非磁性層に積層された磁化が固定された第2の磁性層と、第1の磁性層、非磁性層および第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、通電により第2の磁性層から第1の磁性層に注入されるスピン偏極電流によって第1の磁性層にスピン波を励起するスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記憶装置を提供する。
本発明の第四は、誘電体層を介して複数の磁性層が積層され、複数の磁性層の少なくとも一つの磁化の反転により磁気情報を記憶可能な磁性トンネル接合素子、および磁性トンネル接合素子の近傍に形成され、磁化が揺らぐ第1の磁性層と、第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、非磁性層に積層形成された第2の磁性層と、第1の磁性層、非磁性層および第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、通電により第1の磁性層からスピン揺らぎ電流を第2の磁性層に注入し、前記通電により前記第1の磁性層からスピン揺らぎ電流を前記第2の磁性層に注入し、前記第2の磁性層に磁気共鳴またはスピン波を誘起することができるスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記憶装置を提供する。
上記本発明によれば、書込み磁界が小さくても十分な書込みができる磁気記録ヘッド及び書込み電流が小さく書込み消費電力が小さい磁気記録装置を提供することができる。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、実施の形態や実施例を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所もあるが、それらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
(第1の実施の形態)
本発明の磁気記録ヘッドに関わる第1の実施の形態について、垂直磁気記録ヘッドを例に図1(a),(b)、図2乃至図6を参照しつつ説明する。
図1(a),(b)は、磁気記録トラックと磁気記録再生ヘッドの関係を示す斜視図である。磁気記録トラック1は磁気記録媒体の一部であり、図1(a)では図示の便宜上、任意の磁気記録トラック1のみを表示している。磁気記録媒体は、円盤状であればその中心軸を中心に回転され、この媒体と磁気ヘッドは相対移動する(図1(a)では、磁気ヘッドが矢印A方向に進む)。
磁気記録トラック1には、磁気記録ヘッドにより垂直磁化1a,1bが記録される。磁気記録ヘッドは、その媒体対向面から後方に伸びる記録磁極5と、この記録磁極5へ所望の磁化を付与する電磁コイル(図示せず)を備えられる。記録磁極5の媒体対向面側の前方には磁気記録トラック1を加熱するスピン波発振器3が備えられている。このスピン波発振器3は、記録磁極5による記録に先立ち、磁気記録トラック1の局所的加熱を行う。
記録磁極5の媒体対抗面側の後方に設けられているのが磁気読出し用ヘッドであり、この読出し用ヘッドは磁気抵抗効果素子等のセンス素子7とこの素子7をヘッドが移動する前方及び後方から挟む一対のシールド9a,9b、センス素子7にセンス電流を供給するリード線(図示せず)等を備える。
スピン波発振器3は、その発振層の構造の違いからスピントルク型とスピン共鳴型がある。
スピントルク型は、磁化が揺らぐ磁化フリー層と、磁化が実質的に揺らがない磁化固定層の2つの磁性層を備える。磁化固定層(第1の磁性層31)から磁化フリー層(第2の磁性層33)に注入されるスピン偏極電流によって磁化フリー層にスピン波を励起する発振素子である。
スピン共鳴型は、磁化が揺らぐ微小磁性体の磁化フリー層(第1の磁性層31)からスピン揺らぎ電流を第2の磁性層33に注入し、第2の磁性層33に磁気共鳴またはスピン波を誘起する発振素子である。
尚、磁化固定層の磁化を固定する手段には、磁性層に反強磁性層を積層して両者の間の交換結合を利用する方法や、磁性層に高保磁力の材料を用いる方法などがある。一方、磁化自由層には印加する磁場によって磁化が回転する程度の保磁力を持つ材料を用いる。
スピン波の励起原理は異なるが、いずれのスピン波発振器も少なくとも2つの磁性体を備える必要がある。以下では、スピントルク型およびスピン共鳴型の2つの発振素子に共通する素子構造と動作について説明する。
スピン波発振器3について、図2、図3の斜視図を用いて説明する。
スピン波発振器3は、第1の磁性層31、第2の磁性層33、及びこれらの間に形成された非磁性層35を備えた積層膜を具備する。この積層膜に、各層の層表面に対して垂直に電流を流すことで、第2磁性層33内に強いスピン波が励起される。よって、スピン波発振器3は、この電流を付与するための一対の電極391、393が備わっている。
スピン波発振器3は、第1の磁性層31に接して、あるいはTaなどの金属を介して形成されたハードバイアス膜371を備える。ハードバイアス膜371は、スピン波を発振する第2の磁性層33へバイアス磁場を印加するためのもので、発振周波数の制御により媒体の磁気共鳴周波数に近づけて加熱効率を高めるためのものである。
尚、図2及び図3中、電極391と第2の磁性層33の間には平坦性確保のためのTaなどの金属が電極保護のために形成されているが、この層は必須ではない。図中のハードバイアス膜371、第1の磁性層31、及び第2の磁性層33中の矢印は、各層の磁化方向を示す。図2では、各層の磁化は層の面内方向に、図3では各そうの磁化は層の膜厚方向に向いている。
スピン波発振器3から発生する高周波振動磁場によって媒体を加熱するには、振動磁場の方位方位が媒体の磁化方位と直交する成分を持つことが効果的である。つまり、スピン波が励起される磁性層の磁化の揺らぎの方位がz軸方向に振動する磁気双極子による磁場となり、この磁場が媒体磁化方位と直交する成分をもつ必要がある。
素子が発生する高周波磁場は、第2磁性層33が図2に示すような面内磁化を備える場合は、YZ面と平行な面内において、Z軸方向に振動する磁気双極子による磁場が発生する。従って、面内磁化を備えた発振層の素子では、XY面、YZ面、あるいはXZ面を媒体対向面とすることができる。図2の構造は、XZ面を媒体対向面、Z軸方向をヘッドの移動方向とする場合が示されている。電極面が形成されるYZ面は、媒体との距離調節に不利であるため、XZ面あるいはXY面を媒体対向面とするのがよい。
尚、トラック幅及びビット幅は媒体の記録ビットサイズによって決まる(図4(a)の上面模式図、図4(b)の記録ビット斜視図参照)が、スピン波発振器の発振層33を記録ビットと同程度のサイズにすると、効率的に加熱記録が行える。図中のビット幅、トラック幅はXY面を媒体対向面とした場合の最適な素子サイズを示している。
一方、第2磁性層33が図3の斜視図に示すような垂直磁化の場合には、XY面及びYZ面と平行な面内で振動する磁気双極子による磁場が発生する。媒体対抗面は、面になる。図3に示したビット幅、トラック幅はXY面を媒体対向面とした場合の最適な素子サイズを示している。図3において、記録ヘッドの移動方向はX軸方向である。
このようなスピン波発振器3により、直下の磁気記録トラック1の微小記録部(ビット記録部に相当する)に作用するマイクロ波磁場の大きさはh=103〜104Oe程度である。ここでスピン波発振器3と磁気記録媒体面の距離を約10nm、発振層(第2磁性層)33の体積および磁化をそれぞれ約30x30x10nm3、約103ガウスとした。
磁気記録媒体に吸収されるマイクロ波のパワーPは媒体の帯磁率の虚数部χ″に依存し、式(1)のように表される。
Figure 0004050245
χ″(ω)は周波数に強く依存し、媒体の共鳴周波数から離れた周波数では小さく1以下であるが、媒体の共鳴周波数あるいはその近傍では10〜100程度に増大する。媒体の加熱効率は吸収パワーPに依存するので、媒体の共鳴周波数近くの周波数で加熱することが重要である。発振素子から数nmの距離にある媒体ビットに印加される振動磁場の大きさは4πMsの数分の1程度、すなわち数1000 Oeなので発振周波数が媒体の共鳴周波数に近い場合には媒体に吸収されるパワーは(1)式を用いて、単位体積あたり1018〜1021erg/s cm3と見積もられる。但し、10から100GHzの共鳴周波数を想定して、ωは2πx(1010〜1011)/sとした。
一例として、熱容量が約3x107erg/Kcm3のFePtを磁気媒体に用いた場合を考える。スピン波発振器3により媒体の微小部分が局所的に加熱され、微小部分の異方性エネルギーKu1が減少する。記録磁極により印加される数KOeの外部磁場の下で記録を行うためには微小部分の温度を室温から100K(℃)程度上昇せしめる必要がある。すなわち書込み速度を1GHzとした場合、約100K/nsの昇温レートが必要となる。
一方、スピン波発振器により加熱された微小部分の上方に記録磁極5が到達するまでに約1nsの時間がかかるので、その間に加熱部分が冷却してしまわないためには熱伝導や輻射による微小部分の放熱レートは100K/ns以下でなければならない。上記熱容量を用いると、この放熱レートは3x1018erg/s cm3のエネルギー放出レートに相当する。
図5は、スピン波発振器3から媒体の微小部分に供給されるパワー(1018〜1021erg/s cm3)とエネルギー放出レート(3x1018erg/s cm3以下)との関係を示す模式図である。発振周波数を調節し、χ″(ω)を増大せしめ、供給パワーと放出パワーの差が3x1018erg/s cm3以上になれば昇温レートを100K/ns以上にすることができる。すなわちスピン波発振器により1ns以内に媒体微小部分の温度を100K(℃)以上上昇させることが可能となり、アシストのない場合に比較して数分の1の記録磁場での書き込みが可能となる

スピントルク型発振器3の発振周波数fは、発振層33が強磁性体の場合に式(2)のように表される。
Figure 0004050245
ここで、γは磁気回転比、Hはハードバイアス膜371からのバイアス磁場、HK=2Ku1/Msは発振層(第2磁性層33)の異方性磁場、Ku1は発振層の異方性エネルギー、Msは発振層の飽和磁化である。バイアス磁場Hは高々数100Oeであり、4πMsは104Oe程度であるが、異方性磁場HKは適当な材料を選択することにより10〜5x104Oeの広い範囲で変化させることができる。
すなわち式(2)からスピン波発振器3の発振周波数fは発振層33の異方性磁場HKを変えることにより数100MHzから数10GHzの広い範囲で変化させることができる。
上に述べたFePt媒体の場合、共鳴周波数は約50GHzなので、スピン波発振器3の周波数も50GHz程度とすることが望ましく、そのためにはHK(104Oe(Ku1(107erg/cm3)の磁性薄膜を発振層33として用いる必要がある。
FePtに限らず高密度記録媒体として用いられる磁性体膜の共鳴周波数は10GHz以上なので、発振層33のKu1は5x106erg/cm3以上であることが望ましい。そのような磁性体膜の例としては、CoCrTa,CoCrTaPt,CoCrTaNbなどのCoCrを50原子%程度以上含む合金、Co層/Pd層,Co層/Pt層,CoCrTa層/Pd層などのCo多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、さらに希土類を含むSmCo系合金やTbFeCo合金などが考えられる。
また、交換バイアスを利用した強磁性体/反強磁性体積層膜も大きな異方性磁場(この場合は1軸性ではなく1方向性)を示すことから、この積層膜を発振層33として用いることも可能である。ここで、反強磁性体としてFeMn、NiMn、FeNiMn、FeMnRh、RhMn、CoMn、CrMn、CrMnPt、CrMnPt、CrMnRh、CrMnCu、CrMnPd、CrMnIr,CrMnNi,CrMnCo,CrMnTi,PtMn,PdMn,PdPtMn,IrMnなどを利用することができる。
一方、スピン共鳴型発振器では、発振層33として強磁性体層と非磁性体層を積層したCo層/Ru層、Co層/Pd層,Fe層/Cr層などが繰返し積層された人工反強磁性体が用いられる。この場合の発振周波数は、式(3)のように表される。
Figure 0004050245
ここでHEは強磁性体層間の交換磁場、HAは異方性磁場である。この場合、HAは高々1000Oe程度であるがHEは非磁性体層の膜厚に依存し膜厚が減少すると急速に増大する。従って、式(3)の発振周波数が10GHz以上となるためには、人口反強磁性体における非磁性体層の厚さを約1nm以下にすることが望ましい。
尚、人口反強磁性体中の強磁性体層の材料は、Fe, Co, Niおよび少なくともそのうちの一つを含む合金である。非磁性体層の材料は、Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Ru, Pd, Rh, Re, Os, Mo, W、および少なくともそのうちの一つを含む合金である。
また、人口反強磁性体中の強磁性体層の厚さは、0.1nm以上2nm以下、より好ましくは1nm以下である。非磁性体層の厚さは、0.5以上2nm以下、より好ましくは1nm以下が好ましい。
本実施の形態の記録ヘッドによる書込みを図6のエネルギー図を用いて説明する。図6(a)は磁場照射中のエネルギー図を、図6(b)は磁場照射後のエネルギー図である。各図の横軸は磁化の角度(上向き磁化(0°)、下向き磁化(180°))を表し、縦軸はエネルギーを表す。磁化の向きを反転させるには、図6(a)の異方性エネルギーKuを超えるエネルギーを与える必要がある。を用いて説明する。
まず、スピン波発振器3が発生するマイクロ波磁気エネルギーの吸収により約10〜約100psの間に磁気記録部の磁気温度(スピン系の温度)Tmが約104K程度に上昇する。この段階では記録トラックの微小部分の格子温度は上昇しないのでKu1も減少しない。記録トラックのスピン系に吸収されたエネルギーは1ns程度の時間で格子系に緩和するため微小部分の温度が100K程度上昇するが、この段階で記録トラックの異方性エネルギーKu1が減少する(図6(a)参照)。
磁気ディスクの回転により、微小部分がスピン波発振器3を離れ記録磁極5の直下に達すると、記録トラックのマイクロ波磁場が作用しなくなり、磁気温度は約1ns程度で室温に戻るが、格子温度は高温に保たれるためKu1は小さいままである。この段階で、微小部分に記録磁場が印加され、引き続き格子が冷えた段階で書込みを終える(図6(b)参照)。
このように、本実施の形態の熱アシスト型記録ヘッドによれば、高周波発振器として微小スピン波発振器3を用い、その近接場により媒体磁化を加熱することができる。その際に、スピン波発振器3の発振周波数を磁気記録部の共鳴周波数に一致ないしは近づけることにより、加熱効率を飛躍的に増大せしめるものである。以上より、本発明により、書込み磁界が小さくても十分な書込みができる磁気記録ヘッドが実現できることがわかる。
(第2の実施の形態)
同様なマイクロ波加熱法は、MRAMの磁気情報書換えにも適用することができる。例えば、記憶セルの磁性トンネル接合の近傍に形成されたスピン波発振器3によるトンネル接合の加熱と、トンネル接合の近傍に設置された配線からの電流磁場を組み合わせることで、従来に比較してより小さな電流の下で磁化反転を行うことができる。つまり、図6を用いて説明した様に、本発明により、書込み電流が大きく書込み消費電力が小さい磁気記録装置が実現できることがわかる。
この記憶セルの構造例について図7の断面模式図を用いて説明する。図7の50は、トンネル接合を含む記憶部である。記憶部は、少なくとも二つの磁性層51、53とその間に形成された非磁性誘電体よりなるトンネル層52を備える。二つの磁性層51、53の一方を磁化が固定された、電流磁場等による外部磁場によっても実質的に回転しない磁化固定層とし、他方を外部磁場によって磁化が回転する磁化フリー層とすることができる。ここでは、仮に磁性層51を磁化フリー層とする。磁化フリー層に対しては、電極を兼ねる配線55、391に電流を流すことで生じる、図7の紙面内に含まれる回転磁場によって磁化が記録される。その際に、スピン波発振器3による加熱により、この磁化の記録が容易になり、記録用の電流量を小さくすることができる。この構造では、スピン波発振器3の高周波磁場は積層方向と垂直な面に広がる必要があるので、図3の構造で、YZ面内に伸びる高周波磁場を利用する。
本実施の形態によれば、スピン波発振器によるマイクロ波熱アシスト法をMRAMにおける記憶磁化の書込みにも応用することができ、トンネル接合へ磁気情報の書込みを小電流にすることができる。
(実施例1)
次に、第1の実施の形態に関わるスピントルク型発信器の作成とその発振周波数について図8の断面模式図を用いて説明する。
まず、磁場中スパッタによる成膜と電子線リソグラフィーを用いて、Si基板(図示せず)上に図8に示す積層構造を作製した。各層の厚さはCu1(約100nm)/FePt1(約50nm)/Cu2(約30nm)/FePt2(約1nm)/Cu3(約10nm)/Au(約100nm)/Cu4(約100nm)、接合面積は約100x100nm2とした。FePt1、2には膜面の垂直方向が容易軸となる垂直磁気異方性を付与する。FePt1、2の飽和磁化Msは800ガウス、異方性磁場HKは26KOeであった。この発振器の素子抵抗Rは25Ω、MR比=ΔR/Rは約7%であった。
この発振器を中心導体幅50μmのコプレナガイドの一端に接続した。コプレナガイドの他端はマイクロ波プローバを介して特性インピーダンス50Ωの同軸ケーブルに接続した。発振器からのマイクロ波出力はプローバを介して同軸ケーブルに伝わり、さらにバイアスティーとプリアンプを介してスペクトラムアナライザーで検知される。素子を流れる直流電流の電流密度が4x106A/cm2を超えるとスペクトラムアナライザーにより周波数58GHzのマイクロ波の発振が確認された。発振強度は電流密度とともに単調に増大するが2x108A/cm2の電流密度で素子が破壊した。
(実施例2)
実施例2では、スピントルク型発振器の作製と発振周波数の測定を行った。
ここでは、FePt1に替えて[Fe層(0.5nm)/Ir層(0.5nm)]n積層膜を用いて実施例1と同様な方法で発振器を作製した。Fe層/Ir層の積層膜形成に際しては、1000Oeの磁場を面内に印加し、面内異方性軸が揃うようにした。積層回数nは20回とした。飽和磁化Msは850ガウス、面内の異方性磁場HKは15Koeであった。この素子の素子抵抗Rは35Ω、MR比=ΔR/Rは約9%であった。この素子の面内容易磁化方向に500Oeのバイアス磁場を印加し、実施例1と同様の方法でスペクトラムアナライザーにより素子の発振を観測した。2x105A/cm2以上の直流電流密度で周波数35GHzの発振が確認された。
(実施例3)
実施例3では、Fe層/Ir層に替えて磁性層としてFe1(50nm)、Fe2(1nm)を用いる以外は実施例2と同様な方法で素子を作製した。飽和磁化Msは1700ガウス、面内の異方性磁場HKは500Oeであった。この素子の素子抵抗Rは15Ω、MR比=ΔR/Rは約5%であった。この素子の面内容易磁化方向に500Oeのバイアス磁場を印加し、実施例1と同様の方法でスペクトラムアナライザーにより素子の発振を観測した。6x105A/cm2以上の直流電流密度で周波数17GHzの発振が確認された。
(実施例4)
実施例4では共鳴磁気抵抗効果型のスピン波発振器の作製と発振周波数の測定を行った。
Si基板上に図9の断面模式図に示すスピン波発振器を磁場中スパッタ法により作製した。放熱板を兼ねる上下電極としてCu層を用い、磁化の熱揺らぎを発生させる磁性層としてFePt(膜厚約1nm)を用い、スピン波発振層には人工反強磁性体([膜厚約1nmのCo層/膜厚約0.5nmのPd層])10を用いた。FePt膜は実施例1と同様に面直方向が容易軸となる垂直磁気異方性を示し、飽和磁化Msは800ガウス、異方性磁場HKは26KOeであった。一方(Co1nm/Pd0.5nm)10のCo膜は垂直磁化膜となっており共鳴周波数は52GHzであった。尚、Coの膜厚が1.5nm以下になると外部磁場などを加えなくても垂直磁化となる。
このスピン波発振器に105A/cm2の電流を流した状態で膜面に垂直方向に印加した外部磁場を変えながら発振器のマイクロ波発振を実施例1と同様の方法で測定したところ外部磁場が660〜700Oeの間で、周波数54GHzの発振が観測された。
本発明の第1の実施の形態に関わる磁気記録再生ヘッドと記録される磁気記録トラックの斜視図(a)と、スピン波発振器と磁気記録トラックの斜視図(b) 第1の実施の形態に関わる膜面内磁化によるスピン波発振器を示す斜視も式図 第1の実施の形態に関わる膜面に垂直な磁化によるスピン波発振器を示す斜視模式図 媒体の記録ビットを示す上面模式図(a)、磁化方向を示す斜視模式図(b) スピン波発振器から媒体の微小部分に供給されるパワーと放熱レートとの関係 第1の実施の形態の磁気ヘッドによる書込みプロセス 本発明の第2の実施の形態に関わるトンネル接合の加熱方法を説明するための断面模式図 実施例1のスピントルク型スピン波発振器を示す断面模式図 実施例4のスピン共鳴型スピン波発振器を示す断面模式図
符号の説明
1・・・磁気記録トラック
1a,1b・・・垂直磁化
3・・・スピン発振器
5・・・記録磁極
7・・・センス素子
9a,9b・・・シールド

Claims (7)

  1. 記録磁極、および
    前記記録磁極の近傍に形成され、磁化がゆらぐ第1の磁性層と、前記第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、前記非磁性層に積層された磁化が固定された第2の磁性層と、前記第1の磁性層、前記非磁性層および前記第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、前記通電により前記第2の磁性層から第1の磁性層に注入されるスピン偏極電流によって前記第1の磁性層にスピン波を励起し、記録磁極による記録に先立ち磁気記録トラックの局所的加熱を行うスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記録ヘッド。
  2. 記録磁極、および
    前記記録磁極の近傍に形成され、磁化が揺らぐ第1の磁性層と、前記第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、前記非磁性層に積層形成された第2の磁性層と、前記第1の磁性層、前記非磁性層および前記第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、前記通電により前記第1の磁性層からスピン揺らぎ電流を前記第2の磁性層に注入し、前記第2の磁性層に磁気共鳴またはスピン波を誘起し、記録磁極による記録に先立ち磁気記録媒体の局所的加熱を行うスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記録ヘッド。
  3. 前記第1の磁性層は5x106erg/cm3以上の異方性エネルギーをもつ強磁性薄膜あるいは強磁性/反強磁性の積層膜であることを特徴とする請求項1または2記載の磁気記録ヘッド。
  4. 前記第2の磁性層は、複数の強磁性体が非磁性体を介して積層され前記複数の強磁性体が互いに反強磁性結合した人工反強磁性体であり、前記非磁性体の平均厚さが1nm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の磁気記録ヘッド。
  5. 前記スピン波発振器の発振周波数が前記磁気記録媒体の磁気共鳴周波数と等しいかもしくは近傍の発振周波数をもつことを特徴とする請求項1または2記載の磁気記録ヘッド
  6. 誘電体層を介して複数の磁性層が積層され、前記複数の磁性層の少なくとも一つの磁化の反転により磁気情報を記憶可能な磁性トンネル接合素子、および
    前記磁性トンネル接合素子の近傍に形成され、磁化がゆらぐ第1の磁性層と、前記第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、前記非磁性層に積層された磁化が固定された磁化固定層第2の磁性層と、前記第1の磁性層、前記非磁性層および前記第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、前記通電により前記第2の磁性層から前記第1の磁性層に注入されるスピン偏極電流によって前記第1の磁性層にスピン波を励起することができるスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
  7. 誘電体層を介して複数の磁性層が積層され、前記複数の磁性層の少なくとも一つの磁化の反転により磁気情報を記憶可能な磁性トンネル接合素子、および
    前記磁性トンネル接合素子の近傍に形成され、磁化が揺らぐ第1の磁性層と、前記第1の磁性層に積層形成された非磁性層と、前記非磁性層に積層形成された第2の磁性層と、前記第1の磁性層、前記非磁性層および前記第2の磁性層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極とを備え、前記通電により前記第1の磁性層からスピン揺らぎ電流を前記第2の磁性層に注入し、前記第2の磁性層に磁気共鳴またはスピン波を誘起することができるスピン波発振器を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
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