JP4710087B2 - 熱アシスト磁気記録用の積層型交換結合付着（ｌｅｃａ）媒体 - Google Patents

Description

本発明はデータ記憶媒体に関するものであり、より詳細には、熱アシスト磁気記憶システムに用いるための媒体に係るものである。

熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）は、熱エネルギーを利用して、磁気記憶媒体の磁性粒子の磁化反転に対するエネルギー障壁を低下させる。粒子の磁化方向の熱支援による反転を実現するためには、書き込み温度を、記憶媒体に用いられる材料のキュリー温度（Ｔ_ｃ）にきわめて近いものにしなければならない。さらにＴ_ｃを、媒体の上部を被覆する潤滑剤の沸点（例えば６５０Ｋ）よりも低くしなければならない。

磁性材料のＴ_ｃと磁気異方性（Ｋ_ｕ）の間には、強い相関がある。一般に、Ｋ_ｕが高い材料は高いＴ_ｃを有している。例えばＦｅＮｉＰｔなどの磁性材料の単結晶薄膜では、Ｔ_ｃを下げるとＫ_ｕも著しく低下する。そうした物理的な事実のために、ＨＡＭＲを用いて効率的に磁気記録の面密度を高めることは困難である。

記憶媒体に記憶されるデータ・ビットは、記憶媒体の複数の磁性材料粒子の磁化方向によって表される。粒子の磁化方向は、書き込み動作時に記録ヘッドにより形成される磁界によって定められる。書き込み中に媒体がキュリー温度まで加熱されても、媒体粒子の磁化がゼロに近いため、記録ヘッドからの磁界と媒体粒子の磁化との相互作用によって与えられるゼーマン・エネルギーはきわめて小さい。結果として、媒体粒子には、所望される書き込みの磁化方向と相対する方向との間で大きい違いが現れない。したがって、記録されたビットを冷却すると、多くの粒子が望ましくない磁化方向に凍結される可能性がある。

この問題に対処する１つの方法は、ＦｅＰｔ／ＦｅＲｈの２層構造体を有するデータ記憶媒体を使用することである。加熱すると、ＦｅＲｈ層の磁化を瞬時にゼロ（すなわち反強磁性状態）から１０００ｅｍｕ／ｃｍ^３超に変化させることができる。ＦｅＰｔ粒子がＦｅＲｈ粒子の上部に配置される場合、軟磁性のＦｅＲｈはＦｅＰｔ粒子のスイッチング磁界を低下させる。しかし、ＦｅＲｈとＦｅＰｔはどちらも化学的には規則構造を有し、製造中に熱処理を必要とするため、いずれの薄膜も微細粒子の層にすることが困難である。さらに前述の２層設計では、上層を用いて熱安定性を高めていたが、不連続な下層は比較的大きい単位サイズを有し、それが熱の支援によるスイッチング効果を制限していた。

ＨＡＭＲデータ記憶システムにおいてスイッチングさせることができる、高Ｋ_ｕ材料を用いた記憶媒体が求められている。

本発明の第１の観点によれば、互いに隣接して配置された複数の２層構造体を含む装置が提供され、各２層構造体は、第１のキュリー温度を有する磁性材料でできた第１の層、及び第１の層に隣接して配置された磁性材料でできた第２の層を有し、第２の層が第１のキュリー温度よりも低い第２のキュリー温度を有し、磁性材料でできた第２の層が第２のキュリー温度よりも高く加熱されると、第１の層の磁性粒子が不安定になる。

この装置は、第１の層と第２の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含むことができる。交換結合制御層は、約０ｎｍ〜約５ｎｍの厚さを有することができる。

第１の層の磁性粒子は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの直径を有することができ、第２の層の磁性粒子は、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有することができる。第１の層は、約２ｎｍ〜約３０ｎｍの厚さを有することができ、第２の層は、約０．５ｎｍ〜約３０ｎｍの厚さを有することができる。

各２層体のうちの磁性材料でできた第１の層は、複層構造体にすることができる。

各２層体の第１の層は、第１の粒子間交換結合を有する第１の複数の磁性材料粒子を含むことができ、各２層体の第２の層は、第２の粒子間交換結合を有する第２の複数の磁性材料粒子を含むことができ、第２の粒子間交換結合は、第１の粒子間交換結合よりも大きい。

本発明の他の観点によれば、磁性材料でできた第３の層の両側に配置された磁性材料でできた第１の層及び第２の層を含む装置が提供され、第１の層及び第２の層が、第３の層のキュリー温度よりも高いキュリー温度を有し、磁性材料でできた第３の層がそのキュリー温度よりも高く加熱されると、第１の層及び第２の層の磁性粒子が不安定になる。

この装置は、第１の層と第３の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含むことができる。交換結合制御層は、約０ｎｍ〜約５ｎｍの厚さを有することができる。

本発明の他の観点によれば、磁性材料の第３の層の両側に配置された磁性材料でできた第１の層及び第２の層を含む装置が提供され、第１の層及び第２の層が、第３の層のキュリー温度よりも低いキュリー温度を有し、磁性材料の第１の層及び第２の層がそれらのキュリー温度よりも高く加熱されると、第３の層の磁性粒子が不安定になる。

この装置は、第１の層と第３の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含むことができる。交換結合制御層は、約０ｎｍ〜約５ｎｍの厚さを有することができる。

本発明の他の観点によれば、互いに隣接して配置された複数の２層構造体を含む装置が提供され、各２層構造体が、第１のキュリー温度を有する磁性材料でできた第１の層、及び第１の層に隣接して配置された磁性材料でできた第２の層を含み、第２の層が第１のキュリー温度よりも低い第２のキュリー温度を有し、第１の層の磁性粒子が約１ｎｍ〜約１０ｎｍの直径を有し、第２の層の磁性粒子が約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有する。

本発明の他の観点によれば、互いに隣接して配置された複数の２層構造体を含む装置が提供され、各２層構造体が、第１のキュリー温度を有する磁性材料でできた第１の層、及び第１の層に隣接して配置された磁性材料でできた第２の層を含み、第２の層が第１のキュリー温度よりも低い第２のキュリー温度を有し、磁気材料でできた第１の層及び第２の層が、室温では互いに磁気的に結合され、磁気材料でできた層のうちの１層がそのキュリー温度よりも高く加熱されると磁気的に結合が分離される。

図１は、本発明の一態様に従って構成された記憶媒体を利用できる、ディスク・ドライブ１０の形態のデータ記憶装置の図である。ディスク・ドライブ１０は、ディスク・ドライブの様々な構成要素を含むように大きさ及び構成が決められたハウジング１２（この図では上側部分が取り除かれ、下側部分が見えるようになっている）を有している。ディスク・ドライブ１０は、ハウジング内に、少なくとも１つの磁気記憶媒体１６を回転させるためのスピンドル・モータ１４を有している。ハウジング１２内には少なくとも１つのアーム１８が含まれ、アーム１８はそれぞれ、記録ヘッド又はスライダ２２を有する第１の端部２０、及び軸受２６によって軸上に旋回可能に取り付けられた第２の端部２４を有している。アーム１８を旋回させて、記録ヘッド２２をディスク１６の所望のセクタ又はトラック２７上に位置決めするために、アームの第２の端部２４にはアクチュエータ・モータ２８が配置されている。アクチュエータ・モータ２８は、この図には示されていないが、当分野でよく知られている制御装置によって調節される。

熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）の場合、媒体の局所的な領域の温度を上昇させてその領域の磁化のスイッチングを容易にするために、電磁放射、例えば可視光、赤外光又は紫外光をデータ記憶媒体の表面に向ける。最近のＨＡＭＲ記録ヘッドの設計は、スライダ上に、記憶媒体を局所的に加熱するために光を記憶媒体まで案内する薄膜の導波路を含んでいる。導波路内に光を発射するために、グレーティング・カプラを用いることができる。

図１はディスク・ドライブを示しているが、本発明を、トランスデューサ及び記憶媒体を含み、記憶媒体を加熱して記憶媒体のビットのスイッチングを容易にする他の記憶装置に適用することも可能である。そうした他の記憶装置には、例えばプローブ型のデータ記憶装置を含むことができる。

図２は、ＨＡＭＲ記録ヘッド２２及び磁気記憶媒体１６の概略的な側面図である。この実施例は、垂直磁気記録ヘッド及び垂直磁気記憶媒体を示しているが、本発明を、熱アシスト記録の使用が望ましい可能性がある他のタイプの記録ヘッド及び／又は記憶媒体と共に用いることも可能であることが理解されるであろう。

図２の実施例では、ヘッド２２は、主書き込み磁極３０、及びヨーク又はペデスタル３５によって磁気的に結合されたリターン磁極又は反対磁極３２を備えた書き込み部を含んでいる。ヘッド２２は、書き込み磁極３０のみを有し、リターン磁極３２又はヨーク３５を伴わないように構成することも可能であることが理解されるであろう。ヘッド２２を励磁するために、励磁コイル３３がヨーク又はペデスタル３５を囲んでいる。ＨＡＭＲヘッド２２は、図示されていないが、読み取り部を含むこともでき、それは、当分野で一般的に知られている従来型の任意の読み取りヘッドとすることができる。記憶媒体１６は、記録ヘッド２２に隣接して又はその下に配置される。ヘッドと媒体の間の相対的移動を、矢印６２によって示す。

図２に示すように、記録ヘッド２２は、書き込み磁極３０が記憶媒体１６に書き込み磁界Ｈを印加する位置に近接させて、磁気記憶媒体１６を加熱するための構造体を含むこともできる。媒体１６は、基板３８、ヒート・シンク層４０、シード層４１、磁気記録層４２及び保護層４３を含んでいる。コイル３３内の電流によって生成される磁界Ｈを用いて、媒体の記録層のビット４４の磁化方向を制御する。

媒体を加熱するための構造体には、例えば符号５０によって概略的に示した平面光導波路を含むことができる。導波路５０は、例えば紫外光、赤外光又は可視光とすることができる電磁放射の供給源５２からエネルギーを伝える。供給源５２は、例えばレーザ・ダイオード、又は光ビーム５４を導波路５０に対して方向付けるための他の適切なレーザ光源とすることができる。光ビーム５４を導波路５０内に結合させるために、周知の様々な技術を用いることができる。例えば光源５２は、光ファイバ及び外部の光学系と共に機能して、光ファイバからの光ビーム５４を導波路上の回折格子に対して視準することができる。或いは、導波路５０にレーザを取り付けてもよく、外部の光学系の構成を必要とせずに、光ビーム５４を導波路５０内に直接結合させることが可能である。光ビーム５４が導波路５０内に結合された後、光は導波路５０を通り、記録ヘッド２２の空気軸受面（ＡＢＳ）に隣接して形成された導波路５０の截頭端部５６に向かって伝播する。媒体が記録ヘッドに対して矢印６２によって示すように移動すると、光５８は導波路の端部を出て、媒体の一部６０を加熱する。

図３は、本発明の一態様に従って構成された記憶媒体７０の概略図である。この媒体は、積層型交換結合付着（ＬＥＣＡ、Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ａｄｈｅｓｉｏｎ）媒体と呼ばれる。「付着」という語は、室温では各層が互いに磁気的に結合されるが、書き込み温度では、層の１つがそのキュリー温度よりも高く加熱されると、粒子間及び層間の結合が消失することを示している。記憶媒体７０は、下層構造体７４の上に複合薄膜の磁気記録層７２を含んでいる。この実施例では、下層構造体は、基板７６、軟磁性の下層として働くことができるヒート・シンク層７８、及びヒート・シンク層上のシード層８０を含んでいる。

基板７６は、セラミック・ガラス、非晶質ガラス、アルミニウム、又はＮｉＰにより被覆されたＡｌＭｇなど、任意の適切な材料で製造することができる。ヒート・シンク層７８は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚さを有することができ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＣｕＺｒ、ＣｏＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＦｅＡｌＮ、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ又はＦｅＴａＮなど、任意の適切な材料で製造することができる。ヒート・シンク層７８は、複数の積層を含むこともできる。記録層の上に、保護層及び／又は潤滑層８２を設けることができる。

複合薄膜の磁気記録層は第１の層（又は下層）８４を含み、この実施例において層８４は、酸化物とすることができる結合分離材料８８によって隔離された、磁性粒子８６を有するグラニュラ（粒状）層である。磁性記録用の複合薄膜は、実質的に連続した層である第２の層（又は上層）９０をさらに含んでいる。第２の層は、第１の層の粒子よりも大きい磁性粒子９２を有することができる。層９０の粒子９２も、酸化物９４によって隔離することができる。一実施例では、層８４は約２ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲の厚さを有することができ、層９０は約０．５ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲の厚さを有することができる。層８４及び９０は、第１の２層構造体を形成する。層９０は、連続層でも不連続層でもよい。本明細書において使用されるとき、粒子隔離として使用される酸化物のドーピングが少ないほど、又は酸化物のドーピングがない場合には、連続層に含まれる磁性粒子の交換結合は強まり、粒子隔離として使用される酸化物のドーピングが多いほど、不連続層に含まれる磁性粒子の交換結合は弱まる。

複合薄膜の磁気記録層は、層８４と同様のものとすることができる追加の層９６及び９８、並びに層９０と同様のものとすることができる層１００及び１０２を含んでいる。この実施例では、層９６は、酸化物とすることができる結合分離材料１０６によって隔離された磁性粒子１０４を有するグラニュラ層であり、層９８は、酸化物とすることができる結合分離材料１１０によって隔離された磁性粒子１０８を有するグラニュラ層である。層１００は、酸化物とすることができる結合分離材料１１４によって隔離された磁性粒子１１２を有するグラニュラ層とすることができ、層１０２は、酸化物とすることができる結合分離材料１１８によって隔離された磁性粒子１１６を有するグラニュラ層とすることができる。層９６及び１００は第２の２層構造体を形成し、層９８及び１０２は第３の２層構造体を形成する。

層８４、９４及び９６は、層９０、１００及び１０２による磁気結合がない場合に、熱的に不安定になるグラニュラ構造を有する高Ｋ_ｕ、高Ｔ_ｃの層である。層９０、１００及び１０２は低Ｔ_ｃ層であり、記録温度よりも低い温度で互いに連続的に交換結合される粒子を有している。層９０、１００及び１０２は交換結合層と呼ばれる。

層間の交換結合の調整を可能にするために、各層の間に任意選択の交換結合制御層１２０、１２２、１２４、１２６及び１２８を設けることができる。任意選択の交換結合制御層の厚さは、第１の層と第２の層との間の交換結合の量を制御するように変更することができる。交換結合制御層は、約０ｎｍ〜約５ｎｍの厚さを有することができ、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ又はＲｕにより製造することができる。

シード層は約１ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有することができ、それを用いて、続いて被着される層の向き及び粒径などの特性を制御できる。例えばシード層は、層８４の向きを制御するＰｔなどの面心立方材料、又は続いて被着される層の粒径を制御し、そのエピタキシャル成長を容易にするＲｕやＲｈなどの材料、或いはそれらの組み合わせとすることができる。シード層は、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＲｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｔａ、ＴｉＣ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ＡｌＮ、ＺｎＯ、又は他の金属酸化物などの材料の１つ又は複数の層により製造できる。保護層８２は、ダイヤモンドライク炭素など任意の適切な材料により製造することができる。

本発明の一態様によれば、様々なキュリー温度及び様々な粒子間交換結合を有する磁性材料層を含む、薄膜記録層を備えた複合ＨＡＭＲ記憶媒体が提供される。記憶媒体の記録層は、少なくとも２つの異なる機能（すなわち磁性）要素を含む。層８４、９６及び９８の磁性成分は、例えばＣｏ_３Ｐｔ、ＣｏＸＰｔ合金、ＣｏＸ／Ｐｔ多層体、ＣｏＸＰｄ合金、ＣｏＸ／Ｐｄ多層体、ＦｅＰｔ、ＦｅＹＰｔ合金又はＴｂＦｅＣｏとすることができる（ただし、Ｘは、例えばＣｒ、Ｂ、Ｎｉ、Ｔａなどとすることができ、Ｙは、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎなどとすることができる）。キュリー温度は材料に依存するため、異なる組成を用いることによって、各層を異なるキュリー温度を有するように構成することができる。粒径は、層８４、９６及び９８では約１ｎｍ〜約１０ｎｍ、層９０、１００及び１０２では約１ｎｍ〜約１０００ｎｍとすることができる。実際には粒子は円形ではないが、こうした粒径は粒子の直径にほぼ等しい面内寸法である。

図３の実施例では、高Ｋ_ｕ、高Ｔ_ｃの層８４、９６及び９８は、高い異方性及びより小さい粒子を有し、単独では記憶温度（又は室温（ＲＴ））において熱的に不安定である。一方、低Ｔ_ｃ層９０、１００及び１０２は、同等の（又はより小さい）異方性を有するが、粒子間交換結合がずっと大きい粒子を有する。粒子間交換結合は、粒状磁性材料の磁気相互作用によって生じる磁気エネルギーである。各層において粒子は１つの面の中に配置され、面の厚さ全体にわたって延びている。磁気結合はきわめて短い範囲の相互作用であるため、相互作用のエネルギーは、層のミクロ構造、具体的には粒界の特性によって決まる。

記録温度では、低Ｔ_ｃ層（この実施例では層９０、１００及び１０２）がキュリー温度よりも高い温度まで加熱され、非磁性になる。したがって、記録温度での低Ｔ_ｃ層による高Ｔ_ｃ層の粒子間の結合は、記憶温度での結合よりも小さくなる。しかし記憶温度では、低Ｔ_ｃ層による高Ｔ_ｃ層の粒子間の粒子間交換結合が高まるため、多層媒体の熱安定性が高められる。

高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの粒子は小さく（例えば５ｎｍ）、十分に結合が分離された粒状のミクロ構造を有するものとすることができる。実質的に連続する層（この実施例では層９０、１００及び１０２）は、高Ｔ_ｃ層の上部にエピタキシャル成長させることが可能な低Ｔ_ｃ磁性層であり、次の高Ｔ_ｃ層をエピタキシャル成長させることもできる。

一般に、Ｋ_ｕが高い材料は高いＴ_ｃを有する。磁性材料のＴ_ｃと磁気異方性（Ｋ_ｕ）の間の強い相関は、Ｃｏ／Ｐｔ多層系においても観察される。したがって、高Ｔ_ｃ層をＣｏ／Ｐｔなどの多層体で構成することが可能である。

図４は、図３の媒体の層に使用することができる多層構造体１３０の側面図である。多層構造体１３０は、例えばＣｏ／Ｐｔ層とすることができる複数の層１３２を含んでいる。層内の磁性粒子１３４は、酸化物１３６によって隔離されている。Ｃｏ／Ｐｔ多層系では、Ｃｏ層とＰｔ層の相対的な厚さを変えることによって、Ｃｏ／Ｐｔ多層構造体１３０のＴ_ｃ及びＫ_ｕを変更することができる。

個々の高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの粒子は、記録温度における書き込み時間内では熱的に不安定である。より低い温度では、こうした熱的に不安定な粒子が、隣接する低Ｔ_ｃ層によって横方向及び垂直方向に互いに結合される。記録温度では（すなわち、Ｔ_{ｗｒｉｔｅ}＞この低いＴ_ｃ）では、交換付着層（すなわち低Ｔ_ｃ層）が常磁性になるため、高Ｔ_ｃ粒子は超常磁性になる。次いで、印加される書き込み磁界が記憶媒体の動的な飽和磁界よりも大きくなると、書き込み磁界に曝された磁性粒子の磁化方向は、印加された書き込み磁界と整列するようになる。

一実施例では、高Ｔ_ｃ層と低Ｔ_ｃ層はどちらも、それぞれＣｏ／Ｐｔ多層体を用いて構成することができる。そうしたＣｏ／Ｐｔ多層体は、高Ｔ_ｃ多層体のＫ_ｕが、Ｔ_ｃ＝１０００Ｋで約１×１０^７ｅｒｇ／ｃｃ、Ｔ_ｃ＝６５０Ｋで３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃであるため、ＨＡＭＲ記憶媒体に適している。高Ｋ_ｕ多層体の粒径が約６ｎｍ、厚さが約２〜３ｎｍである場合、ＨＡＭＲの書き込み温度において予想される書き込み時間内では、粒子は熱的に不安定になる。

この媒体の設計の重要な利点は、書き込み温度が、高い方のＴ_ｃよりもずっと低いことである。したがって、高Ｔ_ｃ層の磁気飽和（Ｍ_ｓ）は依然としてきわめて高いままである。磁気のスイッチングの効果（すなわちゼーマン・エネルギー）は、Ｍ_ｓがかろうじてゼロを上回るキュリー温度での書き込みの場合よりもかなり高くなる。

図５は、本発明の一態様による磁性記録薄膜におけるスイッチングを示す概略図である。符号１４０は、３つの高Ｔ_ｃ層１４４、１４６及び１４８、並びに３つの低Ｔ_ｃ層１５０、１５２及び１５４を有する磁性記録薄膜１４２におけるあるビットを表している。高Ｔ_ｃ層は複数の磁性粒子１５６を含んでいる。薄膜の温度は、初めは低Ｔ_ｃ層のキュリー温度よりも低く、矢印１５８によって示すように、粒子１５６はすべて同じ磁化方向を有し、また低Ｔ_ｃ層の磁化方向も、この場合には垂直方向に固定されている。

符号１６０は、低Ｔ_ｃ層のキュリー温度よりも高く加熱された磁性記録薄膜１４２のあるビットを表している。この温度では、低Ｔ_ｃ層は常磁性であり、高Ｔ_ｃ層の粒子は、もはや低Ｔ_ｃ層によって磁気的に結合されない。したがって、粒子１５６の磁化方向は一様ではなくなる。

一部の粒子の磁化を不適切な方向に凍結することなく、記録されたビットの実質的にすべての磁性粒子の磁化方向が、所望の方向にスイッチングすることが望ましい。符号１６２は、磁気記録ヘッドからの書き込み磁界とすることができる外部の磁界１６４に曝されたときの、磁性記録薄膜１４２のあるビットを表している。すべて（又は現実的な実施例では、実質的にすべて）の粒子１５６の磁化は、印加された磁界と整列する。次いで、薄膜を冷却することが可能であり、ビット１６６に示すように、すべて（又は実質的にすべて）の粒子１５６の磁化は、新しい方向に固定されたままになる。

図６は、高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕのＣｏ／Ｐｔ多層薄膜の保磁力Ｈ_ｃと厚さのグラフである。層の厚さが１２ｎｍを超えると、Ｈ_ｃは増加しなくなることに留意されたい。これは、直径が約６ｎｍの円柱では、基本的な一貫性のあるスイッチング単位が約１２ｎｍの高さであることを示している。過去の試験結果の経験に基づいて、粒子の直径は約６ｎｍであると推定することができる。

層がＣｏ／Ｐｔ多層体として構成される試験的な構造体として図３及び図４の構造体を用い、粒状の高Ｋ_ｕ、高Ｔ_ｃのＣｏ／Ｐｔ多層体の厚さを約２４ｎｍから約２ｎｍまで減少させると、個々の粒子それぞれが熱的に不安定になるため、薄膜の静的なＭＯＫＥのＨ_ｃは著しく低下する。

１１．８ｎｍ及び２．９ｎｍのサンプルのヒステリシス・ループを、それぞれ図７及び図８に示す。一実施例では、薄膜の全体構造は、ガラス基板＼Ｔａ ３ｎｍ＼ＲｕＣｒ １０ｎｍ＼Ｒｕ＋ＺｒＯ_２ １５ｎｍ＼（Ｃｏ／Ｐｔ）×１６＋Ｎｂ_２Ｏ_５ ２０体積％＼炭素保護膜である。Ｔａ層及びＲｕＣｒ層はシード層である。Ｒｕ＋ＺｒＯ_２層は、より小さい粒子に対するテンプレートを形成する低Ｔ_ｃの層の中間層である。図７に示す１６回の繰り返しを有する多層体（すなわち、互いに隣接する１６の２層体）は、１１．８ｎｍの厚さの媒体で使用することができ、図８に示す４回の繰り返しを有する多層体は、２．９ｎｍの厚さの媒体で使用することができる。

図９〜図１２は、様々な記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線である。図７〜図１３において、白抜き記号を用いた曲線はバックグラウンド補正なしのＭＯＫＥループであり、実線の曲線は、線形的なバックグラウンド補正後のＭＯＫＥループである。

図７は、１１．８ｎｍの厚さを有する単一の高Ｋ_ｕの粒状Ｃｏ／Ｐｔ層のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。図８は、２．９ｎｍの厚さを有する単一の高Ｋ_ｕの粒状Ｃｏ／Ｐｔ構造体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。厚さ１１．８ｎｍの薄膜の粒子の結合が十分に分離されていることが理解できる。Ｈ_ｃ−Ｈ_ｎの値は６．８ｋＯｅである（Ｈ_ｎは核形成磁界）。Ｍ_ｓが６００ｅｍｕ／ｃｃであると考えられるサンプルの場合、これは７．２ｋＯｅの４πＭ_ｓの値に等しい。したがって、粒子間の交換結合はほとんど存在しない。サンプルが薄くなると、室温におけるＭＯＫＥ測定の時間内で超常磁性になることも理解できる。ループは完全な残留磁気を保つことができない。またループは、高い保磁力を有してもいない。

図３の構造体を有するＬＥＣＡ媒体の異なる４つの構成に対するヒステリシス曲線を、図９〜図１２に示す。高Ｋ_ｕ多層体は２．９ｎｍに固定され、その場合、そうした多層体の個々の層は超常磁性になる。図９は、３．１ｎｍの厚さの交換層を有するＬＥＣＡ媒体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。図１０は、２．３ｎｍの厚さの交換層を有するＬＥＣＡ媒体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。図１１は、１．６ｎｍの厚さの交換層を有するＬＥＣＡ媒体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。図１２は、０．８ｎｍの厚さの交換層を有するＬＥＣＡ媒体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。

図１３は、図９〜図１２のＬＥＣＡ媒体における高Ｔ_ｃ多層体と同じ厚さを有しているが、交換結合層のない高Ｔ_ｃ多層体のＭＯＫＥヒステリシス・ループを示している。

図９〜図１３に示した実施例では、ＬＥＣＡ媒体における交換結合の効果を明らかにするために、交換結合付着層の厚さを約３ｎｍから約０ｎｍまで低減させている。図７〜図１３において理解できるように、交換層が薄くなるほど媒体のＨ_ｎは小さくなり、それは媒体全体の熱安定性が低くなることを示している。

データ記憶媒体に使用するために、十分に結合が分離された粒状の高Ｔ_ｃ層を製造することが可能である。多層構造体の一実施例では、粒子を（１１１）方向と判断される方向にエピタキシャル成長させることができる。

一実施例では、高Ｔ_ｃ層の厚さが３ｎｍであると熱的に不安定である。しかし、厚さ３ｎｍの３つの高Ｔ_ｃ層が、図３に示した構成として低Ｔ_ｃ層と共に積層されると、それらは熱的にきわめて安定になる。

図１４は、高Ｔ_ｃ層の熱安定係数Ｋ_ｕＶ／ｋ_ＢＴとＣｏ／Ｐｔ２層体の数を示している。４つの２層体は厚さ２．９ｎｍに相当し、１６の２層体は厚さ１１．８ｎｍに相当するが、Ｎ＝４では、Ｋ_ｕＶ／ｋＴ（３００Ｋ）は約２０であり、これは６００Ｋよりも高く加熱されると、熱安定係数が１０未満になることを意味している。これによって、高Ｔ_ｃ層の異方性磁界のわずかな部分（例えば１／４〜１／１０）で粒子をスイッチングすることが可能であり、スイッチング周波数ｆ_０は３０ＧＨｚ、書き込み速度は１ｎｓと考えられる。

図１５は、繰り返される２層体の数（Ｎ）が１０未満になると（すなわちＮ＜１０）、動的保磁力Ｈ_０が低下し始めることを示している。これは、室温でも短時間の間、低いＫ_ｕ／ｋＴ比が有効であることを意味している。

積層型交換結合付着（ＬＥＣＡ）媒体に対するＭＦＭ像は、媒体の組成（すなわち、低Ｔ_ｃ、高Ｔ_ｃ及び酸化物）を変更することによって、交流消去状態の領域（例えば磁気クラスタ）の大きさが変わることを示しており、これは有効な結合の変化に起因する。

多層体内に酸化物がない場合、薄膜はきわめて強く交換結合された状態になる。定性的に述べると、酸化物を有する高Ｔ_ｃ多層体は最小のスイッチング単位を有し、酸化物を有する低Ｔ_ｃはより大きいスイッチング単位を有する。すなわち、ＬＥＣＡのスイッチングのクラスタ・サイズは、低Ｔ_ｃ酸化物媒体のスイッチングのクラスタ・サイズよりも小さいか、又はそれに等しい。これは室温における場合であり、書き込み温度の場合には、結合された低Ｔ_ｃ媒体はＴ_ｃよりも高く加熱されて非磁性となり、粒子間交換結合を弱めるため、必ずしも該当しない。

一態様において本発明は、磁気材料系のＫ_ｕポテンシャルを完全に利用するＨＡＭＲ媒体を提供する。ＨＡＭＲによって、それを磁性材料のＴ_ｃよりも低い、潤滑剤に都合のよい温度でスイッチングすることができる。

その設計の他の利点は、高Ｋ_ｕ粒子が、書き込み温度でかなり高い磁気モーメントを有することである。結果として、磁気書き込み装置は、モーメントがゼロに近いＴ_ｃでの書き込みと比べると、ずっと強い力を加えて粒子をスイッチングすることが可能になる。

一実施例において本発明は、低Ｔ_ｃ層を有する第２の磁性層に隣接して配置された高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの層を有する第１の磁性層をそれぞれが含む、複数の２層体を有する記憶媒体を提供する。そうした構造体は、第１の層の高Ｋ_ｕ粒子のＴ_ｃよりも低い熱磁気的な書き込みに対して敏感である。第１の層の磁性粒子が第２の層によって互いに磁気的に結合されるため、媒体を加熱する前、第１の層の磁性粒子の磁化方向は安定である。第２の層がそのキュリー温度よりも高く加熱されると、第２の層は常磁性状態に変化する。これによって、高Ｋ_ｕ層の粒子間の交換結合が弱められ、それらの粒子は超常磁性になる。その結果、印加された磁界によって、超常磁性の高Ｋ_ｕ粒子の磁化方向が反転する。

他の態様において本発明は、低Ｔ_ｃ材料の層の両側に配置された、少なくとも２つの高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの材料の層を含むデータ記憶媒体を提供する。例えば図３では、高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの層８４及び９６が、低Ｔ_ｃ材料の層９０の両側に配置されている。

他の態様において本発明は、低Ｔ_ｃ材料の２つの層の間に配置された高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの材料の層を含むデータ記憶媒体を提供する。例えば図３では、高Ｔ_ｃ、高Ｋ_ｕの層９６が、低Ｔ_ｃ材料の層９０及び１００の間に配置されている。

本発明の媒体は、高Ｋ_ｕ材料のキュリー温度よりも低い温度での媒体への書き込みを可能にするために、高Ｋ_ｕ材料に対する温度効果を利用する。その設計の他の利点は、高Ｋ_ｕ粒子が、書き込み温度においてかなり高い磁気モーメントを有することである。結果として、磁気書き込み装置は、モーメントがゼロに近いキュリー温度付近の温度での書き込みと比べると、ずっと強い力を加えて粒子をスイッチングすることが可能になる。

一態様において本発明の装置は、他の層から垂直方向に交換結合が分離される、小さい磁気単位の熱活性化されたスイッチングを使用する。本発明は、２層構造体、及び高Ｔ_ｃ材料の２つの層の間に低Ｔ_ｃ材料の層を含む、或いは低Ｔ_ｃ材料の２つの層の間に高Ｔ_ｃ材料の層を含む３層構造体を含む他の多層構造体を包含する。小さい磁気単位を用いることによって、熱の支援によるスイッチングの効果が高められる。データ記憶媒体に用いると、高温で垂直方向に結合が分離された積層構造を用いることによってより小さいスイッチング体積が得られるため、記録温度が低減される。

本発明をいくつかの実施例について説明してきたが、特許請求の範囲で述べる本発明の範囲から逸脱することなく、説明した実施例に様々な変更を加えることが可能であることが、当業者には明らかであろう。

本発明の一態様による磁気記録薄膜を有するデータ記憶媒体を含むことができる、ディスク・ドライブ記憶システムの形のデータ記憶装置の図。 熱アシスト磁気記録ヘッド、及び隣接するデータ記憶媒体の概略図。 本発明の一態様による磁気記録薄膜を含む記憶媒体の概略的な断面図。 図３の記憶媒体の層の側面図。 本発明の一態様による磁気記録薄膜におけるスイッチングを示す概略図。 保磁力と厚さのグラフ。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体の磁気特性を示すヒステリシス曲線。 記憶媒体におけるＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴと２層体の数のグラフ。 記憶媒体におけるＨ_０と記憶媒体の２層体の数のグラフ。

Claims (19)

1. 互いに隣接して配置された複数の２層構造体を含む装置において、各２層構造体が、第１のキュリー温度及び第１の磁気異方性を有する磁性材料でできた第１の層、及び前記第１の層に隣接して配置された磁性材料でできた第２の層を含み、前記第２の層が、前記第１のキュリー温度よりも低い第２のキュリー温度及び前記第１の磁気異方性よりも小さい第２の磁気異方性を有し、前記２層構造体が前記第２のキュリー温度よりも高く前記第１のキュリー温度よりも低い温度に加熱されると、前記第１の層の磁性粒子が超常磁性になる、装置。
2. 前記第１の層と前記第２の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含む請求項１に記載された装置。
3. 前記交換結合制御層が０ｎｍよりも大きく５ｎｍよりも小さい厚さを有する請求項２に記載された装置。
4. 前記第１の層の磁性粒子が１ｎｍ〜１０ｎｍの直径を有し、前記第２の層の磁性粒子が１ｎｍ〜１０００ｎｍの直径を有する請求項１に記載された装置。
5. 前記第１の層が２ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有し、前記第２の層が０．５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有する請求項１に記載された装置。
6. 前記各２層構造体の磁性材料でできた前記第１の層が、複層構造体を含む請求項１に記載された装置。
7. 前記各２層構造体の前記第１の層が、第１の粒子間交換結合を有する第１の複数の磁性材料粒子を含み、
   前記各２層構造体の前記第２の層が、第２の粒子間交換結合を有する第２の複数の磁性材料粒子を含み、前記第２の粒子間交換結合が、前記第１の粒子間交換結合よりも大きい請求項１に記載された装置。
8. 前記各２層構造体において、前記第１の層の磁性粒子が前記第２の層の磁性粒子よりも小さく、前記第１の層及び前記第２の層が互いに交換結合される請求項１に記載された装置。
9. 前記各２層構造体において、前記第１の層が磁性粒子間に結合分離材料を含む請求項１に記載された装置。
10. 前記結合分離材料が酸化物を含む請求項９に記載された装置。
11. 基板と、
    前記基板上に被着されるシード層とを更に含み、
    前記複数の２層構造体のうちの１つの２層構造体の前記第１の層が前記シード層上に直接隣接して配置される請求項１に記載された装置。
12. 前記第１の層が、Ｃｏ₃Ｐｔ、ＣｏＸＰｔ合金、ＣｏＸ／Ｐｔ多層体、ＣｏＸＰｄ合金、ＣｏＸ／Ｐｄ多層体、ＦｅＰｔ、ＦｅＹＰｔ合金又はＴｂＦｅＣｏの１つ又は複数を含み、ここで、Ｘは、Ｃｒ、Ｂ、Ｎｉ及びＴａの１つ又は複数を含み、Ｙは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ａｇ、Ａｕ及びＭｎの１つ又は複数を含む、請求項１に記載された装置。
13. 磁性材料でできた第３の層の両側に配置された磁性材料でできた第１の層及び第２の層を含む装置において、前記第１の層及び前記第２の層が前記第３の層のキュリー温度よりも高いキュリー温度を有し、前記第１の層及び前記第２の層が前記第３の層よりも大きな磁気異方性を有し、前記第１の層、前記第２の層及び前記第３の層が、前記第３の層のキュリー温度よりも高く前記第１の層及び前記第２の層のキュリー温度よりも低い温度に加熱されると、前記第１の層及び前記第２の層の磁性粒子が超常磁性になる、装置。
14. 前記第１の層と前記第３の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含む請求項１３に記載された装置。
15. 前記交換結合制御層が０ｎｍよりも大きく５ｎｍよりも小さい厚さを有する請求項１４に記載された装置。
16. 前記第１の層及び前記第２の層の磁性粒子が１ｎｍ〜１０ｎｍの直径を有し、前記第３の層の磁性粒子が１ｎｍ〜１０００ｎｍの直径を有する請求項１３に記載された装置。
17. 磁性材料でできた第３の層の両側に配置された磁性材料でできた第１の層及び第２の層を含む装置において、前記第１の層及び前記第２の層が前記第３の層のキュリー温度よりも低いキュリー温度を有し、前記第１の層及び前記第２の層が前記第３の層よりも小さな磁気異方性を有し、前記第１の層、前記第２の層及び前記第３の層が、前記第１の層及び前記第２の層のキュリー温度よりも高く前記第３の層のキュリー温度よりも低い温度に加熱されると、前記第３の層の磁性粒子が超常磁性になる、装置。
18. 前記第１の層と前記第３の層との間に配置された交換結合制御層をさらに含む請求項１７に記載された装置。
19. 前記交換結合制御層が０ｎｍよりも大きく５ｎｍよりも小さい厚さを有する請求項１８に記載された装置。

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