JP5127950B2 - 磁気記録媒体 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気記録媒体に関する。

現在，ＨＤＤの媒体にはＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラ型の磁気記録層が用いられているが，面記録密度を高めるためにはＣｏＣｒＰｔ磁性粒子を小さくする必要がある。しかし，磁性粒子を小さくすると熱安定性が低下し，データが消失しやすくなる。熱安定性は垂直磁気異方性を高めることにより改善することができるが，高速磁化反転時の保磁力も高くなって，ヘッドの記録磁界より大きくなると十分な記録ができなくなってしまう。

ＢＰＭ（Bit Patterned Media）という解決策も検討されているが，磁気記録層を加工する際に媒体表面の平坦性が悪化してヘッドとメディアの接触が発生しやすくなるため，表面加工を行わない媒体の方が好ましい。また，ＢＰＭでは加工時にサーボやデータビットの位置が決まってしまうが，媒体完成後に自由に設定できる方が望ましい。

このようなことから、ＰＰＭ（Percolated Perpendicular Media）という媒体が提案されている。ＰＰＭでは、磁壁移動型の磁性層中に空孔や非磁性のピニングサイトを形成して磁壁をピン止めすることによりビットを維持する。磁壁に囲まれた１ビットが熱揺らぎの単位となるため熱安定性が高く，磁壁移動により保磁力が低くなるので記録のしやすさが期待できる。しかしながら、実験的には，例えばＣｏＰｔ−酸化物ベースのＰＰＭは垂直磁気異方性不足と加熱の問題があり，Ｃｏ／Ｐｔ−空孔型のＰＰＭは基板を加工するため表面の平坦性に問題があった。

Dieter Suess et al,「ジャーナル・オブ・アプライドフィジクス（Journal of Applied Physics）」 ９９巻, ｐ．８Ｇ９０５ （２００６） Jian-Gang Zhu et al.,「ＩＥＥＥ トランサクション・オン・マグネティクス（IEEE Transaction on Magnetics）」 ４３巻， ｐ．６８７ （２００７） David E. Laughlin et al., 「ＩＥＥＥ トランサクション・オン・マグネティクス（IEEE Transaction on Magnetics）」４３巻， ｐ．６９３ （２００７） M.Tofizur Rahman et al., 「アプライド・フィジクス・レター（Applied Physics Letter）」９２巻， ｐ．１３２５０５ （２００７）

本発明の実施形態は、熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。

実施形態によれば、 基板、及び
該基板上に設けられた、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備え，
前記磁性層と前記非磁性層はそれぞれ連続層であり、
前記磁性層は、磁性材料部と、該磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトとを有し，
保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する垂直磁気記録媒体が提供される。

第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例を表す模式的な断面図である 第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例を表す模式的な断面図である 図１の多層垂直磁気記録層を平面から見た構造を模式的に表す図である 実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図である 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の極Ｋｅｒｒ効果評価装置による磁化曲線である 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の断面の走査型透過電子顕微鏡写真図である 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のＨｃ，Ｈｎ，ＨｓとＡｇ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のＫｕ，Ｈｋ，ＭｓとＡｇ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例のＨｃ，Ｈｎ，ＨｓとＡｇ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例のＫｕ，Ｈｋ，ＭｓとＡｇ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の再生波形を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例の再生波形を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体のさらに他の一例の再生波形を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体のさらにまた他の一例の再生波形を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のＨｃ，Ｈｎ，ＨｓとＣｕ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のＫｕ，Ｈｋ，ＭｓとＣｕ層厚との関係を表すグラフである 実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルを上から見た図である 第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である 第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である 第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの斜視図である 第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である 第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である

実施形態によれば、基板と、基板上に設けられた、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体が提供される。

多層磁気記録層の磁性層と前記非磁性層はそれぞれ連続層である。磁性層は、磁性材料部と、磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトとを有する。また、この垂直磁気記録媒体は、保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する。

尚、ここでは、主成分とは、物を構成する材料の中に一番多く含まれる成分例えば元素あるいは化合物等のことをいう。

また、実施形態によれば、上記垂直磁気記録媒体と磁気ヘッドを備えた磁気記録再生装置が提供される。

実施形態によれば、垂直磁気記録媒体の磁気記録層にピニングサイトを有する多層膜を用いることで，高い熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる。

実施形態に係る垂直磁気記録媒体では，高い垂直磁気異方性の得られる人工格子をベースに，磁性金属とは非固溶のピニングサイトを埋め込むことができる。ピニングサイトとして酸化物を用いると粒界に析出する構造になりやすいので，実施形態にかかる垂直磁気記録媒体では磁性金属とは非固溶のピニングサイトとして金属を用いることにより，微細で結晶性も良い粒子状のピニングサイトが形成されやすくなると考えられる。

＜基板＞
基板としては、例えばガラス基板、Ａｌ系合金基板、セラミック基板、カーボン基板や、酸化表面を有するＳｉ単結晶基板等を用いることができる。

ガラス基板の材料としては、例えばアモルファスガラス、結晶化ガラスがあげられる。アモルファスガラスとしては、例えば汎用のソーダライムガラス、及びアルミノシリケートガラス等を使用できる。また、結晶化ガラスとしては、例えばリチウム系結晶化ガラスを用いることができる。セラミック基板としては、例えば汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。

あるいは、基板として、上記金属及び非金属の基板等の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてＮｉＰ層が形成されたものを用いることもできる。

また、基板上への薄膜の形成方法として、スパッタリング法のみを取り上げたが，真空蒸着法や電解メッキ法などでも同様の効果を得ることができる。

＜軟磁性裏打ち層＞
実施形態において、基板と垂直磁気記録層との間に高透磁率な軟磁性裏打ち層を設けることにより、いわゆる垂直二層媒体を構成することができる。この垂直二層媒体において、軟磁性裏打ち層は、垂直磁気記録層を磁化するための磁気ヘッド例えば単磁極ヘッドからの記録磁界を、水平方向に通して、磁気ヘッド側へ還流させるという磁気ヘッドの機能の一部を担っており、磁気記録層に急峻で充分な垂直磁界を印加させ、記録再生効率を向上させる役目を果たし得る。

軟磁性裏打ち層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、及びＣｏを含む材料を用いることができる。

このような材料として、ＦｅＣｏ系合金例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど、ＦｅＮｉ系合金例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど、ＦｅＡｌ系合金、ＦｅＳｉ系合金例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど、ＦｅＴａ系合金例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど、ＦｅＺｒ系合金例えばＦｅＺｒＮなどを挙げることができる。

また、Ｆｅを６０原子％以上含有するＦｅＡｌＯ、ＦｅＭｇＯ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＺｒＮ等の微結晶構造、あるいは微細な結晶粒子がマトリクス中に分散されたグラニュラー構造を有する材料を用いることができる。

軟磁性裏打ち層の他の材料として、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏは、好ましくは８０原子％以上含まれる。このようなＣｏ合金は、スパッタ法により製膜した場合にアモルファス層が形成されやすく、アモルファス軟磁性材料は、結晶磁気異方性、結晶欠陥および粒界がないため、非常に優れた軟磁性を示す。

このようなアモルファス軟磁性材料としては、コバルトを主成分とし，ジルコニウムを副成分として含有する合金例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａなどのＣｏＺｒ系合金を挙げることができる。以上の材料には、アモルファスを形成しやすくするなどの目的で，さらにＢを加えることができる。

また、軟磁性裏打ち層にアモルファス材料を用いた場合には，アモルファス系の基板と同様に、その上に形成する金属層の結晶配向に直接的な影響をほとんど与えなくなるために，材料を変更しても磁気記録層の構造や結晶性に大きな変化はなく，基本的に同様の磁気特性および記録再生特性が期待できる。ＣｏＺｒ系合金のように３つ目の元素が異なる程度であれば，飽和磁化（Ｍｓ），保磁力（Ｈｃ），及び透磁率（μ）などの違いも小さいので，ほぼ同等の磁気特性および磁気記録再生特性が得られる。

＜非磁性下地層＞
本発明の垂直磁気記録媒体において、基板あるいは基板上に設けられた軟磁性裏打ち層と、垂直磁気記録層との間に非磁性下地層を設けることができる。

非磁性下地層としては，例えばＲｕやＴｉを使用することができる。ＲｕやＴｉは記録層の主成分のＣｏやＰｔ，Ｐｄと同じ最密結晶構造であり，格子ミスマッチも大き過ぎず，粒径も小さくて柱状成長させやすいなどの点で好ましい。

また，製膜中のＡｒガス圧を高めることにより，さらに粒径を微細化した上に，粒径の分散も改善し，粒子間の分断も促進することができる。この場合，結晶配向は悪化する傾向にあるが，必要に応じて，結晶配向を高めやすい低ガス圧の非磁性下地層と組み合せることでそれを補うことができる。前半を低ガス圧，後半を高ガス圧とする方が好ましく，後半のガス圧については，相対的に前半のガス圧より高ければ同様の効果が期待でき，１０Ｐａ以上でも構わない。また，層圧比は，結晶配向を優先するのであれば低ガス圧層の方を厚く，粒径の微細化などを優先するのであれば高ガス圧層の方を厚くすると良い。

粒子間の分断に関しては，酸化物を添加することによりさらに促進することができる。酸化物としては、特に酸化シリコン、酸化クロム、及び酸化チタンからなる群から選択されるもののうち少なくとも１種が好適である。

なお，非磁性下地層にはｆｃｃの金属を用いても，（１１１）配向とすることによりＣｏ系記録層をｈｃｐ（００．１）配向とすることができるので，例えばＲｈやＰｄ，Ｐｔなどを使用することができる。また，Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種と、Ｃｏ、及びＣｒからなる群より選択された少なくとも一種とからなる合金を使用することもできる。さらに，例えばＢ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｚｒ、Ｗ、及びＮｄからなる群より選択された少なくとも一種を添加することができる。

また，この垂直磁気記録媒体は、複数の非磁性下地層を積層して，磁気記録層の結晶粒径や結晶配向を改善することができる。これらの改善によって非磁性下地層を薄くすることができれば，磁気ヘッドと軟磁性裏打ち層の距離（スペーシング）を短くして記録再生特性を改善することもできる。軟磁性裏打ち層に近い側の非磁性下地層については，軟磁気特性を持たせることができれば，裏打ち層としても機能するので，さらに磁気ヘッドとの距離を短くすることができて好適である。

本発明における非磁性下地層の材料としては，ｈｃｐやｆｃｃの金属が結晶配向を高めやすいという利点があるが，垂直磁気記録層と接しない側の下地層にはｂｃｃの金属を用いることが可能で，結晶構造の違いにより下地層の結晶粒径を微細化する効果が期待できる。複数材料の積層は必須ではないが，設けるのであれば好適な材料は、例えばＲｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ及びその合金からなる群から選択される少なくとも１種を含むことができる。さらに特性を改善するために，これらの材料を混ぜ合わせても良いし，別の元素を混ぜても良く，またそれらを積層しても良い。

また、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種の金属を主成分とする非磁性下地層を多層磁気記録層と接触して設けることができる。多層磁気記録層中にはピニングサイトが含まれるが，ピニングサイトの大きさ，その分散，配置や密度などは，その直下の下地となる層の影響を受けると考えられる。ピニングサイトとしてＣｕ、Ａｇ、及びＡｕからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とする金属を用いた場合には，このような非磁性下地層を設けることにより、適度な分布でピニングサイトが形成され，良好なピン止め効果を示す垂直磁気記録媒体が得られる傾向がある。

非磁性下地層の厚さは，好ましくは０．１ないし５０ｎｍ，より好ましくは４ないし３０ｎｍである。Ｒｕに限らず，一般に下地層は厚くした方が結晶性が高めやすくなるため好ましいが，平均層厚が１原子層以下で島状に点在した構造となっても結晶粒径や結晶配向を改善する効果が期待できる場合がある。非磁性下地層が良好な特性を示す軟磁性体であればスペーシングの観点からは最大値の制限はなくなるが，磁性がない場合には厚くし過ぎるとスペーシングの増加により磁気ヘッドによる記録能力や記録分解能の低下を招くことになる。

＜垂直磁気記録層＞
図１に、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例を表す模式的な断面図を示す。

図２に、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例を表す模式的な断面図を示す。

図３に、図１の多層垂直磁気記録層を平面から見た構造を模式的に表す図を示す。

一実施形態にかかる垂直磁気記録層１０は，図１に示すように，基板１上に、非磁性層２−１，２−２，２−３，２−４，２−５と磁性層３−１，３−２，３−３，３−４とを交互に積層した多層構造となっている。磁性層３−１，３−２，３−３，３−４は、磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトを有する。また、非磁性層２−１，２−２，２−３，２−４，２−５は、非磁性材料部内に分散され、非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトを含み、非磁性層中のピニングサイトは、隣接する磁性層中のピニングサイトと互いに連結して柱状のピニングサイト４を構成している。なお、図１では模式的に柱状のピニングサイトが多層磁気記録層を膜面に垂直に貫いているが，曲がったり不連続であったりしても良い。

また、他の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体２０は、図２に示すように、基板１上に、非磁性層１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，１２−５と磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４とを交互に積層した多層構造となっている。磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４は、磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイト１４を有する。ピニングサイト１４は磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の膜面内に分散して点在した構造となっている。

磁性層が膜面内で磁気的に強く結合していて磁化反転が磁壁移動によって行われる媒体では，上記のような非磁性の領域は磁壁の移動を抑制するピニングサイトとして働く。ピニングサイトは図３のように規則的に配列することが好ましいが，通常のスパッタプロセスでは規則配列は困難であり，図２のように不規則な配列でも良い。

なお，磁壁の厚さがピニングサイトの直径より厚いとピニングされない傾向があり，マイクロマグネティクスシミュレーションにより計算してもそのような結果が得られるので，磁壁厚はピニングサイト径よりも薄くする必要がある。

例えば３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２程度の面記録密度の場合，ヘッド走行方向のビット長は（トラック幅にもよるが）１０ｎｍ程度になるため，ビット間の遷移領域となる磁壁の厚さは５ｎｍ以下が必要になると予想される。

磁壁の厚さδは，交換スティフネス定数Ａと磁気異方性定数Ｋにより，下記式（１）
δ＝π√（Ａ／Ｋ）…（１）
で与えられるので，例えば交換結合が強い場合（Ａ＝１μerg/cm）に磁壁厚を５ｎｍとするためには，Ｋ＝４×１０^７erg/ccのかなり高い磁気異方性が必要となる。面記録密度が低い場合や，Ａを小さくしたりすることにより，要求されるＫの値を小さくすることはできるが，ここでは例えば１×１０^７erg/cc以上が好ましい。

ピニングサイト径はＫｕ（一軸結晶磁気異方性定数；結晶軸が膜面垂直方向を向いている場合には垂直磁気異方性）次第だが，大きい方がピニングエネルギーが高く熱安定性を高めることができる。一方，記録密度が高まると１ビットも小さくなるのでピニングサイト径も小さくする必要があり，例えば４ｎｍ程度が好ましい。ピニングサイトの密度はピニングサイト径や要求される面記録密度次第ではあるが，例えば５０％以下くらいが目安となる。

Ｃｏ／Ｐｔ，Ｐｄ系の人工格子は，通常結晶質で最密面が配向した場合に１×１０^７erg/cc以上の高Ｋｕが得られるので，高い面記録密度を得ることができる。磁性層にはＣｏ，非磁性層にはＰｔやＰｄを利用するのが好ましい。ＣｏはＦｅや希土類と比較して耐食性が高い点も好ましい。

非磁性ピニングサイトの材料は磁性層とは混じらない必要がある。磁性粒子にＣｏのような金属を用いる場合，分離しやすい材料として一般には酸化物が選ばれることが多いが，従来のグラニュラ型の磁性層のように粒界に偏析しやすい傾向にある。

そこで、本発明では磁性層と非固溶の金属をピニングサイトとして用いる。その方が粒界に析出せずに円い粒子状のピニングサイトを形成しやすく，結晶性も良く，微細化も進めやすいと考えられる。磁性層がＣｏの場合には，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕが好ましい。

垂直磁気記録層は、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕ等の主成分のほかに、副成分としてＢ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａ、及びＷから選ばれる１種類以上の元素を含むことができる。上記元素を含む事により、磁性結晶粒子の微細化を促進、あるいは結晶性や配向性を向上させることができ、より高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性を得ることができる。

上記副成分の合計の含有量は、８原子％以下であることが好ましい。８原子％を超えた場合、磁性層の結晶性、配向性が乱れ、結果として高密度記録に適した記録再生特性、熱安定性が得られない傾向がある。

磁性層の層厚は，一般に薄いほど高Ｋｕが得られるが，１原子層程度よりも薄くしすぎると逆にＫｕが低下する傾向があるため，０．２ないし１ｎｍが好ましい。例えば０．４ｎｍにすることができる。

非磁性層の層厚は，高Ｋｕが得られるように最適化するのが良い。垂直磁気記録層に用いられる材料の他，非磁性下地層の材料などにも依存するが，［Ｃｏ／Ｐｔ］や［Ｃｏ／Ｐｄ］多層膜であれば，好ましくは０．２ないし２ｎｍ，より好ましくは０．４ないし１．２ｎｍである。

なお，多層磁気記録層においては，磁性層が十分に非磁性層に挟まれることで大きな界面磁気異方性が得られるため，磁性層の厚さは非磁性層の厚さと同等あるいはそれ以下が好ましい。

磁性層や非磁性層の層厚は，１層目から最上層まで全て同じである必要はなく，各層厚を調整することで膜厚方向のＫｕやＭｓを変化させ異方性磁界Ｈｋ（＝２Ｋｕ／Ｍｓ）を適宜調節することができる。例えば磁気ヘッドで記録を行う際，垂直磁気記録層のヘッドに近い部分は記録磁界が大きくヘッドから遠いほど小さくなるので，それに合わせて記録層上部のＨｋを高く下部のＨｋを低めに設定することができる。

多層磁気記録層の層数は、好ましくは３ないし４０層、より好ましくは５ないし２０層である。この範囲であると、より高記録密度に適した磁気記録再生装置として動作し得る。多層磁気記録層の層数が３層未満であると、磁性層の層数が少なく再生出力が低過ぎてシステムノイズの比率が高くなる傾向があり、多層磁気記録層の層数が４０層を超えると、再生出力が高過ぎて波形を歪ませる傾向がある。

垂直磁気記録層の保磁力Ｈｃは、２ｋＯｅ以上とすることが好ましい。保磁力Ｈｃが２ｋＯｅ未満であると、ピニングが不十分で高い面記録密度を得にくい傾向がある。

垂直磁気記録層の垂直角型比は、０．９以上であることが好ましい。垂直角型比が０．９未満であると、結晶配向が悪化しているか，部分的に熱安定性が低下した構造が形成されている可能性がある。

Ｈｃ付近における磁化曲線の接線と負の飽和値との交点の磁界を核生成磁界Ｈｎとすると，ＨｎはＨｃより小さくなるが，再生出力，熱揺らぎ耐性，隣接トラック記録時の情報消去耐性などの観点からはなるべく大きい方が好ましい。しかしながら，Ｈｎを大きくすると言うことは，Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαを大きくするということになるが，従来のグラニュラ型の垂直磁気記録媒体ではαを大きくするとＳ／Ｎ比が低下する傾向があり好ましくなかった。

ここで，一般に保磁力Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαは，下記式（２）のように表記される。

α＝ｄＭ／ｄＨ｜_Ｈ＝Ｈｃ…（２）
実施形態では，ＣＧＳ単位系のＭｓ（emu/cc），Ｈｃ，Ｈｎ（Oe）を用いて下記式（３）のように定義する。

α＝４πＭｓ／（Ｈｃ−Ｈｎ）…（３）
なお，磁気記録層が磁性層と非磁性層を交互に積層した多層構造の場合，磁性層のみの体積を用いてＭｓを計算する場合が多いが，ここではグラニュラのような単層の磁性層との比較も考慮して，Ｍｓおよびαの数値を表示する際には，基本的には非磁性層も含めた多層磁気記録層全体の体積を用いることにする。

垂直磁気記録層のＨｃ付近における磁化曲線の傾きαは，磁性粒子間の交換結合が静磁結合に比べて十分に小さくなった場合にほぼ１になることが知られている。交換結合が強くなると（Ｈｃ−Ｈｎ）が小さくなり，αは１より大きくなる。現在実用化されているグラニュラ型の垂直磁気記録媒体では，多少粒子間結合を強めた方が総合的に良好な記録再生特性が得られるため，αは２前後となっている。しかしながら，基本的には粒子間結合が弱い方が高い線記録密度で高いＳ／Ｎ比が得られる傾向があり，グラニュラ型の垂直磁気記録媒体では，αが３よりも大きくなるような強い粒子間結合は好ましくない。αが５以上ともなると，磁性粒子はそれぞれ独立した磁化反転ではなく，隣接する粒子の反転に引っ張られて反転する傾向が強くなると言える。

ここで，磁壁移動型の磁化反転でよく知られている軟磁性体ではＨｃやＨｎの値が小さいこともあって，αは１０００から１００００と言ったような大きい値になる。磁気記録層に用いられる硬磁性体は，磁気異方性が大きいために磁化回転しやすく磁壁に相当する遷移領域も格段に薄くなることから，αが大きい場合でも磁壁移動型と表現するのが適切でない場合も考えられるが，αが５以上ともなると磁化反転の進行過程はほぼ磁壁移動型と同様と考えられる。

本発明の磁気記録媒体は，従来のグラニュラ媒体の磁化回転型ではなく，磁壁移動型の磁化反転を前提としているため，Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαは５以上であり，Ｈｎを大きく確保できるため好ましい。

＜保護層＞
保護層は、垂直磁気記録層の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐことができる。その材料としては、例えばＣ、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２を含むものがあげられる。

保護層の厚さは、１ないし１０ｎｍとすることが好ましい。これにより、ヘッドと媒体の距離を小さくできるので、高密度記録に好適である。

また、保護層上には、図示しない潤滑層を設けることができる。

潤滑層に使用される潤滑剤としては、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いることができる。

＜磁気記録再生装置＞
図４に、実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図を示す。

図４に示されるように、実施形態にかかる垂直磁気記録装置３０は、上面の開口した矩形箱状の筐体３１と、複数のねじにより筐体３１にねじ止めされる筐体の上端開口を閉塞する図示しないトップカバーを有している。

筐体３１内には、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体３２、この垂直磁気記録媒体３２を支持及び回転させる駆動手段としてのスピンドルモータ３３、磁気記録媒体３２に対して磁気信号の記録及び再生を行う磁気ヘッド３４、磁気ヘッド３４を先端に搭載したサスペンションを有し且つ磁気ヘッド３４を垂直磁気記録媒体３２に対して移動自在に支持するヘッドアクチュエータ３５、ヘッドアクチュエータ３５を回転自在に支持する回転軸３６、回転軸３６を介してヘッドアクチュエータ３５を回転、位置決めするボイスコイルモータ３７、及びヘッドアンプ回路３８等が収納されている。

磁気ヘッド３４は、図示しないほぼ矩形状のスライダに形成されたいわゆる複合型ヘッドであり、単磁極構造のライトヘッドと、ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜などを用いたリードヘッドと記録再生用のＭＲ（磁気抵抗）ヘッドとを有する。

＜垂直磁気記録媒体の作製＞
非磁性基板として、ディスク状の洗浄済みのガラス基板（オハラ社製、外直径２．５インチ）を用意した。このガラス基板をマグネトロンスパッタ装置（キヤノンアネルバ社製Ｃ−３０１０）の製膜チャンバ内に収容して、到達真空度４×１０^−５Ｐａ以下となるまで製膜チャンバ内を排気した後、特に断らない限りガス圧約０．６ＰａのＡｒ雰囲気中で、以下のようにＤＣマグネトロンスパッタリングを行った。

非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層として、厚さ３０ｎｍのＣｏＺｒＮｂ合金，厚さ０．７ｎｍのＲｕ，及び厚さ３０ｎｍのＣｏＺｒＮｂ合金を順次形成した。なお，これら２層のＣｏＺｒＮｂ層は，その間に設けたＲｕにより反強磁性的に結合している。

次に、ＣｏＺｒＮｂ層上に、厚さ８ｎｍのＰｄ層を形成した。

続いて、厚さ１０ｎｍのＲｕ層を形成した。なお，Ｒｕ層の製膜後にＡｒガス圧を６Ｐａまで高めてから，さらに厚さ１０ｎｍのＲｕ層を積層しても良い。

さらに，厚さ５ｎｍのＴｉ層を積層して，合計２３ｎｍの非磁性下地層を形成した。

その後，Ａｒガス圧を３Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。

まず，厚さ０，０．２，０．４，または０．６ｎｍ相当のＡｇのスパッタリングを行った。

次に，厚さ０．８ｎｍのＰｔ層を製膜し，さらに厚さ０．４ｎｍのＣｏ層を積層した。ここで，Ｃｏ層を製膜する際に，層厚にして０．２ｎｍまたは０．４ｎｍ相当のＡｇも同時にスパッタリングすることにより，磁性層をＣｏ−２５原子％ＡｇまたはＣｏ−４０原子％Ａｇ（設計値）とした媒体の作製も行った。

以上のような手順を８回繰り返した後，最後のＣｏ層の上にさらに厚さ０．８ｎｍのＰｔ層を積層して多層磁気記録層を形成した。

このようにして得られた多層磁気記録層をここでは［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ］８，［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ−２５原子％Ａｇ］８，または［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ−４０原子％Ａｇ］８と表示する。この場合、得られた垂直磁気記録媒体は、基板／軟磁性裏打ち層／Ｐｄ（８ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）／多層磁気記録層の順に積層されている。

続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。

上述のように保護層まで積層した後，製膜チャンバから取り出し、ディッピング法により、保護層上に厚さ１．５ｎｍのパーフルオロポリエーテルからなる潤滑層を形成して、垂直磁気記録媒体を得た。得られた垂直磁気記録媒体は、潤滑層が図示されていないこと以外は、図１と同様の構成を有する。

多層磁気記録層を［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ］８として製膜時にＡｒガス圧を高めた効果の例を図５に示す。

図５は、製膜後の媒体の極Ｋｅｒｒ効果評価装置による磁化曲線の測定結果である。

図中、１０１は、製膜時のＡｒガス圧５Ｐａの場合，１０２は製膜時のＡｒガス圧３Ｐａの場合，１０３は製膜時のＡｒガス圧０．７Ｐａの場合を各々示す。

図５によりＡｒガス圧を高めるとＨｃが増加していく様子が分かる。これは多結晶であるＣｏの粒子間に僅かな隙間ができて粒界で交換結合が弱くなり，磁壁が移動しにくくなった結果であると推定される。これは上述した交換スティフネス定数Ａを弱めたことになり，粒界近傍での磁壁の薄膜化が期待できる。

ここで，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαは，０．７Ｐａ，３Ｐａ，５Ｐａの時，それぞれ２４，２３，８（Ｍｓの計算に磁性層のみの体積を用いた場合；多層磁気記録層全体の体積を用いた場合には，それぞれ９７，９１，３２）である。５Ｐａまで上げると明らかに傾きαは小さくなるが，それでも５よりは十分に大きいことから，粒子間結合はグラニュラのようには弱くなっておらず，磁壁移動型の磁化反転をしていることが分かる。上記実施例では，Ｋｅｒｒループの傾きが十分に大きい状態でＨｃが適度に増加しているＡｒガス圧３Ｐａを採用した。

多層磁気記録層を［Ａｇ（０．４）／Ｐｔ／Ｃｏ−２５原子％Ａｇ］８とした時の断面構造について，走査型透過電子顕微鏡による暗視野像（ＤＦ−ＳＴＥＭ像）を図６に示す。括弧内の数値は厚さ、単位は（ｎｍ）である。ＤＦ−ＳＴＥＭ像では，平均原子番号の小さい原子は黒っぽく見え，大きくなるにつれて白く見える。黒っぽく見えるＣｏ層と白っぽく見えるＰｔ層の多層構造が形成されていることが分かる。Ｃｏ−Ｐｔは全率固溶系であるので，Ｃｏ層上のＰｔ，Ｐｔ層上のＣｏともに，アイランドを形成せず表面を覆うように成長しやすいことからも，膜面内で連続的に層を形成していると考えられる（拡散して組成変調がかかったような層構造になっているとしても）。図５において，低圧で製膜した場合にＨｃが非常に小さくなり，磁壁がスムーズに移動してピニングがほとんど起きていないことからも，Ｃｏ層が，したがってＰｔ層も連続した層となっているものと推定できる。

得られた垂直磁気記録媒体について，極Ｋｅｒｒ効果評価装置（ネオアーク社製），ＶＳＭ（振動試料型磁力計；理研電子社製），およびトルク磁力計（東英工業社製）を用いて磁気特性の測定を行った。

極Ｋｅｒｒ効果評価装置は，（軟磁性裏打ち層付きの）垂直磁気記録媒体の表面側にある磁気記録層の磁化曲線を測定することができるが，その飽和磁化Ｍｓを測定することができない。ＶＳＭやトルク磁力計でも，軟磁性裏打ち層が付いている場合，それと垂直磁気記録層を合わせて測定してしまい，上手く分離して評価することは困難である。そのため，ＶＳＭでＭｓやトルク磁力計でＫｕなどを測定する場合には軟磁性裏打ち層は製膜せず，代わりにほぼ同様の磁化曲線を得ることができるほとんど磁性のないＮｉＴａ層を形成したサンプルを用いている。

以下では特に断らない限り，どの磁化曲線も膜面垂直方向の測定結果であり，メジャーループを測定する際の標準的な掃引時間は，極Ｋｅｒｒ効果評価装置が４５秒，ＶＳＭが３分とした。

多層磁気記録層をＡｒガス圧３Ｐａで成膜した［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ］８とした時の，保磁力Ｈｃ，核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＡｇ層厚依存性を図７に，磁気異方性定数Ｋｕ，異方性磁界Ｈｋ，飽和磁化ＭｓのＡｇ層厚依存性を図８に示す。

図７中、２０１はＨｓ，２０２はＨｎ、２０３はＨｃを示す。

図８中、３０１はＭｓ，３０２はＨｋ、３０３はＫｕを示す。

図８においてＫｕは大きな変化がなくＨｋは２割程度しか増加していないのに対し，図７のＨｃは８割程度も増加していることが分かる。Ｈｋの増分を大幅に上回るＨｃの増加は，人工格子中に磁壁の移動を抑制するものができたことを意味しており，ピニングサイトの形成に成功したと考えられる。また，２．５〜３×１０^７erg/ccの高Ｋｕが得られており，上述の高Ａｒガス圧化と合わせて，薄い磁壁が形成されていると推定できる。薄い磁壁はビット間の遷移領域の狭小化にも寄与するが，同じピニングサイト径に対してピニングエネルギーがより高くなるので熱安定性の向上にも有効である。Ｋｕの値が通常のＣｏＣｒＰｔ−酸化物系グラニュラ媒体より１桁高いことから，Ｍｓも高いものの、Ｈｋは４０〜５０ｋＯｅとなっており，これは通常のグラニュラ媒体の３倍程度に相当する。グラニュラ媒体ではＨｃもそれに応じて大幅に増加し（熱などのアシストなしでは）到底記録不可能なほど大きい値となるが，磁壁移動型の本実施例では現行のグラニュラ媒体と同程度の５ｋＯｅ前後のＨｃに抑えられている。したがって，表面が平坦でヘッドの浮上が良好な非加工型連続媒体として，磁気記録層にピニングサイトを有する多層膜を用いることで，高い熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

なお，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαは，Ａｇ層厚が０，０．２，０．４，０．６ｎｍの時，それぞれ２９，２４，１８，１７（Ｍｓの計算に磁性層のみの体積を用いた場合；多層磁気記録層全体の体積を用いた場合には，それぞれ８７，８３，７２，７８）であった。

また，Ｃｏ層にＡｇを添加し，多層磁気記録層をＡｒガス圧３Ｐａで成膜した［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ−２５原子％Ａｇ］８とした時の，Ｈｃ，Ｈｎ，Ｈｓと、Ａｇ層厚依存性を図９に，Ｋｕ，Ｈｋ，ＭｓのＡｇ層厚依存性を図１０に示す。

図９中、４０１はＨｃ，４０２はＨｎ，４０３はＨｓを各々示す。

図１０中、５０１はＫｕ，５０２はＨｋ、５０３はＭｓを各々示す。

Ｈｃ，Ｈｎ，Ｈｓが全体に１ｋＯｅ程度小さくなり，主にＰｔ前のＡｇ層厚が薄い時のＫｕ，Ｈｋが落ち込んだ以外はほぼ同様の結果が得られた。

ここで，Ａｇピニングサイトの形成について説明する。Ｔｉ下地層上に微量のＣｕを製膜すると，微細で高密度なＣｕアイランドが形成することができるが，ＣｕをＡｇに変えても同様の構造が期待できる。ＰｔはＴｉともＡｇともある程度混じる関係なので，Ｔｉ／Ａｇ上にＰｔを製膜すると、Ａｇアイランド上への優先的な成長ではなく、層状に形成されると予想される。Ｐｔ層は薄いためＡｇアイランドがすっかり覆われていないことが好ましいが，ＡｇとＰｔを同時ではなく順番に製膜することによりＡｇとＰｔは原子レベルで均一に混じってしまわずに，少なくともＡｇアイランドがあった位置のＡｇ濃度は高くなっていると考えられる。この上にＣｏとＡｇを同時製膜すると，ＣｏはＰｔとは全率固溶でＡｇとは非固溶なので，ＣｏはＡｇアイランドの周辺を避けてＰｔ上に，逆にＡｇは１層目のＡｇ上に優先的に積層されるはずである。これで１周期が終わり，再びＣｏ層上にＡｇが製膜された場合には，やはりＣｏの部分を避けてＡｇが偏析している場所に優先的に成長すると考えられる。２層目のＰｔは，Ｔｉ／Ａｇ上ではなくＣｏとＡｇが偏析した所に積層されるので，Ｔｉの時より優先的にＣｏ上に層を成すはずである。このように少量のＡｇを繰り返しに製膜することより，Ｔｉ層上にできたＡｇアイランドを核にして，［Ｐｔ／Ｃｏ］人工格子中に柱状にＡｇが成長し，Ｃｏ層中にＡｇの穴，つまりピニングサイトを形成できると考えて上記のような製膜を行った。

なお，［Ａｇ／Ｃｏ］人工格子は大きな垂直異方性が得られず面内磁化膜である。もしＡｇが層状か広い範囲でＣｏと接していると，大幅にＫｕが低下しＨｃも下がるはずであるから，磁気的な観点からもＡｇは小さく固まっているものと推定できる。

また，Ｃｏ層のところでＡｇを同時製膜しなくても，図７のようなＡｇ厚依存性は同様であることから，同時製膜のＡｇがなくても同様の構造ができていることが分かる。逆に，Ａｇが多過ぎるとＡｇアイランドの部分が凸になったりＰＳ以外の部分に広がったりする心配があるが，図６ではそのような様子は見られず，構造が崩れると磁気特性も悪化すると考えられるので，上記の製膜条件の範囲は適量である。

＜記録再生特性＞
記録再生特性に関しては、日立ハイテクノロジーズ社製 スピンスタンド ＲＨ４１６０Ｅを用いて評価を行った。また、情報の記録再生には、補助磁極先端が主磁極近くまで伸びるように形成されたシールデッドポール型の記録素子とトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）再生素子を備えた垂直記録用の複合型ヘッドを用いた。記録素子の主磁極のトラック方向の幅は約３００ｎｍのヘッドを用い，半径位置は２６ｍｍ，回転数は５４００ｒｐｍで測定を行った。なお、ここではシールデッドポール型の記録素子を用いたが，補助磁極が主磁極から離れた従来型の単磁極型記録素子を用いることもできる。また，記録磁極の材料としてはＣｏＦｅＮｉを用いたが、例えばＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮ，ＮｂＦｅＮｉ，ＦｅＴａＺｒ、及びＦｅＴａＮなどの材料を用いいることもできる。また、これらの磁性材料を主成分としてさらに添加元素を加えることもできる。

Ａｒガス圧を３Ｐａとして成膜を行った多層磁気記録層［Ａｇ／Ｐｔ／Ｃｏ］８を用いた垂直磁気記録媒体について，線記録密度約２００ｋＦＣＩ（Flux Change / inch）で記録を行った時の再生波形を図１１に示す。また，比較例として，Ａｇピニングサイトを形成しなかった以外は実施例と同様とした時の再生波形を図１２に， Ａｒガス圧を０．７Ｐａとした場合およびＡｒガス圧を０．７ＰａとしてＡｇピニングサイトを形成しなかった場合の再生波形を図１３および図１４に示す。

図１１ないし１４において、各再生波形は１１１，１１２，１１３，１１４で示す。

図１４はつまり何のピン止めも行っていない［Ｐｔ／Ｃｏ］人工格子であり，不規則な磁区ができているだけで全く２００ｋＦＣＩで記録できていないことが分かる。これにＡｇピニングサイトを加えた図１３では不十分ではあるものの部分的に２００ｋＦＣＩに対応する再生波形が得られており，Ａｇの添加によりピン止め効果が得られていることが分かる。図１２は図１４に対してＡｒガス圧を３Ｐａに高めた結果であり，粒子間結合が弱まったことにより磁壁の薄膜化や粒子間でのピン止めの効果で，一部記録できていない箇所も見られるものの約２００ｋＦＣＩで記録できていることが分かる。図１１はさらにＡｇピニングサイトを加えたことで，高ガス圧化効果との組み合わせで最も良好な波形を再生できていることが分かる。

ここで，さらに多層磁気記録層製膜時のＡｒガス圧を上げて５Ｐａとした場合でも再生波形に大きな違いは見られなかったが，７Ｐａまで上げたところノイズが増加し再生出力の低下が見られた。７Ｐａの時の磁化曲線は５Ｐａの時よりさらに傾きが低下し，この時のαは４であった。粒子間の磁気的な結合が弱くなり，磁化反転モードが磁壁移動型から粒子ごとの磁化回転型に近付いていることから，記録トラックの飽和領域での逆磁区が発生しやすくなったものと予想される。このことから，本発明の磁気記録録媒体において，磁化曲線の傾きαは４以下は好ましくないものと考えられる。

ピニングサイトをＣｕに変更した以外は上記実施例と同様にして垂直磁気記録媒体を作製し，多層磁気記録層をＡｒガス圧３Ｐａで成膜した［Ｃｕ／Ｐｔ／Ｃｏ］８とした時の，Ｈｃ，Ｈｎ，ＨｓのＣｕ層厚依存性を図１５に，Ｋｕ，Ｈｋ，ＭｓのＣｕ層厚依存性を図１６に示す。

図１５中、６０１はＨｃ，６０２はＨｎ，６０３はＨｓを示す。

図１６中、７０１はＫｕ，７０２はＨｋ、７０３はＭｓを示す。

Ｋｕが低めで，Ｍｓが多少低下する傾向が見られた以外は，Ｃｕ層厚と共にＨｋの増分を大幅に上回るＨｃの増加などほぼ同様の結果が得られた。

なお，ピニングサイトをＣｕとした場合には，Ｔｉ下地層上に微量のＣｕを製膜することになるので，上述したように（Ａｇのように期待ではなく），最初の１層（ピニングサイトの核）は微細で高密度なＣｕアイランドが得られる。その後のＣｕピニングサイトの形成はＡｇの場合と同様に考えることができ，実際，ＨｃやＨｋなどのＣｕ層厚依存性とＡｇ層厚依存性はほぼ同様であることからも，逆に，Ｔｉ上のＡｇアイランドはＣｕアイランドとほぼ同様の成長をしていると推定できる。

また，ピニングサイトをＡｕに変更した場合でも同様の効果が得られた。

非磁性層をＰｄに変更した以外は上記実施例と同様にして垂直磁気記録媒体を作成したところ，同様の効果が得られた。

ピニングサイトが非磁性層とも非固溶である方が，より柱状のピニングサイトを形成しやすく，ピニング効果を得やすいのではないかと考えて，非磁性層をＮｉに変更してみたが，Ａｇ量に対してＨｃが増加する効果は見られなかった。構造は確認していないが，上記実施例と同程度の径のピニングサイトが形成できていたとしても，［Ｃｏ／Ｎｉ］人工格子では［Ｃｏ／Ｐｔ］や［Ｃｏ／Ｐｄ］人工格子ほど高いＫｕが得られないため，磁壁が厚くなってピニングが起きにくかったのではないかと考えられる。

上記実施例では，ピニングサイトの分布をコントロールするのにＴｉ下地層を用いたので，人工格子内の各層にもＴｉを配置すれば柱状でなくとも微細で高密度なピニングサイトが形成できるのではないかと考えて，［Ｔｉ／Ａｇ／Ｃｏ／Ｐｔ］人工格子も試してみた。しかしながら，［Ｔｉ／Ｃｏ］人工格子もほとんどＫｕの得られない面内膜であるため，上半分をＰｔとした［Ｔｉ／Ｃｏ／Ｐｔ］人工格子でも，垂直磁化膜にはなるもののＨｃが小さく，十分なＫｕが得られなかった。そのため，Ｔｉ上のＡｇアイランドによるピニング効果は確認できなかったが，このことは本質的にピニングサイトが柱状ではなく磁性層の部分のみでは不十分と言うことを意味している訳ではないと考えられる。

多層磁気記録層直下のＴｉ下地層をなくし，Ｒｕ上に多層磁気記録層を形成した場合には，Ａｇ量に対してＨｃはむしろ減少傾向であり，ピニング効果は得られなかった。ＡｇはＲｕとは非固溶であるため，Ｒｕ上に１回目のＡｇを製膜した際にピニングが起きやすいようなアイランドが形成されなかったのではないかと予想される。

Ｔｉ下地層をＰｔ，Ａｌに変更した以外は上記実施例と同様にして垂直磁気記録媒体を作成したところ，Ａｇ量に対するＨｃの変化はほぼフラットであった。Ｈｃが増加していないので十分なピニング効果が得られているとは言えないが，減少もしていないので，人工格子の層構造を崩していることはなく，Ａｇはピニングサイトのように固まっていると予想される。ピニングサイト径が磁壁厚よりも小さくてピニングが不十分な場合には，何らかの方法でＫｕを高めることによりピニング効果を発揮できる可能性もあるので，Ｐｔ，Ａｌ下地層も望みがあると考えられる。

＜マイクロマグネティクスシミュレーション＞
３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２級のビット記録および安定性を調べるため，市販のソフトウェア“LLG Micromagnetics Simulator（M.R.Scheinfeinほか作）”を用いてマイクロマグネティクスシミュレーションを行った。計算モデルのサイズは３２×３２×８ｎｍとし，それを１ｎｍ／辺の立方体のセルで分割した構成とした。面内方向には周期境界条件を適用したため，実質的に膜面が無限に広い場合と同様の反磁界が得られる。１粒子の面内での大きさは４ｎｍ／辺の四角形をベースとし，ピニングサイトは１粒子おきに磁化をなくした構造とした。

図１７に実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルを上から見た図を示す。

２１がピニングサイトであり，それ以外の２２の部分が４ｎｍ／辺の磁性粒子を想定している。各磁性粒子２２の内部は、図示しない１ｎｍ／辺の立方体のセルで分割されており，各セル間（磁性粒子内に対応）の交換スティフネス定数はＡ＝０．５または１μｅｒｇ／ｃｍとし，粒子間ではＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍとした。Ｍｓ＝１０００ｅｍｕ／ｃｃ，磁化容易軸のみ分散を持たせΔθ50＝５°とした。ギルバート減衰定数αは１，温度は熱揺らぎを考慮して３００Ｋとした。ヘッド磁界はモデルの中央の点線で表された２０×１０ｎｍの長方形の領域２３に０．１ｎｓ印加し，その後ヘッド磁界をなくしてから０．１ｎｓ後の磁化状態を計算した。

図１８は，柱状のピニングサイトを有する第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像の写真である。

セル間はＡ＝１μｅｒｇ／ｃｍ，粒子間はＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝４×１０^７ｅｒｇ／ｃｃとした時の計算結果である。

黒い部分がピニングサイト、赤い部分が上向きのスピンを示す磁性粒子、青い部分が下向きのスピンを示す磁性粒子を表している。

実験との対応では，Ａの大きさはセルサイズに依存することもあってはっきりしていないが，Ｃｏ系材料で使われることが多い１μｅｒｇ／ｃｍを採用した。粒子間はその半分であるので，実験的にはＡｒガス圧を上げて粒子間結合を弱めＨｃを高めた場合に相当する。記録を行った位置からピニングサイトで固定されやすい位置までドメインの位置がずれているが，長方形のドメインが安定して形成されていることが分かる。ドメインのサイズは２０×１２ｎｍと少し大きくなっているが，Ｋｕ＝４×１０^７ｅｒｇ／ｃｃの時，４ｎｍ径程度のピニングサイトが２５％程度の面密度で配置されていれば，３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２級のビットが室温でも安定して保持可能であることが分かる。したがって，磁気記録層にピニングサイトを有する連続膜を用いて，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

図１９は，柱状のピニングサイトを有する第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの他の一例を表す画像の写真である。

図１９は，セル間，粒子間ともにＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝３×１０^７ｅｒｇ／ｃｃとした時の計算結果である。いくつかの実験と計算との比較から，粒子内のＡを０．５μｅｒｇ／ｃｍ程度まで下げた方が実験に近い可能性が考えられたため，Ａ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍでの計算も行った。粒子間のＡについては，粒子内よりも小さくした方がドメインが安定することが分かっているが，あえて粒子間の結合も十分に強い（磁気的に均一な連続膜となる）厳しい条件で計算を行った。ドメインの周辺を図１８と見比べると，磁壁が粒界で止まらず境界がぼやけているが，ドメインは時間と共に縮小せず安定して保持されることが分かった。ドメインの大きさが少し広がっているので３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２の面記録密度には足りないが，粒子間結合を弱めない厳しい条件でも微小なビットを室温でも安定して保持可能であることが分かった。したがって，磁気記録層にピニングサイトを有する連続膜を用いて，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

次に，８ｎｍの層厚を４ｎｍごとの２層に分けて，ピニングサイトの位置を上下層で変えた場合の計算を行った。

図２０に第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの斜視図を示す。

なお、矢印は各セルの中心の磁気モーメントを表す。

図２１は，図２０の上層のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像の写真である。

図２２は，図２０の下層のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像の写真である。

セル間，粒子間ともにＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝３×１０^７ｅｒｇ／ｃｃと基本的には図１９の場合と同様であるが，上下層間の交換結合は０．２μｅｒｇ／ｃｍと弱めに設定した。この計算条件は，多層磁気記録層において，磁性層が非磁性層を挟んで弱く結合し，ピニングサイトが柱状ではなく３次元的に点在している状態を想定している。

図２１は界面直上の層厚４〜５ｎｍの層におけるドメインであり，図２２は界面直下の層厚３〜４ｎｍの層におけるドメインを表している。上下層のピニングサイトの位置が違ってもドメインの位置は重なっていることが分かる。層間結合がない場合には上下層のドメインの位置がずれるので，層間結合を導入した効果があることが分かった。また，薄膜化することでピニング力が弱くなることが懸念されたが，図１９と比較して明らかに遷移領域の幅が広がる様子は見られなかった。

また，図２１と図２２のドメインの境界において，一方のピニングサイトの上または下に膜が存在する箇所に注目してみると，その膜の部分でドメインが特に広がっている訳ではないことが分かる。そのため，磁性層の部分のみにしかピニングサイトを形成しない場合でも，例えばＰｔ層中へのＣｏの拡散も含め，ピニングサイトの上下に磁壁が回り込んでも構わないと考えられる。したがって，図２のように非磁性層にピニングサイトがなく，磁性層を柱状に貫いていなくとも，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

実施形態によれば、表面が平坦でヘッドの浮上が良好な非加工型連続媒体として，磁気記録層にピニングサイトを有する多層膜を用いることで，高い熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…基板、２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，１２−５…非磁性層、３−１，３−２，３−３，３−４，３−５，１３−１，１３−２，１３−３，１３−４，１３−５…磁性層、４，１４…ピニングサイト

Claims (8)

1. 基板、及び
   該基板上に設けられた、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備え，
   前記磁性層と前記非磁性層はそれぞれ連続層であり、
   前記磁性層は、磁性材料部と、該磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトとを有し，
   保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する垂直磁気記録媒体。
2. 前記磁性層はコバルトを主成分とする結晶質の磁性粒子を含む請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 非磁性層はプラチナまたはパラジウムを主成分とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記ピニングサイトは，銅、銀、及び金からなる群から選択される少なくとも１種を主成分として含む請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記多層磁気記録層と基板との間にチタン、プラチナ、及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属を主成分とする非磁性下地層をさらに含み、前記非磁性下地層に接触して前記多層磁気記録層が形成されている請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記非磁性下地層はチタンを主成分とする請求項５に記載の垂直磁気記録媒体。
7. 前記非磁性層は、非磁性材料部、及び該非磁性材料部内に分散され、該非磁性材料とは異なる前記非磁性金属からなる複数のピニングサイトを含み、該非磁性層中のピニングサイトは、隣接する磁性層中のピニングサイトと互いに連結して柱状になっている請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
8. 請求項１に記載の垂直磁気記録媒体と、磁気ヘッドとを具備する磁気記録再生装置。

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