JP5173750B2 - スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 - Google Patents

スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置に関する。
１９９０年代においては、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）ヘッドとＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
また、最新の記録密度実証実験では４００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２を超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている（例えば特許文献１）。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数よりも十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を、媒体に局所的に印加する。この結果、媒体が共鳴し、高周波磁界が印加された部分の媒体の保磁力（Ｈｃ）がもとの保磁力の半分以下となる。この効果を利用して、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体への磁気記録が可能となる。しかし、この特許文献１に開示された手法では、コイルにより高周波磁界を発生させているので、媒体に高周波磁界を効率的に印加することが困難であった。
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている（例えば、特許文献２〜４、及び、非特許文献１）。これらにより開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、中間層と、磁性体層と、電極とからなる。電極を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性体層の磁化が強磁性共鳴を生じる。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生する。
スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度の領域に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した媒体を効率的に共鳴すること可能となり、媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体を利用することが可能となる。このため、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避できる。
高周波磁界アシスト記録ヘッドを実現するためには、低駆動電流で安定して発振が可能であり、かつ、媒体磁化を十分に共鳴させる面内高周波磁界の発生が可能な、スピントルク発振子を設計・作製することが重要になる。
スピントルク発振子に通電可能な最大電流密度は、例えば素子サイズが７０ｎｍ程度のとき、２×１０８Ａ／ｃｍ２である。これ以上の電流密度では、例えばスピントルク発振子の発熱及びマイグレーションにより、特性が劣化する。このため、なるべく低電流密度で発振可能なスピントルク発振子を設計することが重要となる。
一方、媒体磁化を十分に共鳴させるためには、面内高周波磁界の強度を、媒体の異方性磁界（Ｈｋ）の１０％以上にすることが望ましいことが報告されている（例えば非特許文献２）。面内高周波磁界の強度を高める手段としては、発振層の飽和磁化の増加、発振層の膜厚の増加、及び、発振層の磁化の回転角度の増加、が挙げられるが、これらのいずれの手段も、駆動電流を増加させてしまう。
このように、駆動電流の低電流密度化と、面内高周波磁界の強度の増加とは、二律背反の関係にあり、これらを同時に実現するスピントルク発振子の実現が望まれる。
なお、特許文献５には、ＴＭＲを利用した面内磁化型メモリ応用におけるフリー層にＦｅＣｏＡｌ合金を用いる例が開示されている。また、特許文献６には、ホイッスラー合金を利用する例が公開されている。また、非特許文献３には、面内磁化膜ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド応用にて、ＦｅＣｏＡｌを用いる例が公開されている。
米国特許第６０１１６６４号明細書 米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２１９７７１号明細書 米国特許出願公開第２００８／００１９０４０Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１１０００４号明細書 米国特許出願公開第２００７／００６３２３７号明細書 IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL. 42, NO. 10, PP. 2670, "Bias-Field-Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current" by Xiaochun Zhu and Jian-Gang Zhu TMRC B6(2007), "Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR)"by Jian-Gang (Jimmy) Zhu and Xiaochun Zhu JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101 093905 (2007)
本発明は、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を提供する。
本発明の一態様によれば、{１１０}面が主面に対して略平行となるように配向した体心立方構造の磁性体からなる磁性膜を有し、磁気モーメントが前記主面に対して略垂直な方向を軸とする回転運動を行う第１磁性層と、磁性体からなる第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に積層され、非磁性体からなる第１非磁性層と、を備え、前記主面に対して実質的に垂直な方向の磁界が印加され、前記主面に対して垂直方向に電流が通電されることを特徴とするスピントルク発振子が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体に書き込み磁界を発する主磁極と、前記磁気記録媒体から還流する書き込み磁界を前記主磁極に還流させる還流磁極と、前記主磁極に併置された上記のスピントルク発振子と、を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体に書き込み磁界を発する主磁極と、前記主磁極に併置された上記のスピントルク発振子と、を備え、前記第２磁性層は前記磁気記録媒体から還流する書き込み磁界を前記主磁極に還流させることを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、上記のいずれかに記載の磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダと、前記ヘッドスライダを一端に搭載するサスペンションと、前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
本発明によれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置が提供される。
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。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係るスピントルク発振子１０は、発振層（第１磁性層）１０ａと、スピン注入層（第２磁性層）３０と、発振層１０ａとスピン注入層３０との間に設けられ非磁性層からなる中間層２２（第１非磁性層）を有する積層構造体２５を備える。
発振層１０ａは、体心立方構造を有する磁性体からなる磁性膜であり、その体心立方構造の{１１０}面に対して平行な面が主面１０ｆとなるように配向している。なお、{１１０}面は、（１１０）面、（１０１）面、及び（０１１）面などの結晶学的に等価な面を含む。以下では、（１１０）面である場合として説明する。
ただし、後述するように、発振層１０ａの一部に体心立方構造を有する磁性体からなる磁性膜が設けられ、その体心立方構造の（１１０）面が発振層１０ａの主面１０ｆに略平行となるように配向していても良い。以下では、説明を簡単にするために、発振層１０ａの厚みの全体に渡って、発振層１０ａが体心立方構造を有する磁性体からなる磁性膜であり、その体心立方構造の（１１０）の面方位が主面１０ｆと略平行となるように配向している場合について説明する。
一方、スピン注入層３０は、発振層１０ａの主面１０ｆの側に設けられている。なお、スピン注入層３０は、主面１０ｆ（積層面）に対して平行に設けられている。
そして、発振層１０ａとスピン注入層３０との間に中間層２２が挟まれている。すなわち、中間層２２は、発振層１０ａとスピン注入層３０との間に積層されている。
積層構造体２５には、主面１０ｆに対して垂直方向の成分を有する磁界Ｈ１が印加される。すなわち、スピントルク発振子１０の近傍に配置された磁極６１Ａから発生した磁界Ｈ１が積層構造体２５に印加される。磁界Ｈ１は、主面１０ｆに対して実質的に垂直である。磁界Ｈ１は、主面１０ｆに厳密に垂直でなくても良く、主面１０ｆに対して垂直な成分が平行な成分より大きければ良い。なお、磁極６１Ａは、後述する磁気記録ヘッドにおける主磁極とすることができる。
さらに、積層構造体２５は、主面１０ｆに対して垂直方向に電流Ｉｓが通電される。例えば、同図に例示したように、発振層１０ａの中間層２２とは反対の側に第１電極４１が設けられ、また、スピン注入層３０の中間層２２とは反対の側に第２電極４２が設けられ、第１電極４１及び第２電極４２の間に通電することにより、積層構造体２５には主面１０ｆに対して垂直方向に電流Ｉｓが通電される。
なお、第１電極４１及び第２電極４２には、Ｔｉ、Ｃｕなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。また、第１電極４１のうち、発振層１０ａとの界面はＣｕにすることが望ましい。これは、界面をＣｕとすることで、発振層１０ａを構成するＡｌ原子の拡散防止層として働き、Ａｌ原子が第１電極４１へ拡散することを防ぐことが可能となるためである。
なお、積層構造体２５すなわちスピントルク発振子１０は、上記の第１電極４１及び第２電極４２をさらに備えても良い。また、上記の第１電極４１及び第２電極４２の少なくともいずれかは、後述する主磁極及び環流磁極等の少なくともいずれかと兼用されても良い。
以下では、スピントルク発振子１０とは別に第１電極４１及び第２電極４２が設けられる場合として説明する。
電流Ｉｓは、例えば、第２電極４２から第１電極４１に向かう方向、すなわち、スピン注入層３０から発振層１０ａに向かう方向の電流である。また、逆の方向の電流である。これにより、積層構造体２５は、発振層１０ａの磁気モーメントが積層面垂直方向（主面１０ｆに対して垂直な方向）を回転軸にして回転運動を行うスピントルク発振子として機能する。
この電流Ｉｓの向きは、図１に例示したような発振層１０ａとスピン注入層３０の磁化の向きが平行の場合には、スピン注入層３０から発振層１０ａに向かっていることが必要である。また、発振層１０ａとスピン注入層３０の磁化の向きが反平行の場合には、発振層１０ａからスピン注入層３０に電流が流れることが必要となる。
積層構造体２５は、積層面垂直方向から見て微細加工されている。積層構造体２５のサイズは高周波磁界を発生させる面積によって設計される。
積層構造体２５のサイズ、すなわち、主面１０ｆに対して平行な平面で切断した時の大きさ（少なくとも１辺の長さ）が、２００ｎｍを超えると発振層１０ａが受けるスピン注入の効果のばらつきの影響を受けやすくなり、結果として発振し難くなる。また、サイズが大きくなるにつれて、発振させるための臨界電流密度を得るための電流の絶対値が大きくなるため、ジュール発熱が大きくなり、劣化が起こりやすくなる。そのため、サイズは２００ｎｍ以下であることが望ましい。さらに望ましくは１００ｎｍ以下が良い。
例えば、積層構造体２５のサイズは、１００ｎｍ四方の正方形とすることで良好な特性を得ることができる。また、サイズは小さければ小さいほどジュール発熱を抑えることができる。そのため、積層構造体２５のサイズは、磁界を印加する範囲を確保した上でできるだけ小さいことが望ましい。
磁極６１Ａから積層構造体２５に印加される磁界Ｈ１は、発振層１０ａ及びスピン注入層３０の磁化の方向を膜面垂直に向けるために印加される。磁界Ｈ１の方向は、同図に例示したように、膜面に対して垂直である。しかし、必ずしも完全に垂直でなくても、膜面垂直成分が膜面平行成分より大きければ良い。また、磁界Ｈ１の方向は、スピン注入層３０から発振層１０ａに向かう方向、及び、発振層１０ａからスピン注入層３０に向かう方向、のどちらでも良い。
スピン注入層３０においては、スピンの方向ができるだけそろったスピン電流を注入することが必要である。そのため、膜面垂直方向（主面１０ｆに対して垂直方向）の磁気異方性を有することが望ましい。具体的には、スピン注入層３０は、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｄ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｄ合金、Ｃｏ／Ｐｔ積層構造、Ｃｏ／Ｐｄ積層構造、Ｃｏ／Ｎｉ積層構造、ＴｂＦｅＣｏ合金を含む構造を有することが望ましい。
スピン注入層３０が軟磁性の場合、発振層１０ａにおける磁化の回転に起因して高周波磁界によってスピン注入層３０における磁化の方向が乱れるため、スピンの方向がそろったスピン電流を発生することができなくなる。そのため、スピン注入層３０の垂直磁気異方性はできるだけ大きいほうが良い。具体的には、スピン注入層３０における異方性磁界（Ｈｋ）は１０ｋＯｅ以上であることが望ましい。
また、スピン注入層３０の膜厚は、安定したスピン電流と垂直磁気異方性を得るために、５ｎｍ以上であることが望ましい。５ｎｍよりも小さくになると、良好な結晶性が得にくくなるため、垂直磁気異方性が劣化してしまう。
また微細加工した際の最終的な反磁界の影響においても、スピン注入層３０の膜厚が薄いほど反磁界係数が大きくなるため磁気安定性の点で不利である。この観点で、スピン注入層３０の膜厚は、より望ましくは１０ｎｍ以上であることが望ましい。
また、スピン注入層３０は、垂直磁気異方性膜と軟磁性層との積層構造でも良い。具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの少なくともいずれかを含む軟磁性層を、中間層２２の側に配置して、垂直磁気異方性膜と積層することで、注入されるスピンの偏極率を向上させ、スピントルクの効率を向上させることができる。このとき、軟磁性層を厚くしすぎると垂直磁気異方性が急速に失われる。このため、積層される軟磁性層の膜厚は５ｎｍ以下であることが望ましい。
発振層１０ａは、体心立方構造を有する。すなわち、ｂｃｃをなす金属強磁性層である。さらに、発振層１０ａは、体心立方構造の（１１０）の面方位を主面１０ｆとする。すなわち、発振層１０ａは、ｂｃｃの（１１０）方向に積層されている。これにより、膜面垂直方向を磁化回転の回転軸としたときの、発振駆動電流を低減することができる。
以下、本実施形態に係るスピントルク発振子１０に用いられる発振層１０ａの評価結果について説明する。
すなわち、Ｔａ膜とＲｕ膜の積層膜からなる下地層の上に、ｂｃｃ合金磁性層であるＦｅ５０Ｃｏ５０層をｂｃｃ（１１０）方向に成膜し、試料１とした。
なお、別途実施したＸ線を用いた解析によって、試料１がｂｃｃ（１１０）配向していることが確認された。なお、ｂｃｃ（１１０）配向とは、成膜方向面においてｂｃｃ（１１０）面がエピタキシャル成長していることを意味する。また、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により、試料１において、膜面内では、粒径が１０〜２０ｎｍ程度の多結晶になっていることが確認された。
また、比較例として、ＭｇＯ（１００）基板上にＦｅ５０Ｃｏ５０を形成し、４００℃で熱処理を行うことでｂｃｃ（１００）配向させた比較試料１を作製した。なお、Ｘ線を用いた解析により比較試料１がｂｃｃ（１００）配向していることが確認された。またＴＥＭにより、比較試料１において、膜面内では、粒径２０ｎｍ程度の多結晶になっていることが確認された。
表１に、試料１及び比較試料１に関してGilbert damping factorα（以下ではダンピングファクタαと言う。）を測定した結果を示す。
Figure 0005173750
なお、ダンピングファクタαは、強磁性共鳴測定（ＦＭＲ）により見積もった。
表１において、平行ダンピングファクタα１は、ＦＭＲを測定する際に試料に印加する磁場が試料の膜面に対して平行方向である場合に測定されるダンピングファクタである。そして、垂直ダンピングファクタα２は、試料に印加する磁場が試料の膜面に対して垂直方向である場合に測定されるダンピングファクタである。この磁界の方向を、図１に例示した磁界Ｈ１の方向に対応させることで、実際にスピントルク発振子１０を駆動するときの電流密度に相関するダンピングファクタの値を求めることができる。
なお、表１における垂直ダンピングファクタα２は、図１に示す磁界Ｈ１の向きの場合に相当する。
表１に表したように、試料１及び比較試料１の平行ダンピングファクタα１（すなわち、磁場が膜面に対して平行）は同じ値となっており、配向の違いによる差は見られない。
一方、垂直ダンピングファクタα２は、試料１のほうが比較試料１よりも小さくなった。
駆動電流密度はダンピングファクタαに比例するため、試料１であるｂｃｃ（１１０）面垂直軸を磁化回転軸とする発振層１０ａを有するスピントルク発振子は、駆動電流を低減することができる。
このように、本実施形態に係るスピントルク発振子１０により、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子が提供できる。
このような特性を示すｂｃｃ金属磁性層としては、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金などのＦｅを含むｂｃｃ合金を用いることができる。
ここで、以下では、{１１０}面が主面１０ｆに対して略平行となるように配向した体心立方構造の磁性体からなる磁性膜を、「ｂｃｃ（１１０）磁性層」と呼ぶことにする。
発振層１０ａにはｂｃｃ（１１０）磁性層を用いることができ、発振層１０ａの厚みの全てに渡ってｂｃｃ（１１０）磁性層を用いることができる。
このとき、また発振層１０ａは必ずしも１種類のｂｃｃ（１１０）磁性層により形成されている必要はなく、複数の種類のｂｃｃ（１１０）磁性層で形成されていても良い。具体的には、例えばＦｅを含むｂｃｃ合金において、Ｆｅの組成比が異なる層を積層しても良い。
さらに、発振層１０ａは、ｂｃｃ（１１０）磁性層と、それとは別の任意の磁性層と、が積層された構造を有していても良い。
例えば、発振層１０ａの磁気膜厚（磁化×膜厚：ｎｍ・Ｔｅｓｌａ）を調整するために、発振層１０ａのｂｃｃ（１１０）磁性層が、ｆｃｃ合金や、アモルファス合金と積層されていても良い。具体的には、ｂｃｃ（１１０）磁性層が、Ｎｉを含むｆｃｃ（面心立方格子）合金やＣｏを含むｈｃｐ（六方細密格子）合金と積層されていても良い。この時、ｂｃｃ（１１０）磁性層と積層される別の磁性層の数は任意である。
ｂｃｃ（１１０）磁性層と上記のような別の磁性層とが積層される場合、ｂｃｃ（１１０）磁性層の厚みは、１ｎｍ以上であることが望ましい。１ｎｍよりも薄くなると良好な結晶性が得られにくくなり、材料固有のダンピングファクタαが得られないため、発振駆動電流を下げる効果が著しく失われる。より好ましくは、ｂｃｃ（１１０）磁性層の膜厚は、発振層１０ａの膜厚の半分以上であることが望ましい。ｂｃｃ（１１０）磁性層の厚みが発振層１０ａの膜厚の半分を超えると、膜全体のダンピングファクタαに対する寄与が非常に大きくなるため、駆動電流を下げる効果が大きくなる。
なお、発振層１０ａにおいて、ｂｃｃ（１１０）磁性層と別の磁性層とが積層される場合、ｂｃｃ（１１０）磁性層は、中間層２２の側（スピン注入層３０の側）に配置されることが望ましい。ｂｃｃ（１１０）磁性層が中間層２２（スピン注入層３０）に近いほど、駆動電流の低減効果をより有効に発揮することができる。
発振層１０ａの膜厚は、その磁気膜厚が必要とされる高周波磁界を得るのに十分な値になるように設計される。一方で、発振層１０ａの厚みが薄くなると反磁界係数が大きくなるため、発振が不安定になりやすい。そのため、素子サイズが２００ｎｍ四方の場合、発振層１０ａの膜厚は、５ｎｍ以上であることが望ましい。素子が長方形の場合、長辺の長さの１０分の１以上の厚みであることがより望ましい。
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例に係るスピントルク発振子１０１（図示しない）は、発振層１０ａにｂｃｃ（１１０）配向のＦｅ５０Ｃｏ５０膜を用いて作製したスピントルク発振子である。すなわち、発振層１０ａとして、Ｔａ膜とＲｕ膜の積層膜である厚さ１０ｎｍの下地層の上に、ｂｃｃ（１１０）配向のＦｅ５０Ｃｏ５０膜を５ｎｍの厚さで成膜した層を用い、中間層２２には厚さ２０ｎｍのＣｕ膜を用い、スピン注入層３０にはＣｏＰｔ膜を用いた。
また、比較例として、発振層１０ａにｂｃｃ（１００）配向のＦｅ５０Ｃｏ５０膜を用いたスピントルク発振子１０１ｃ（図示しない）を作製した。すなわち、発振層１０ａとして、厚さ１０ｎｍのＭｇＯ（１００）層の上に厚さ５ｎｍで形成したＦｅ５０Ｃｏ５０膜を用い、中間層２２には厚さ２０ｎｍのＣｕ膜を用い、スピン注入層３０にはＣｏＰｔ膜を用いた。
なお、これらのスピントルク発振子１０１及び１０１ｃにおいて、積層構造体２５の積層面に平行な面内におけるサイズは、５０ｎｍ四方である。
そして、スピントルク発振子１０１及び１０１ｃの駆動電流Ｊを測定した。
図２は、本発明の実施形態に係るスピントルク発振子における駆動電流の測定方法を例示する模式図である。
すなわち、同図は、スピントルク発振子における電流と抵抗の関係を表す模式的グラフ図であり、横軸が電流Ｉであり縦軸が抵抗Ｒである。
図２に表したように、スピントルク発振子における駆動電流Ｊは、一定の外部磁界をスピントルク発振子に印加した状態で、発振層１０ａとスピン注入層３０との間の抵抗Ｒと電流Ｉの関係を評価した際に発現する抵抗変化の特異点Ｐ０により検出される。すなわち、特異点Ｐ０に対応する電流よりも低い電流範囲である第１電流範囲Ｒ１においては、発振層１０ａ及びスピン注入層３０の磁化はほぼ平行である。これに対し、特異点Ｐ０に対応する電流よりも大きい電流範囲である第２電流範囲Ｒ２においては、発振層１０ａ及びスピン注入層３０の磁化は非平行となり、これらはある角度を持つ。このように、スピントルクが働くと発振層１０ａの磁化が才差運動を起こし、発振層１０ａとスピン注入層３０との間の平行関係が崩れるため、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が発生する。そして、特異点Ｐ０に対応する電流Ｉが駆動電流Ｊとして得られる。なお、本測定では、スピントルク発振子に印加される外部磁化は１０ｋＯｅである。
表２に、第１の実施例のスピントルク発振子１０１及び比較例のスピントルク発振子１０１ｃの駆動電流Ｊの測定結果を示す。
Figure 0005173750
表２に表したように、第１の実施例のスピントルク発振子１０１の駆動電流Ｊは、比較例のスピントルク発振子１０１ｃと比べて低減することができた。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係るスピントルク発振子１２（図示せず）は、第１の実施形態に係るスピントルク発振子１０における発振層１０ａとして、Ｆｅを含むｂｃｃ合金であり、さらにＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｕよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素が５％以上の組成比で添加された材料が用いられているものである。これ以外は、スピントルク発振子１０と同様とすることができるので説明を省略する。
本実施形態に係るスピントルク発振子１２において、発振層１０ａとして上記の元素を添加した材料を用いることで、金属磁性層の電子状態が変化し、ダンピングファクタαを小さくすることができる。
添加する濃度が５％よりも低くなると、電子状態に与える影響が小さくなり、駆動電流Ｊの低下の効果が著しく失われる。また、５０％を越えると磁性が不安定になるため、５０％以下でなければならない。これらの観点から、より好ましくは、７％から４０％であることが望ましい。
以下、本実施形態に係るスピントルク発振子１２に用いられる発振層１０ａの特性の評価結果について説明する。
すなわち、Ｔａ膜とＲｕ膜の積層膜からなる下地層の上に、ｂｃｃ合金磁性層であるＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０層をｂｃｃ（１１０）方向に成膜し、試料２とした。
また、比較例として、ＭｇＯ（１００）基板上にＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０を形成し、４００℃で熱処理を行うことでｂｃｃ（１００）配向させた膜を比較試料２とした。
表３に試料２及び比較試料２のダンピングファクタαの測定結果を示す。
Figure 0005173750
表３に表したように、試料２のｂｃｃ（１１０）配向の場合には、垂直ダンピングファクタα２は、比較試料２と比べて著しく低減できている。
また、表１に例示した試料１のＦｅ５０Ｃｏ５０と比較して、表３のＡｌを３０％添加した系の方が比較例の対しての改善効果が大きい。すなわち、試料２と比較試料２とのダンピングファクタα２の差が、試料１と比較試料１との差よりも格段に大きくなっている。このように、Ａｌの添加がｂｃｃ（１１０）膜の膜面垂直方向のダンピングファクタαを低減することにおいて非常な効果があることが見出され、この結果に基づいて、本実施形態に係るスピントルク発振子１２においては、発振層１０ａにおいて、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｕ等の元素が添加される。
このように、本実施形態に係るスピントルク発振子１２によれば、さらに低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子が提供できる。
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例に係るスピントルク発振子１０２（図示しない）は、発振層１０ａにｂｃｃ（１１０）配向のＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０膜を用いて作製したスピントルク発振子である。すなわち、発振層１０ａとして、Ｔａ膜とＲｕ膜の積層膜である厚さ１４ｎｍの下地層の上に、ｂｃｃ（１１０）配向のＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０膜を５ｎｍの厚さで成膜した層を用い、中間層２２には厚さ２０ｎｍのＣｕ膜を用い、スピン注入層３０にはＣｏＰｔ膜を用いた。
また、比較例として、発振層１０ａにｂｃｃ（１００）配向のＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０膜を用いたスピントルク発振子１０２ｃ（図示しない）を作製した。すなわち、発振層１０ａとして、厚さ１４ｎｍのＭｇＯ（１００）層の上に厚さ５ｎｍで形成したＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０膜を用い、中間層２２には厚さ２０ｎｍのＣｕ膜を用い、スピン注入層３０にはＣｏＰｔ膜を用いた。
なお、これらのスピントルク発振子１０２及び１０２ｃにおいて、積層構造体２５の積層面に平行な面内におけるサイズは、５０ｎｍ四方である。
表４に、第２の実施例のスピントルク発振子１０２及び比較例のスピントルク発振子１０２ｃの駆動電流Ｊの測定結果を示す。
Figure 0005173750
表４に表したように、第２の実施例のスピントルク発振子１０２の駆動電流Ｊは、比較例のスピントルク発振子１０２ｃと比べて低減することができた。さらに、第２の実施例のスピントルク発振子１０２の駆動電流Ｊは、第１の実施例のスピントルク発振子１０１によりもさらに低減でき、それの６０％程度にまで低減できた。このように、発振層１０ａにＡｌを添加した材料を用いることにより、さらに駆動電流を低減できる。
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。
図３に表したように、本実施形態に係るスピントルク発振子１３においては、積層構造体２５は、発振層１０ａの中間層２２とは反対の側に設けられた結晶性改善層（第２非磁性層）２３をさらに有している。結晶性改善層２３は、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ及びＷよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む非磁性層である。
発振層１０ａを結晶性改善層２３と積層することにより、発振層１０ａの中間層２２とは反対の側の面の原子配列の乱れを整え、均一な磁気特性を達成することができ、これにより注入されるスピンに対する応答効率が向上する。その結果として駆動電流を低減することができる。
なお、結晶性改善層２３は第１電極４１と兼用されることができる。
（第３の実施例）
第３の実施例に係るスピントルク発振子１０３（図示しない）は、第２の実施例に係るスピントルク発振子１０２において、発振層１０ａの中間層２２とは反対の側に結晶性改善層２３をさらに設けたものである。すなわち、スピントルク発振子１０３においては、Ｔａ膜とＲｕ膜の積層膜である厚さ５ｎｍの下地層の上に、結晶性改善層２３として厚さ１４ｎｍのＣｒ膜が設けられ、この上に厚さ５ｎｍのｂｃｃ（１１０）配向のＦｅ３５Ｃｏ３５Ａｌ３０膜が設けられて発振層１０ａとされている。そして、その上に、中間層２２として厚さ２０ｎｍのＣｕ膜が設けられ、さらにその上にスピン注入層３０としてＣｏＰｔ膜が設けられている。
このような構成を有するスピントルク発振子１０３の駆動電流Ｊを測定した結果を表５に示す。
Figure 0005173750
表５に表したように、結晶性改善層２３をさらに設けたスピントルク発振子１０３においては駆動電流Ｊがさらに低減できた。
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドの構成を例示する模式図である。
図４に表したように、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッド５１は、主磁極６１と、環流磁極６２と、主磁極６１に併置されたスピントルク発振子１０と、を有する。
スピントルク発振子１０は、本発明の実施形態及び実施例に係るスピントルク発振子１０、１２、１３、１０１、１０２及び１０３の少なくともいずれかとすることができる。以下では、スピントルク発振子１０を用いる場合として説明する。
磁気記録ヘッド５１は、磁気記録媒体８０に対して対向して設置されて動作する。
そして、主磁極６１は、磁気記録媒体８０に書き込み磁界を発する。そして、環流磁極６２は、磁気記録媒体８０から還流する書き込み磁界を主磁極６１に還流させる。
スピントルク発振子１０は、主磁極６１と環流磁極６２との間に設けることができる。この時、スピントルク発振子１０の発振層１０ａは、主磁極６１と中間層２２との間に設けられる。
主磁極６１は、主磁極媒体対向面６１ｓにおいて磁気記録媒体８０と対向する。そして、主磁極６１のうち、主磁極媒体対向面６１ｓを有する部分が主磁極媒体対向部６１ｐである。
同様に、環流磁極６２は、環流磁極媒体対向面６２ｓにおいて磁気記録媒体８０と対向する。そして、環流磁極６２のうち、環流磁極媒体対向面６２ｓを有する部分が環流磁極媒体対向部６２ｐである。環流磁極媒体対向部６２ｐは、主磁極媒体対向部６１ｐと対向する。
そして、スピントルク発振子１０は、主磁極媒体対向部６１ｐと環流磁極媒体対向部６２ｐとの間に設けられる。すなわち、スピントルク発振子１０は、主磁極６１の主磁極媒体対向面６１ｓに近接した部分と、環流磁極６２の環流磁極媒体対向面６２ｓに近接した部分と、の間に設けられる。
スピントルク発振子１０の積層構造体２５の主面１０ｆは、主磁極媒体対向部６１ｐから環流磁極媒体対向部６２ｐに向かう方向に対して垂直となるように配置される。これにより、スピントルク発振子１０の積層構造体２５の主面１０ｆに対して、主磁極６１から発生された磁界を実質的に垂直とすることができる。すなわち、スピントルク発振子１０において、積層構造体２５に印加される主面１０ｆに対して実質的に垂直な磁界として、主磁極６１から発生する磁界を用いることができる。
なお、同図に例示した具体例では、第１電極４１及び第２電極４２が主磁極６１及び環流磁極６２とは別に設けられているが、第１電極４１及び第２電極４２の少なくともいずれかは、主磁極６１及び環流磁極６２のいずれかと兼用され、省略されても良い。
なお、環流磁極６２が、第２電極４２を兼用し、さらに、スピン注入層３０を兼用しても良い。すなわち、本実施形態に係る磁気記録ヘッド５１は、磁気記録媒体８０に書き込み磁界を発する主磁極６１と、主磁極６１に併置されたスピントルク発振子１０（本発明の実施形態及び実施例のいずれかのスピントルク発振子）と、を備え、スピン注入層３０は磁気記録媒体８０から還流する書き込み磁界を主磁極６１に還流させることができる。 なお、以下では、スピン注入層３０とは別に環流磁極６２が設けられる場合として説明する。
同図に例示したように、主磁極６１の主磁極媒体対向面６１ｓとは反対の部分と、環流磁極６２の環流磁極媒体対向面６２ｓとは反対の部分と、は、磁気的に接合されている。これにより、主磁極６１から発生した磁界（書き込み磁界）が磁気記録媒体８０に印加された後、環流磁極６２に戻ることにより、主磁極６１の書き込み磁界を主磁極媒体対向面６１ｓに集中させることができる。なお、主磁極６１と環流磁極６２との磁気的接合部の近傍にはコイル６３が形成されており、コイル６３に記録電流ＩＲを流すことで、主磁極６１から書き込み磁界を発生する。
このような構造にすることにより、主磁極６１と環流磁極６２との間に強い磁界が発生し、スピントルク発振子１０に必要な磁界を得ることができる。このとき、主磁極媒体対向部６１ｐと環流磁極媒体対向部６２ｐとの間の距離が離れすぎると、主磁極６１と環流磁極６２との間の磁界が弱まり、発振層１０ａのスピンの発振の効果が弱くなってしまう。明確な効果を得るためには、主磁極媒体対向部６１ｐと環流磁極媒体対向部６２ｐとの間の距離は、２００ｎｍ以下であることが望ましい。一方、近づきすぎると磁界が強くなりすぎる。そのため１０ｎｍ以上であることが望ましい。
図５は、本発明の第４の実施形態に係る別の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る別の磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。
図５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る別の磁気記録ヘッド５２は、書き込みヘッド部６０と再生ヘッド部７０とを有している。
書き込みヘッド部６０は、主磁極６１と、環流磁極６２と、それらの間に設けられたスピントルク発振子１０と、を有している。スピントルク発振子１０は、本発明の実施形態及び実施例の少なくともいずれかのスピントルク発振子でも良い。なお、本具体例では、第１電極４１は主磁極６１で兼用されており、第２電極４２は環流磁極６２で兼用されている。
再生ヘッド部７０は、第１磁気シールド層７２ａと、第２磁気シールド層７２ｂと、第１磁気シールド層７２ａと第２磁気シールド層７２ｂとの間に設けられた磁気再生素子７１と、を含む。
磁気再生素子７１としては、ＧＭＲ素子やＴＭＲ(Tunnel Magneto-Resistive effect）素子などを利用することが可能である。なお、再生分解能をあげるために、磁気再生素子７１は、２枚の磁気シールド層、すなわち、第１及び第２磁気シールド層７２ａ、７２ｂの間に設置される。
上記の再生ヘッド部７０の各要素、及び、上記の書き込みヘッド部６０の各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離される。
そして、図５に表したように、磁気記録ヘッド５２の主磁極媒体対向面６１ｓに対向して磁気記録媒体８０が設置される。そして、主磁極６１は、磁気記録媒体８０に記録磁界（書き込み磁界）を印加する。なお、磁気記録ヘッド５２の主磁極媒体対向面６１ｓは、磁気記録ヘッド５２に対して設置される磁気記録媒体８０に対向した主磁極６１の主面とすることができる。
また、例えば、図６に表したように、磁気記録ヘッド５２は、ヘッドスライダ３に搭載される。ヘッドスライダ３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計され、製作される。
ヘッドスライダ３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有し、磁気記録ヘッド５２は、空気流出側３Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気記録ヘッド５２は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動する。
図５に表したように、磁気記録媒体８０は、媒体基板８２と、その上に設けられた磁気記録層８１と、を有する。書き込みヘッド部６０から印加される磁界により、磁気記録層８１の磁化８３が所定の方向に制御され、書き込みがなされる。なお、この時、磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５の方向に、磁気記録ヘッド５２に対して相対的に移動する。
一方、再生ヘッド部７０は、磁気記録層８１の磁化の方向を読み取る。
図５に表したように、本実施形態に用いられるスピントルク発振子１０は、スピン注入層３０と、中間層２２と、発振層１０ａがこの順に積層された積層構造体２５を有し、積層構造体２５に駆動電子流を流すことにより、発振層１０ａから高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、所望の発振状態になるよう適宜調整する。なお、記録トラックピッチが縮小し、スピントルク発振子の素子サイズがより小さくなった場合、熱の放散が改善されるため、駆動電流密度をより改善することが可能である。
主磁極６１及び環流磁極６２は、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きい軟磁性層で構成されている。
また、主磁極６１は、主磁極媒体対向面６１ｓの側の部分と、それ以外の部分の材料を別々の材料としても良い。すなわち、例えば、磁気記録媒体８０やスピントルク発振子１０に発生する磁界を大きくするため、主磁極媒体対向面６１ｓの側の部分の材料を、飽和磁束密度の特に大きいＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＮ等とし、それ以外の部分は、特に透磁率が高いＮｉＦｅ等にしても良い。また、磁気記録媒体８０やスピントルク発振子１０に発生する磁界を大きくするため、主磁極６１の主磁極媒体対向面６１ｓの側の形状を、バックギャップ部より小さくしても良い。これにより、磁束が主磁極媒体対向面６１ｓの側の部分に集中し、高強度の磁界を発生することが可能となる。
主磁極６１のコイル６３には、Ｔｉ、Ｃｕなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。
このような構成を有する本実施形態に係る磁気記録ヘッド５２によれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子による安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録ヘッドが提供できる。
（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態に係る磁気記録装置及び磁気ヘッドアセンブリについて説明する。
上記で説明した本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録装置に搭載することができる。なお、本実施形態に係る磁気記録装置は、記録機能のみを有することもできるし、記録機能と再生機能の両方を有することもできる。
図７は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図８は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図７に表したように、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えたものとしても良い。
記録用媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ３は、既に説明したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ３は、例えば、前述した実施の形態に係る磁気記録ヘッド５１及び５２の少なくともいずれかをその先端付近に搭載している。
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押付け圧力とヘッドスライダ３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ３の媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気記録ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動可能となる。
図８（ａ）は、本実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。また、図８（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ：ＨＧＡ）１５８を例示する斜視図である。
図８（ａ）に表したように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出したヘッドジンバルアセンブリ１５８と、軸受部１５７からＨＧＡと反対方向に延出しているとともにボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１を有している。
また、図８（ｂ）に表したように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。
サスペンション１５４の先端には、既に説明した本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドを具備するヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、既に説明したように、ヘッドスライダ３には、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドが搭載される。
すなわち、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、前記ヘッドスライダ３を一端に搭載するサスペンション１５４と、前記サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、スピントルク発振子用のリード線（図示しない）を有し、このリード線とヘッドスライダ３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続される。また、図示しない電極パッドが、ヘッドジンバルアセンブリ１５８に設けられる。本具体例においては、電極パッドは８個設けられる。すなわち、主磁極６１のコイル用の電極パッドが２つ、磁気再生素子７１用の電極パッドが２つ、ＤＦＨ（ダイナミックフライングハイト）用の電極パッドが２つ、スピントルク発振子１０用の電極パッドが２つ、設けられる。
そして、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う、信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、例えば、図７に例示した磁気記録装置１５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８の電極パッドに接続され、磁気記録ヘッドと電気的に結合される。
このように、本実施形態に係る磁気記録装置１５０は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体と磁気記録ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動部と、磁気記録ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする位置制御部と、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
すなわち、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク１８０が用いられる。
上記の可動部は、ヘッドスライダ３を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含むことができる。
すなわち、本実施形態に係る磁気記録装置１５０は、磁気記録媒体（記録用媒体ディスク１８０）と、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ１５８）と、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０と、を備える。
本実施形態に係る磁気記録装置１５０によれば、上記の実施形態のスピントルク発振子及び上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドを用いることで、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子による安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録装置が提供できる。
以下、上記の実施形態の磁気記録装置に用いることができる磁気記録媒体について説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。
図９に表したように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体８０は、非磁性体（あるいは空気）８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック（記録トラック）８６を有する。この磁気記録媒体８０がスピンドルモータ４により回転され、媒体移動方向８５に向けて移動する際に、上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが設けられ、これにより、記録磁化８４を形成することができる。
このように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置においては、磁気記録媒体８０は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体とすることができる。
スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、かつ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体８０では、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
本具体例によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来よりも遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
本実施形態に係る磁気記録装置によれば、ディスクリート型の磁気記録媒体８０において、高い保磁力を有する磁気記録層に対しても確実に記録することができ、高密度かつ高速の磁気記録が可能となる。
図１０は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の別の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。
図１０に表したように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置に用いることができる別の磁気記録媒体８０は、非磁性体８７により互いに分離された磁性ディスクリートビット８８を有する。この磁気記録媒体８０がスピンドルモータ４により回転され、媒体移動方向８５に向けて移動する際に、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドにより、記録磁化８４を形成することができる。
このように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置においては、磁気記録媒体８０は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体とすることができる。
本実施形態に係る磁気記録装置によれば、ディスクリート型の磁気記録媒体８０において、高い保磁力を有する磁気記録層に対しても確実に記録することができ、高密度かつ高速の磁気記録が可能となる。
この具体例においても、スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、かつ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本具体例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット８８の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）化と微細化を進めることで、１０Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明の第１の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。 本発明の実施形態に係るスピントルク発振子における駆動電流の測定方法を例示する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドの構成を例示する模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る別の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る別の磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る磁気記録装置の構成を例示する模式的斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。 本発明の実施形態に係る磁気記録装置の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。 本発明の実施形態に係る磁気記録装置の別の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。
符号の説明
３ ヘッドスライダ
３Ａ 空気流入側
３Ｂ 空気流出側
４ スピンドルモータ
１０、１２、１３、１０１、１０１ｃ、１０２、１０２ｃ、１０３ スピントルク発振子
１０ａ 発振層
１０ｆ 主面
２２ 中間層
２３ 結晶性改善層（第２非磁性層）
２５ 積層構造体
３０ スピン注入層
４１ 第１電極
４２ 第２電極
５１、５２ 磁気記録ヘッド
６０ 書き込みヘッド部
６１ 主磁極
６１Ａ 磁極
６１ｐ 主磁極媒体対向部
６１ｓ 主磁極媒体対向面
６２ 環流磁極
６２ｐ 環流磁極媒体対向部
６２ｓ 環流磁極媒体対向面
６３ コイル
７０ 再生ヘッド部
７１ 磁気再生素子
７２ａ、７２ｂ 磁気シールド層
８０ 磁気記録媒体
８１ 磁気記録層
８２ 媒体基板
８３ 磁化
８４ 記録磁化
８５ 媒体移動方向
８６ 記録トラック
８７ 非磁性体
８８ 磁気ディスクリートビット
１５０ 磁気記録装置
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ 軸受部
１５８ ヘッドジンバルアセンブリ（磁気ヘッドアセンブリ）
１６０ ヘッドスタックアセンブリ
１６１ 支持フレーム
１６２ コイル
１８０ 記録用媒体ディスク
１９０ 信号処理部

Claims (16)

  1. {１１０}面が主面に対して略平行となるように配向した体心立方構造の磁性体からなる磁性膜を有し、磁気モーメントが前記主面に対して略垂直な方向を軸とする回転運動を行う第１磁性層と、
    磁性体からなる第２磁性層と、
    前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に積層され、非磁性体からなる第１非磁性層と、
    を備え、前記主面に対して実質的に垂直な方向の磁界が印加され、前記主面に対して垂直方向に電流が通電されることを特徴とするスピントルク発振子。
  2. 前記磁性膜は、Ｆｅを含み、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｕよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を５原子％以上の組成比で含むことを特徴とする請求項１記載のスピントルク発振子。
  3. 前記磁性膜の厚さは、前記第１磁性層の厚さの１／２倍以上１倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスピントルク発振子。
  4. 前記磁性膜の厚さは、１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスピントルク発振子。
  5. 前記第２磁性層の磁化は、前記主面に対して垂直方向の結晶磁気異方性を持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のスピントルク発振子。
  6. 前記第１磁性層の前記第１非磁性層とは反対の側に積層され、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ及びＷよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む第２非磁性層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスピントルク発振子。
  7. 磁気記録媒体に書き込み磁界を発する主磁極と、
    前記磁気記録媒体から還流する書き込み磁界を前記主磁極に還流させる還流磁極と、
    前記主磁極に併置された請求項１〜６のいずれか１つに記載のスピントルク発振子と、
    を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッド。
  8. 前記スピントルク発振子は、前記主磁極の前記磁気記録媒体に対向する主磁極媒体対向部と、前記還流磁極の前記主磁極媒体対向部に対向する環流磁極媒体対向部と、の間に設けられることを特徴とする請求項７記載の磁気記録ヘッド。
  9. 前記主磁極の前記磁気記録媒体に対向する主磁極媒体対向部と、前記還流磁極の前記主磁極媒体対向部に対向する環流磁極媒体対向部と、の間の距離は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気記録ヘッド。
  10. 磁気記録媒体に書き込み磁界を発する主磁極と、
    前記主磁極に併置された請求項１〜６のいずれか１つに記載のスピントルク発振子と、
    を備え、
    前記第２磁性層は前記磁気記録媒体から還流する書き込み磁界を前記主磁極に還流させることを特徴とする磁気記録ヘッド。
  11. 前記第１磁性層は、前記主磁極と第２磁性層との間に設けられていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
  12. 請求項７〜１１のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
    前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダと、
    前記ヘッドスライダを一端に搭載するサスペンションと、
    前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
    を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
  13. 磁気記録媒体と、
    請求項１２記載の磁気ヘッドアセンブリと、
    前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
  14. 前記スピントルク発振子は、前記主磁極のトレーリング側に設けられたことを特徴とする請求項１３記載の磁気記録装置。
  15. 前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁気記録装置。
  16. 前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁気記録装置。
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