JP5302302B2 - マイクロ波アシスト記録用磁気ヘッド及びマイクロ波アシスト記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁気記録媒体に対して、高周波磁界（以下、マイクロ波と称する）を照射して磁気共鳴を励起し、該記録媒体の磁化反転を誘導、情報を記録する機能を有する情報記録装置に関するものである。
磁気記録において記録密度を高めるためには記録ビットのサイズを低減することが必要であるが、微小な記録ビットを安定的に記録媒体に保持するためには異方性磁界の大きな（あるいは保磁力の大きな）磁性材料を用いて記録媒体を構成する必要がある。異方性磁界の大きな記録媒体に記録動作を行うためにはそれだけ強い記録磁界を用いて記録を行う必要があるが、将来的には記録ヘッドの記録磁界強度は不足すると言われている。そこで、マイクロ波アシスト記録や熱アシスト記録など、記録を行う時のみ一時的に媒体の異方性磁界を低減して記録を行う記録方式が検討されている。
マイクロ波アシスト記録では、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して記録媒体を局所的に励起、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。磁気共鳴を利用するため、媒体異方性磁界に比例する周波数のマイクロ波を用いないと、大きな磁化反転磁界の低減効果は得られない。
特開平７−２４４８０１号公報には、高周波磁界により磁気記録媒体をジュール加熱あるいは磁気共鳴加熱し、媒体保磁力を局所的に低減することにより、情報を記録する技術が開示されている。また、米国特許第７，２５６，９５５号明細書には、垂直記録ヘッド駆動電流と高周波電流を重畳した磁界を記録媒体に印加して、高周波磁界を磁気記録媒体に誘導、記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する技術が開示されている。また、特開２００７−２９９４６０号公報は、主磁極励磁用の主コイルとは別に、マイクロ波を発生させるための微小な副コイルを磁気ヘッドに設けてマイクロ波アシスト記録を行う技術が開示されている。
一方、２００７年のＴＭＲＣ（The Magnetic Recording Conference）国際会議の講演予稿、ＴＭＲ２００７−Ｂ６には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体近傍に、スピントルクによって高速回転する磁化回転体を配置してマイクロ波を発生させ、マイクロ波アシスト記録を行う技術が開示されている。
特開平７−２４４８０１号公報 米国特許第７，２５６，９５５号明細書 特開２００７−２９９４６０号公報 ＴＭＲ２００７−Ｂ６
次世代の磁気記録方式に対して現状想定されている程度の記録密度（１平方インチあたり２Ｔビット程度）をマイクロ波アシスト記録で実現するためには、マイクロ波の照射領域の大きさはナノメートルオーダーになる。この程度の領域に強力なマイクロ波を照射するためには、上で説明した従来技術のいずれも性能的に不足である。
例えば、特開平７−２４４８０１号公報に開示された技術においては、空洞共振器を磁気ヘッドスライダに設けてマイクロ波を磁気記録媒体に照射しているが、現状必要なギガヘルツオーダーのマイクロ波を発生する場合、空洞共振器のサイズは数ミリ程度になってしまう。従って、特開平７−２４４８０１号公報に開示された発明は、磁気ヘッドスライダへの搭載が困難であり現実的とは言えない。また、米国特許第７，２５６，９５５号明細書に記載の発明では、記録ヘッド駆動電流に高周波電流を重畳するため、記録ヘッド磁極部分からの磁界と高周波磁界の方向が一致してしまう。従って、磁気共鳴状態を形成することが困難である。また、特開２００７−２９９４６０号公報に記載の発明では、ギガヘルツオーダーの交流磁界を発生するために副コイルに対してギガヘルツオーダーの交流電流を供給する必要があるが、そのように高速で動作しかつ十分な電流を供給可能な交流アンプは、現状では存在しない。また、交流磁界の照射領域もナノメートルオーダーに限定できない。
ＴＭＲ２００７−Ｂ６に開示された従来技術においては、強力なマイクロ波をナノメートルオーダーの領域に照射して記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録することが可能であるが、スピントルクにより磁化が回転する磁化回転体が主磁極からの漏れ磁界方向に固定され高周波発振できない。
本発明は、磁化回転体を用いてマイクロ波を発生する方式のマイクロ波アシスト記録において、記録磁極からの漏れ磁界の影響を低減し安定してマイクロ波を発生可能なマイクロ波アシスト記録を適用した磁気ヘッドないし情報記録装置を実現することを目的とする。
本発明においては、記録ヘッド部の記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に磁気回路（磁束を環流させるために）を構成するための対向磁極を設け、記録磁極の浮上面端部の対向磁極に面した側に磁束に対する整流作用を持つ膜を設け、当該磁束整流膜と上記対向磁極の浮上面端部との間に、高周波発生部を設けることにより、記録磁極からの漏れ磁界の影響を低減し安定してマイクロ波を発生可能なマイクロ波アシスト記録用のヘッド構造を実現する。
磁束に対する整流作用を持つ膜としては、例えば、記録磁極の浮上面端部の上記対向磁極面側に突起部を設けることにより実現する。この突起部は記録磁極と一体化していても良いし、記録磁極とは別な磁性体として設けても良い。突起部はリップ部と呼ばれる場合もある。
上記の高周波発生部は、上記の記録磁極と対向磁極との間に磁化回転体とスピン整流素子とを隣接して配置することにより実現される。磁化回転体とスピン整流素子とは、単一の膜で構成しても良いし、複数の膜を積層して構成しても良い。
上記突起部を設けることにより、記録磁極から高周波磁界発生部へ流入する磁束のうち膜面に垂直な方向の成分が増大するため、磁化回転体の磁化の回転が記録磁極からの漏洩磁界により阻害される程度が減少する。これにより、従来よりも安定して発振可能な高周波磁界発生部を実現でき、マイクロ波アシスト記録に好適な磁気ヘッドないし情報記録装置を実現できる。
記録密度が１平方インチあたり２Ｔビットを超える情報記録装置が実現できると同時に信頼性をも向上でき、結果としてコストを低減することが可能となる。
磁気ヘッドスライダ及び磁気ヘッドの構成例を示す図。 磁気ヘッド部の拡大図。 記録ヘッド部の拡大図。 試作した従来構造の磁気ヘッドを示す図。 シミュレーションモデルの有効磁界の印加方向を示す図。 一方向振動磁界、反時計回り振動磁界、時計回り振動磁界の反転の挙動を示す図。 磁気ディスク装置の全体構成図。 実施例１の記録ヘッド部の構成図（断面図）。 図５に示す記録ヘッドから発生する高周波磁界の特性評価方法を説明するための構成図。 図５の磁気ヘッドより発生する高周波磁界強度の高周波励起電流依存性を示した図。 図５の磁気ヘッドより発生する高周波周波数の高周波励起電流依存性を示した図。 高周波周波数を最適値からずらした場合の反転の状況を調べた図。 Ｈkが異なる媒体について、磁化反転に必要な外部磁界強度の高周波周波数依存性を示した図。 最適周波数ｆoptの磁気異方性磁界Ｈk依存性を示した図。 Ｈkの異なる媒体についてＨacとＨextとを変えて磁化反転の挙動を調べた図。 実施例２の磁気ヘッドスライダ及び磁気ヘッドの構成例を示す図。 実施例２の磁気ヘッドの全体構成図。 実施例２の記録ヘッド部の構成図（断面図）。 実施例２で用いたシミュレーションモデルの概要図。 ダンピング定数αの異なる上部記録層と下部記録層の組合わせについて、磁化反転の挙動を調べた計算機実験結果を示す図。 実施例２で用いたシミュレーションの結果を示す図。 実施例３の記録ヘッド部の構成図（断面図）。 図１９の記録ヘッド部を浮上面側から見た図。 図１９の記録ヘッドより発生する高周波磁界強度の高周波励起電流依存性を示した図。 図１９の記録ヘッドより発生する発生する高周波磁界の周波数の高周波励起電流依存性を示した図。 実施例４の記録ヘッド部の構成図。 実施例５の記録ヘッド部の構成図。 実施例６の記録ヘッド部の構成図。
１…第１の垂直磁気異方性体
２…磁化回転体層
３…金属非磁性スピン伝導層
４…第２の垂直磁気異方性体（スピン注入層）
５…主磁極
６…対向磁極
７…記録媒体
８…リップ
１１…負の垂直磁気異方性体
１２…金属非磁性スピン散乱体
１３…対向磁極側リップ
１４…サイドシールド
１５…金属非磁性スピン伝導層
１６…記録層
１７…上部記録層
１８…下部記録層
１９…基板
２５…プラス電極
２６…マイナス電極
２７…プラス電極
２８…マイナス電極
３１…反強磁性層
３２…固定磁性相
３３…ＣｏＦｅＢ
３５…絶縁層（ＭｇＯ）
３６…ＣｏＦｅＢ
３７…自由層
４１…スピン整流素子
４３…回転ガイド層
４８…磁束整流膜
５６…第１の上部記録層
５７…第２の上部記録層
５８…下部記録層
６５…第１の上部記録層
６６…第２の上部記録層
６７…第３の上部記録層
１０１…記録媒体
１０２…スライダ
１０３…ロータリアクチュエータ
１０４…回転軸受け
１０５…アーム
１０６…サスペンション
１０８…配線
１０９…磁気ヘッド部
１１０…プロセッサ
１１１…メモリ
１１２…チャネルＩＣ
１１３…ＩＣアンプ
１２０…基板
１２１…中間層
１２２…垂直記録膜
２００…記録ヘッド
２０１…高周波磁界発生素子
２０２…高周波磁界検出器
２０３…高周波磁界検出器
２０５…コイル
２０６…補助磁極
２０７…再生センサ
２０８…下部シールド
２０９…絶縁膜
２１０…上部シールド
以下、図１Ａから図３を用いて、磁化回転体とスピン整流素子により高周波磁界が発生する原理について説明する。この原理は、後段で説明する各実施例に共通である。
図１Ａ及び図１Ｂには、磁化回転体とスピン整流素子及び磁束整流膜を備えたマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドの基本構成を示す。
図１Ａは、磁気ヘッドスライダと磁気記録媒体の相対位置関係を模式的に示した図である。磁気ヘッドスライダ１０２は、サスペンション１０６により、記録媒体１０１に対向して支持される。図１Ａにおいて、記録媒体１０１は紙面右方向に回転し、対向する磁気ヘッドスライダは、記録媒体に対して相対的に紙面左方向に移動しているものとする。従って、図１Ａにおいては、磁気ヘッド部１０９はスライダのトレーリング側に配置されていることになる。磁気ヘッド部１０９の各構成要素の駆動電流は配線１０８によって給電され、端子１１０によって各構成要素に供給される。
図１Ｂは、図１Ａに示された磁気ヘッド部１０９の拡大図を示す。磁気ヘッド１０９は、記録ヘッド部と再生ヘッド部により構成されており、記録ヘッド部は、補助磁極２０６、主磁極５と対向磁極６との間に配置された高周波磁界発生素子２０１、主磁極を励磁するコイル２０５等により構成される。再生ヘッド部は、下部シールド２０８と上部シールド２１０の間に配置された再生センサ２０７等により構成される。補助磁極２０６と上部シールド２１０は兼用される場合もある。図示されてはいないが、コイルの励磁電流や再生センサの駆動電流及び高周波磁界発生素子への印加電流は、各々の構成要素毎に設けられた電流供給端子により供給される。
図１Ｂに示すように、対向磁極６は図面上方にて主磁極５の方へ延び、互いに磁気的な回路を構成している。ただし、図面上方においては電気的にはほぼ絶縁されているものとする。磁気的な回路は、磁力線が閉路を形成するものであり、磁性体のみで形成されている必要はない。また、主磁極５の対向磁極６と反対側に補助磁極等を配置し、磁気回路を形成してもよい。この場合には、主磁極５と補助磁極との間は電気的に絶縁されている必要はない。主磁極５と対向磁極６には、電極又は電極に電気的に接触する手段が備わっており、主磁極５側から対向磁極６側、あるいはその逆の高周波励起電流が磁化回転体層を通して流せるように構成されている。
図１Ｃは、図１Ｂに示された記録ヘッド部を更に拡大した図である。主磁極５の浮上面端部のトレーリング側に磁束整流膜４８が形成されており、この磁束整流膜４８と対向磁極６との間に高周波磁界発生素子２０１が形成されている。主磁極５と対向磁極６の間には、図に示した黒の矢印の向きに定常電流が流れており、ヘッドの相対移動方向は白抜き矢印で示される方向である。磁気記録媒体７としては、基板１２０上に中間層１２１を介して垂直記録膜１２２を積層した媒体を使用した。
高周波磁界発生素子２０１は、回転ガイド層４３として第１の垂直磁気異方性層、磁化回転層２、スピン整流素子４１として磁化回転層２と接触する面に金属非磁性スピン導電層を有する第２の垂直磁気異方性層が、主磁極５と対向磁極６の間に横方向に積層された構造を有している。第１及び第２の垂直磁気異方性層の磁化の向きは、図に示した矢印の向き（膜面に垂直方向）のように互いに逆方向を向いている。磁化回転層２の自発磁化の向きは、回転ガイド層４３の作用で当該回転ガイド層４３の自発磁化の向きと概ね平行で膜面内に垂直な方向にある。垂直磁気異方性層を負の垂直磁気異方性を持つ材料で構成しても良い。負の垂直磁気異方性については、実施例３で詳述する。
このような構造の積層膜に主磁極５から対向磁極６の向きに電流を流した場合、電子は対向磁極６から各層を経由して主磁極５まで移動する。この際、スピン整流素子４１は、電子に対するスピンの整流素子として作用し、右向きにスピンが揃った電子を左側の磁化回転層２に供給する。スピン整流素子４１から磁化回転層２に供給される電子は、スピントルクを磁化回転層２に及ぼし、磁化回転層２の磁化を右向きに向けようと作用する（作用１）。一方、磁化回転層２には、あらかじめ回転ガイド層４３より左に向けようとする作用（作用２）が働いている。また、主磁極５からの漏洩磁界も磁化回転層２の磁化をその向きに向けようと作用する（作用３）。磁化回転層２の自発磁化の向きは、作用１、作用２、作用３のバランスで決定されるが、作用２と作用３とで決定される方向に復元するようにトルクが発生し、膜面内で高速回転する。その結果、直流電流にて交流磁界が発生する（以下、高周波励起電流と呼ぶ）。発生する交流磁界は、作用１、作用２、作用３が互いに打ち消しあって、磁化回転層２の向きが、膜面内にあるときに最大となる。スピン整流素子４１において磁化回転層２と接触する面に金属非磁性スピン導電層を設けたのは、磁性体同士が直接接触して相互作用をするのを避け、スピン（電子）のみを流す為である。第２の垂直磁気異方性層は、対向磁極６から流入する電子の中から、その磁化方向のスピンだけが取り出せる状態とすることができる。
本構成の高周波磁界発生素子２０１は、主磁極５からの漏洩磁界の極性によって、作用３の方向が反転する。このため、発生する交流磁界強度が主磁極５からの漏洩磁界の極性によって変化する欠点がある。使用に当たっては、電流の大きさを変えて極性の影響を受けないポイントを求める必要がある。また、高周波磁界周波数は、電流に比例する為、記録する媒体の共鳴周波数を合わせてやる必要がある。磁束整流層４８（リップ）は、主磁極５からの漏洩磁界の向きを整え、磁化回転層２の膜面に平行な磁界成分ができるだけ少なくなるように設計されている。磁化回転層２の膜面に平行な磁界成分があると、磁化回転層２の自発磁化が当該方向に固定されてしまい、高周波発振ができない。電流を逆向きに流した場合には、作用１の向きが逆転し作用２の方向と一致してしまう為、磁化回転層２の膜面に平行な自発磁化成分が生じないので、高周波発振ができない。
磁束整流層４８（リップ）の磁化回転層２側の表面に、別の金属非磁性スピン導電層を設けると、主磁極５からの漏洩磁界の極性の影響を減じることが可能となる。この際、磁束整流層４８は、電子に対するスピンの整流素子としても作用し、主磁極５の磁化方向にスピンが揃った電子を右側の磁化回転層２又は回転ガイド層４３から奪い取り、磁化回転層２の磁化を主磁極５の磁化と逆向きに向けようとするスピントルクが作用する（作用４）。図１Ｃに示す向きに電流を流す場合には、前記作用３と作用４は逆向きであり、磁化回転体への主磁極からの磁界の影響を抑制する向きにスピントルクが働くように構成できる。
比較のため、磁束整流膜８のない従来構造のヘッドを試作し特性を調査した。試作した従来構造の磁気ヘッドを図１Ｄに示す。３Ｄ磁界解析ソフトを用いて計算すると、磁化回転体層２には、約０．１ＭＡ／ｍの図面上下方向の磁界が印加されることが分かっている。スピンスタンドを用い、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ２０ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２０ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生したが、高周波励起電流の大きさや向きを変化させても、媒体を変えても再生出力が得られなかった。また、実際にマイクロ波磁界が発生しているかどうかを確認するため、高周波磁界発生素子２０１を挟んで記録媒体７の反対側に高周波磁界検出器２０３を配置してマイクロ波磁界の強度をモニタしたが、高周波出力は得られなかった。これは、磁化回転体層２の磁化が主磁極５の漏れ磁界により、当該漏れ磁界方向に磁化してしまい、高周波発振していないと考えられる。
ここで、シミュレーションを用いて媒体の磁気共鳴がアシストの原因であることを検証する。一軸磁気異方性有する磁性粒子が一斉回転モデルにしたがって反転するものと考え、その磁化の挙動を次のＬＬＧ（Landau-Lifschitz-Gilbert）方程式を用いて計算した。
Figure 0005302302
γはジャイロ磁気定数、αはダンピング定数である。有効磁界Ｈは、磁気異方性磁界Ｈa（＝Ｈkcosθm、θmは磁化と磁化容易軸のなす角）、静磁界Ｈｄ、外部磁界Ｈext及び、高周波磁界Ｈacの４成分の和で構成される。実際の記録ヘッドにおいては、Ｈextが記録磁極からの記録磁界、Ｈacが高周波発生器からの交流磁界に相当する。図２に有効磁界の印加方向を示す。鉛直方向をｚ方向として、Ｈaを印加した。Ｈextは、初期磁化方向と反対で、鉛直方向からθh傾いた方向に印加した。磁化は概ね＋ｚ方向から、−ｚ方向に向かってｚ軸を軸とする回転運動をしながら反転する。図２では、高周波磁界Ｈacの印加方向は水平方向としたが、一方向への振動磁界は、次式に示すように反時計回り成分と時計回り成分とに分解可能である。
Figure 0005302302
このうち時計回り成分は、磁化の才差運動と逆向きの回転であるため磁気共鳴の原理から、全く共鳴に関与しないと考えられる。磁気共鳴がアシストの原因であるとすれば、反時計回り振動磁界、時計回り振動磁界とでアシスト効果に大きな違いが発生するものと予想される。
図３は、一方向振動磁界、反時計回り振動磁界、時計回り振動磁界に対して、ＨacとＨextとを変えて反転の状況を調べたものである。図で、白い四角は３ｎｓ経過するまでに磁化反転が完了した領域、格子マークは部分反転した領域、黒い四角は磁化反転していない領域を示している。図より、時計回り振動磁界成分ではStoner-Wohlfarth磁界（孤立磁性粒子を磁化反転に至らしめる磁界。磁化容易軸と印加磁界の角度で変化し、ここでは、Ｈext／Ｈk＝０．６）まで反転が全くなく、確かに、磁気共鳴がアシストの原因であることが確認された。
なお、上で説明した図１Ｃの記録ヘッド構造では、回転ガイド層と磁化回転層とスピン整流素子が単層膜で実現されているが、複数の積層膜で構成しても構わない。或いは、高周波磁界発生素子２０１の中に離間して配置された層の全体の作用として磁化回転層とスピン整流素子としての機能が実現されていても構わない。更に、上の説明では、磁束整流膜４８は、主磁極とは別に設けられた層であるとして説明したが、主磁極に付随する突出部として構成されていても良い。
以上、本実施例の構成により、安定的に発振が可能なマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドが実現可能となる。
本実施例では、上で説明した磁束整流膜４８を有するマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドと人工格子膜を備えた磁気記録媒体を組み合わせて情報記録装置を構成した例について説明する。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本実施例の情報記録装置の全体構成を示す模式図である。図４（Ａ）が上面図、図４（Ｂ）はそのＡ−Ａ′での断面図である。記録媒体１０１は回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。図４では３枚の磁気ディスク、６本の磁気ヘッドを搭載した例を用いて説明したが、磁気ディスクは１枚以上、磁気ヘッドは１本以上あれば良い。記録媒体１０１は、円盤状をしており、その両面に記録層を形成している。スライダ１０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向移動し、リーディング側ないしトレーリング側先端部に磁気ヘッドを有する。サスペンション１０６は、アーム１０５を介してロータリアクチュエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、スライダ１０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつけるあるいは引き離そうとする機能を有する。磁気ヘッドの各構成要素を駆動するための電流はＩＣアンプ１１３から配線１０８を介して供給される。記録ヘッド部に供給される記録信号や再生ヘッド部から検出される再生信号の処理は、図４（Ｂ）に示されたリードライト用のチャネルＩＣ１１２により実行される。また、情報処理装置全体の制御動作は、メモリ１１１に格納されたディスクコントロール用プログラムをプロセッサ１１０が実行することにより実現される。従って、本実施例の場合には、プロセッサ１１０とメモリ１１１とがいわゆるディスクコントローラを構成する。
図５は、本実施例の情報処理装置の記録ヘッド部の構造を示す模式図である。磁気ヘッドスライダや磁気ヘッドの全体構成については、図１Ａや図１Ｂに示した構成と同様であるため、説明は省略する。
本実施例の高周波磁界発生素子２０１は、金属非磁性スピン伝導層１５、第１の垂直磁気異方性体１、磁化回転体層２、金属非磁性スピン伝導層３、第２の垂直磁気異方性体４（スピン注入層）の各層が横に積層された構成を有し、これらの積層膜が主磁極５と対向磁極６の間に配置された構成を有している。図１Ｃに示す構成においては、スピン整流素子４１が、金属非磁性スピン伝導層３と第２の垂直磁気異方性体４の積層構造、回転ガイド層４３が第１の垂直磁気異方性体１、磁束整流膜４８が磁束整流層８（リップ）に対応している。なお、高周波磁界発生素子２０１の形状は、図面左右方向に伸びる柱状構造で、その断面はＡＢＳ面に沿った方向に長い長方形をしている。長方形形状とすることにより、形状異方性が生じる為、発振状態にない時に磁化回転体層２の磁化がＡＢＳ面に平行となり、漏洩磁界による不要な磁化反転等を防ぐことができる。
この長方形のＡＢＳ面に沿った方向の長さは、記録トラック幅を決定する重要な因子であり、本実施例では１５ｎｍとした。マイクロ波アシスト記録においては、主磁極５からの記録磁界と磁化回転体層２からの高周波磁界とが揃わないと記録できないような磁気異方性の大きい記録媒体を用いることになる為、主磁極５の幅と厚さ（ヘッド走行方向の長さ）は、記録磁界が大きく取れるよう大きめに設定することが可能である。本実施例では、幅８０ｎｍと厚さ１００ｎｍとすることで、約０．９ＭＡ／ｍの記録磁界が得られている。磁束整流層８は、主磁極５と飽和磁化が同じ又は大きな材料を用い、主磁極５からの磁界が磁化回転体層２の層方向に垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いて磁束整流層８の厚さ設計を行った。
本実施例における磁束整流層８の厚さは、１１ｎｍであったが、この値は、前述の長方形の形状、対向磁極までの距離と状況、用いる媒体の状況、図面上方における磁気回路の状況に依存する。垂直磁気異方性体１は、六方晶ＣｏＣｒＰｔの００１面が図中の左右方向となるようにし、磁気異方性の大きさは、５．１×１０5Ｊ／ｍ3のものを用いた。主磁極５と対向磁極６の材料は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどないＣｏＦｅ合金とした。
磁化回転体層２は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどない厚さ２０ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。磁化回転体層２では、概ね層に沿った面内で磁化が高速回転し、ＡＢＳ面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として作用する。磁化回転体層２の磁化回転駆動力源は、金属非磁性スピン伝導層３を介して第２の垂直磁気異方性体４（スピン注入層）より流入するスピントルクである。また、本実施例では、磁束整流層８（リップ）と第１の垂直磁気異方性体１との界面に、金属非磁性スピン導電層１５を設けているので、主磁極５からの漏洩磁界の極性の影響を減じることが可能となる。これは、磁束整流層８が、電子に対するスピンの整流素子としても作用し、主磁極５の磁化方向にスピンが揃った電子を右側の第１の垂直磁気異方性体１から奪い取り、磁化回転層２の磁化を主磁極５の磁化と逆向きに向けようとするスピントルクが作用するためである。図５に示す向きに電流を流すことにより、磁化回転体２への主磁極からの磁界の影響を抑制する向きにスピントルクが働くように構成できる。これらのスピントルクの作用を得るには、主磁極５側から対向磁極６側へ高周波励起電流を流す必要がある。高周波励起電流の向きと大きさは、ディスクコントローラがＩＣアンプ１１３の極性とゲインを切り替えることにより制御される。スピントルク作用は、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなり、また、金属非磁性スピン伝導層３や金属非磁性スピン伝導層１５と隣接する層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。
金属非磁性スピン伝導層１５及び金属非磁性スピン伝導層３には、２ｎｍ−Ｒｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＣｕ等を用いても良い。
第２の垂直磁気異方性体４としては、垂直磁気異方性が２．４×１０6Ｊ／ｍ3のＬ１１型ＣｏＰｔ50を用いた。第１の垂直磁気異方性体１及び、第２の垂直磁気異方性体４の磁化は、高温にて、まず強い磁界を加えて第２の垂直磁気異方性体４を磁化し、続いて最初の磁界より弱い磁界を逆方向に印加して第１の垂直磁気異方性体１を磁化した。第２の垂直磁気異方性体４の初期磁化方向は、図面左右方向であればどちらでも良く、有効なスピントルクが得られる電流方向を規定しない。
記録媒体７としては、基板１９上に、以下の構造の記録層を有する記録媒体を作成し、各々本実施例の磁気ヘッドと組み合わせて特性評価を行った。なお、これらの磁性膜は、ターゲット組成の異なるスパッタリングにて真空中で連続形成した。
（１）記録媒体A-30/60
下部記録層１８：磁気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）、膜厚が６ｎｍのＦｅＰｔ−ＳｉＯｘ層、
上部記録層１７：磁気異方性磁界が２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、膜厚が５ｎｍのＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯｘ層、
（２）記録媒体A-60/30
下部記録層１８：磁気異方性磁界が２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、膜厚が５ｎｍのＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯｘ層、
上部記録層１７：磁気異方性磁界が４．８ｋＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）、膜厚が６ｎｍのＦｅＰｔ−ＳｉＯｘ層、
（３）記録媒体A-60/60
単層記録層（上部記録層１７と下部記録層１８とを合体）：磁気異方性磁界が４．８ｋＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）、膜厚が１１ｎｍのＦｅＰｔ−ＳｉＯｘ層、
（４）記録媒体A-30/30
単層記録層：磁気異方性磁界が２．４ｋＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、膜厚が１１ｎｍのＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯｘ層
上部記録層１７の磁気異方性磁界は小さい方が、より周波数の低い高周波磁界で記録可能と考えられるが、小さすぎると主磁極の磁界で反転してしまう為、好ましくない。
図６は、図５に示す記録ヘッド部に用いた高周波磁界発生素子の特性を評価するために作成した評価装置の要部を示す模式図である。図５より、主磁主磁極５、磁束整流層８、金属非磁性スピン伝導層１５、対向磁極６を取り除き、プラス電極２５とマイナス電極２６を追加した構造を有する。また、高周波磁界発生素子には、図面上下方向の外部磁界が印加できるようにしてある（図面中、上方を正の向きとする）。高周波磁界発生の検出には通常のＴＭＲ素子を用い、プラス電極２７、反強磁性層３１、固定磁性層３２、１ｎｍ−ＣｏＦｅＢ（３３）、１ｎｍ−絶縁層（ＭｇＯ）３５、１ｎｍ−ＣｏＦｅＢ（３６）、自由層３７を経てマイナス電極２８が積層された構造を有している。反強磁性層３１には、１５ｎｍ−ＩｒＭｎ、固定磁性層３２には１０ｎｍ−ＣｏＦｅ、自由層３７には１０ｎｍ−ＣｏＦｅを用いた。反強磁性層３１は、固定磁性層３２の磁化が図面の表から裏方向になるよう熱処理をした。
自由層３７の磁化は、図面左右方向を向くように弱い異方性を付与しており、この磁化の延長上に、磁化回転体層２と第１の垂直磁気異方性体１又は金属非磁性スピン伝導層３との界面が来るように設置した。この配置とすることにより、自由層３７面に垂直に入る高周波磁界成分が多くなり、高周波領域での感度を高くすることができる。これは、磁気モーメントを持つ自由層３７の磁化が、ナノ秒以下の短時間では、磁界と垂直方向に動く効果に起因している。
図７及び図８に評価結果を示した。図７は、図６に示す高周波磁界発生素子より発生する高周波磁界強度の高周波励起電流依存性を示したものである。外部磁界が−０．４ＭＡ／ｍ（図面下向きの磁界）の場合には、他の場合と比べて大きな高周波磁界強度が出ているが、高周波励起電流が１単位を超えると発振が不安定となっている。外部磁界がない場合には、高周波励起電流の増加とともに高周波磁界強度増加しており、高周波励起電流が１単位を超えると減少し、さらに大きな高周波励起電流では発振が不安定となっている。外部磁界が０．４ＭＡ／ｍ（図面上向きの磁界）の場合には、高周波励起電流がある一定レベルに達するまでは、高周波磁界が出力されない。一旦高周波磁界が発生すると高周波励起電流の増加とともに急速に高周波磁界強度が増加するが、他の場合の最大レベルに達する前に発振が不安定となっている。これらの現象は、第２の垂直磁気異方性体４から注入された下向きのスピントルクと外部磁界、第１の垂直磁気異方性体１からの交換磁界のベクトル和の向きによって簡単に理解できる。ベクトル和がゼロのときに高周波磁界強度は最大値を取り、このときの磁化回転体層２の磁化は、当該層内で回転する。
図８は、図６に示す高周波磁界発生素子より発生する高周波磁界の周波数の高周波励起電流依存性を示したものである。外部磁界に依らず周波数は、高周波励起電流にのみ依存していることがわかる。高周波励起電流が強い場合には、発振が不安定となっているため、最大でも６０ＧＨｚを超えることはなかった。これは、磁化回転体層２の磁化回転面が第１の垂直磁気異方性体１の磁化と反対方向になると、第１の垂直磁気異方性体１内のひずみが大きくなりすぎて、交換磁界が十分伝えられなくなる為と考えられる。
以上の結果より、図５に示す高周波磁界発生素子を用いる場合には、主磁極の極性によって最大高周波出力となる高周波励起電流値が異なる為、最大高周波出力を得ようとして高周波励起電流を変化させると高周波周波数が変わってしまい、媒体の磁気共鳴が得られない可能性があることが理解できる。従って、主磁極の極性によって高周波周波数と高周波出力が変化しない高周波励起電流値として、主磁極の極性によって決まる最適高周波励起電流値の平均値にて発振せざるを得ない。この場合、高周波出力は最大出力の９０％以下となる。
図５の構成にて、スピンスタンドを用い、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ２０ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２０ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。高周波励起電流を変化させて発振周波数を変え１０００ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、記録媒体A-30/60で最大１２．０ｄＢが得られ、かろうじて１平方インチあたり２Ｔビットを超える記録密度の記録再生が達成されていることがわかった。このときの高周波周波数は５１ＧＨｚであった。最大信号／ノイズ比が得られる高周波励起電流値より大きな、又は、小さな高周波励起電流で記録すると再生信号は、信号の平均値の正側と負側で非対称となった。図７に示されるような主磁極の極性の違いによって高周波磁界強度が異なるためと考えられる。金属非磁性スピン伝導層１５と隣接する磁束整流層８及び第１の垂直磁気異方性体１層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ挿入した高周波磁界発生素子２０１を用いると、前記非対称性が小さくなった。これは、金属非磁性スピン伝導層１５が媒介するスピントルクが強化され、主磁極５からの漏洩磁界の影響を減じる作用が大きくなったためと考えられる。記録媒体A-30/60において、上部記録層１７の磁気異方性磁界を２．０ＭＡ／ｍ及び２．８ＭＡ／ｍに替えたものを用いた場合には、信号／ノイズ比の最大値はそれぞれ、１１．０ｄＢ及び１０．０ｄＢとなり、１平方インチあたり２Ｔビットを超える記録密度の記録再生は達成されない。これは、高周波周波数が書き込み最適値からずれる為、良好な記録（反転）が得られていないと考えられる。
本構成例で作製した記録ヘッド部２００では、高周波周波数が５１ＧＨｚからはずれると再生信号の非対称性が顕著となるため、組み合わせて用いる記録媒体７における上部記録層１７の磁気異方性磁界は、２．４ＭＡ／ｍ程度に固定し、下部記録層１８の磁気異方性を大きくすることによって、より高い記録密度が達成可能となる。記録媒体A-30/30，A-60/60，A-60/30を用いた場合には、それぞれ最大で１３．０ｄＢ，４．０ｄＢ，８．１ｄＢが得られた。記録媒体A-30/30は、記録再生特性としては問題が無いが、磁化曲線の磁界掃引速度依存性が大きく、記録磁化が熱減磁する可能性がある。記録媒体A-60/60は、書込みが十分行われていない。主磁極からの磁界や高周波磁界強度と周波数が共鳴条件に達していないと考えられる。記録媒体A-60/30は、下部記録層１８の磁気異方性が上部記録層１７の磁気異方性より小さくなっており、主磁極５や磁化回転体層２から離れている下部記録層１８に十分な磁界が届いていないと考えられる。
以上の通り、本実施例の磁気ヘッドは、組み合わせて用いる記録媒体の記録層が２層以上で上側の磁性層の異方性磁界が、記録ヘッド部２００の最適発振条件に一致する磁気共鳴周波数を有するように使うと、再生信号の非対称性が顕著にならず、記録密度を高めることができることができる。
図９は、Ｈk＝２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）の媒体について、ＨacとＨextとを変えて反転の状況を調べた計算機実験の結果である。アシスト磁界として用いるマイクロ波磁界の周波数は、最適値（ｆ＝５０ＧＨｚ）の前後３０ＧＨｚ、７０ＧＨｚと変えて計算を行った。高周波周波数が最適値の時には、アシスト効果が最大で、高周波磁界強度がＨkの１０％以上無い場合に、外部磁界Ｈextが大きくても磁化反転が起こらないことを示している。高周波周波数が最適値より小さい場合には、アシスト効果が小さくなっており、最適値に見られた高周波磁界強度に対する臨界特性も見られない。しかしながら、反転領域でのスイッチング時間は、書込み条件が変わっても０．３−０．８ｎｓと安定していることが分かった。このことは、高周波周波数を最適値より若干小さくすることにより、アシスト効果は多少犠牲となるが、書き残しや書きにじみの少ない記録が行える可能性を示している。逆に、高周波周波数が最適値より大きい場合には、アシスト効果が大幅に減少している。
図１０は、Ｈkが１．２ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）と３．６ＭＡ／ｍ（４５ｋＯｅ）の媒体（媒体飽和磁化は１．１Ｔ）について、磁化反転に必要な外部磁界Ｈextの高周波周波数依存性を示したものである。必要な外部磁界は、最小値となる最適周波数ｆoptが存在し、周波数が最適値からずれると緩やかに増加する。
図１１は、媒体飽和磁化が０．３８Ｔ（３００ｅｍｕ／ｃｃ）、１．１Ｔ（９００ｅｍｕ／ｃｃ）、１．９Ｔ（１５００ｅｍｕ／ｃｃ）のものについて、ｆoptのＨk依存性を示したものである（θh＝３０deg.）。ｆoptはＨkにほぼ比例している。ただし、その大きさは、外部磁界Ｈ＝Ｈkでの磁気共鳴振動数
Figure 0005302302
の７０％程度の値となっている。これは、θmを磁化と磁化容易軸のなす角とするとき、異方性磁界の大きさがＨkcosθmで変化することに対応している。すなわち、磁気共鳴によるアシストエネルギーは、磁化が磁化容易軸方向からある程度離れたとき、主に供給されていることを示唆している。磁性粒子の飽和磁化が変わっても大きな変化は見られないが、飽和磁化が大きいほうが若干高い周波数が必要である。これは、静磁界の影響で、磁化が安定化するためと考えられる。
図１２は、Ｈkの異なる媒体について最適周波数における、ＨacとＨextとを変えて反転の状況を調べたものである。どちらの媒体においても、規格化高周波磁界強度Ｈac／Ｈkが０．１より小さい場合には、ほとんど磁化が反転しておらず、アシスト効果（磁化反転するＨextがStoner-Wohlfarth磁界からの低下すること）が見られていない。Ｈac／Ｈkが０．１を超えるとアシスト効果が見られ、外部磁界がＨkの３割程度での反転が可能となっている。高周波磁界強度が大きくなると必要な外部磁界強度はさらに小さくなり、Ｈac／Ｈkが０．３程度で外部磁界が不要となる。ただし、Ｈac／Ｈkが０．３を超えると、高周波磁界で磁化が大きく揺動しているので、磁化の再反転現象等が発生して安定な書込み（反転）は望めなくなる。
以上のように、磁気記録媒体として磁気異方性磁界の異なる複数の磁性層を積層させた構造の記録媒体を使用し、磁気ヘッドから発生する交流磁界の発振周波数を、記録媒体の磁気異方性磁界の小さい方の磁性層に合わせて最大効率領域に調整することにより、より少ないエネルギー消費で記録を実現することが可能となる。
なお、図１２より、最適周波数において、反転に必要な高周波磁界強度が、外部磁界強度によらず一定であることが分かる。従って、実際の記録過程において、反転可能状態から抜け出すときに高周波磁界強度が大きく変化する方がよりシャープな磁化反転境界を媒体上に形成できる可能性を示唆している。すなわち、まず最初に高周波磁界強度が大きくなり、続いて主磁極からの磁界が大きくなって記録し、直後に高周波磁界強度が減衰する場合である。このことは、図１を用いて示した実施例のヘッド走行方向とは、逆方向にヘッドを移動させるか、又は、図１Ｂの構造を左右逆転させた方が、より好ましいことを示している。このことの検証は、実施例２で行うこととする。
本実施例では、実施例１で説明した磁気ヘッドとは磁気ヘッド走行方向（記録媒体に対する相対移動方向）を逆にした構造の情報記録装置について説明する。
最初に、図１３（Ａ）（Ｂ）を用いて磁気ヘッド走行方向と記録媒体との配置関係について説明する。磁気ヘッドの磁気ヘッドスライダへの載置形態は２種類あり、１つは図１３（Ａ）に示すトレーリング側への配置、もう１つが図１３（Ｂ）に示すリーディング側への配置である。ここで、トレーリング側、リーディング側は、記録媒体に対する磁気ヘッドスライダの相対的な移動方向によって決まり、記録媒体の回転方向が図１３（Ａ）ないし図１３（Ｂ）に示した向き（図中の矢印の方向）とは逆であれば、図１３（Ａ）がリーディング側への載置、図１３（Ｂ）がトレーリング側への載置となる。なお原理的には、スピンドルモータの極性を逆にして記録媒体を逆向きに回転させれば、トレーリング側とリーディング側の関係を逆にすることが可能であるが、回転数を正確に制御する必要上、スピンドルモータの極性を変えるのは非現実的である。
次に、実施例１とは磁気ヘッド走行方向が逆になりうる磁気ヘッドの構成例を図１４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図１４において、トレーリング側、リーディング側の定義は、図１３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、紙面右から左側に向かう向きであるものとする。
図１４（Ａ）には、再生ヘッド部をトレーリング側に配置し、記録ヘッド部をリーディング側に配置したマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドの構成例を示す。各引出番号に対応する構成要素は図１Ｂと共通であるので説明は省略するが、図１４（Ａ）に示される構成においては、対向磁極６がリーディング側端部に形成され、主磁極５は対向磁極よりはトレーリング側に形成されている。従って、主磁極５と対向磁極６の間に形成された高周波発生器２０１の積層順序は、紙面上側から見た場合、図５に示す積層順序とは逆になる。
図１４（Ｂ）には、本実施例の磁気ヘッドの別の構成例を示す。図１４（Ｂ）に示す磁気ヘッドにおいては、主磁極５の励磁用コイルが上向きでは無く横向きに巻かれている。本構成の磁気ヘッドの場合、図１４（Ａ）の構造に比べて励磁位置がより主磁極浮上面に近いので、図１４（Ａ）に比べてより強い磁束を主磁極５から発生させることができる。
図１４（Ｃ）には、記録ヘッド部をトレーリング側に配置し、再生ヘッド部をリーディング側に配置したマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドの構成例を示す。図１４（Ｃ）に示す構成の磁気ヘッドにおいては、主磁極５がトレーリング側最端部に配置され、対向磁極６は主磁極５に対してリーディング側に配置される。図１４（Ｃ）に示す構造の磁気ヘッドの場合、対向磁極６と再生センサ用シールドを共用しているが、分離しても構わない。高周波発生器２０１の積層順序は、図５に示す積層順序とは逆になっているのは、図１４（Ａ）と同様である。励磁コイルの巻線方向は、図１４（Ａ）と同様に上巻きであるが、図１４（Ｄ）に示すように横巻きにしても良い。なお、図１４（Ａ）〜（Ｄ）に示す構成の記録ヘッド部は、図１３（Ａ）（Ｂ）のいずれの構造の磁気ヘッドスライダに実装することも可能である。図１４（Ｃ）（Ｄ）においては、対向磁極と補助磁極が兼用されている為、高周波励起電流が高周波磁界発生素子２０１に流れるようにする目的で、主磁極５との間に電気的絶縁膜２０９を形成している。
図１５には、本実施例の情報処理装置の記録ヘッド部の構成例を示す。図１５に示す記録ヘッド部の構成は、図５の構成と同じものであるが、ヘッド走行方向を媒体に対して左から右へと変えている。図５の構成例と比較しやすくするため、図１５では、主磁極５と対向磁極６の配置を図５と一致させて示している。すなわち、本図に示す記録ヘッド部の構成は、図１４（Ａ）〜（Ｄ）に示す磁気ヘッドを紙面裏側から見た構成に相当する。なお、記録ヘッド部の構成自体は実施例１と同じであるため、詳細については説明を省略する。
また、磁化回転体層２への漏れ磁界を低減して高周波周波数を上げる目的で、主磁極５の対向磁極６と反対側に設けた補助磁極を主磁極５側に少し近づけている。
記録媒体７としては、いわゆるパターンドメディアを使用した。基板１９上にスパッタリングにより連続膜を形成した後、トラック方向の長さが１５ｎｍでダウントラック方向が９ｎｍの磁性体パターンをＥＢマスタリングにより形成した。その後、連続膜をエッチングし、トラック幅方向のピッチ２０ｎｍ、トラック周方向のピッチ１２．５ｎｍで配置されるように、上記の磁性体パターンを形成した。
また、磁性体パターンを構成する磁性層は、以下に示す上下２層の磁性体を積層した構造とし、上部記録層１７として磁気異方性磁界が２．８ＭＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）の６ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層、下部記録層１８には磁気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）の６ｎｍ−ＦｅＰｔ層を用いた。強磁性共鳴による吸収線幅の測定の結果、上部記録層１７と下部記録層１８のダンピング定数αは、それぞれ０．２０と０．０２であった。磁性体にＰｔやＰｄのリッチ領域が接触すると、当該領域に磁化が誘導されて磁化の向きの変化を制動するように働くため、ダンピング定数αを大きくできる。例えば、Ｐｔ組成の大きなＣｏＣｒＰｔ磁性体では、人工格子構造を用いなくてもダンピング定数αが大きくなっている。
以上の記録媒体をスピンスタンドにセットし、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ２０ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２０ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。このように作成した記録媒体に図１５の磁気ヘッドを組み合わせて記録再生特性を測定した。測定は、主磁極と対向磁極間に供給する電流強度を変化させて発振周波数を変え、記録パターンを１０００ｋＦＣＩとして行った。その結果、最大１５ｄＢの信号／ノイズ比が得られ、１平方インチあたり２Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。信号／ノイズ比が１５ｄＢとなる高周波磁界の周波数は２８ＧＨｚであった。ヘッド走行方向を右から左へとする構成の場合には、最大１３．５ｄＢであった。比較のため、実施例１で使用した記録媒体A-30/60を用いて特性評価を行ったが、その場合の信号／ノイズ比は、最大で１３ｄＢであった。上部記録層のダンピング定数が大きな記録媒体を用いた方が、磁化反転速度が速くなり、記録再生特性が向上する。
本実施例に示した記録媒体と磁気ヘッドの組み合わせにおいては、記録再生特性と記録媒体の回転数との間に顕著な相関は見られなかった。例えば、ヘッド媒体相対速度を４０ｍ／ｓとしても記録再生特性の大きな劣化はみられなかった。しかし、上部記録層１７としてダンピング定数が０．０５（磁気異方性磁界が２．８ＭＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）の６ｎｍ−ＣｏＣｒＰｔ層を使用）と小さな磁性層を用いた場合には、信号／ノイズ比がヘッド媒体相対速度に依存する傾向が見られた（ヘッド媒体相対速度４０ｍ／ｓにおけるＳ／Ｎ比が、２０ｍ／ｓの場合に比べて４ｄＢ低下）。この理由を調べる為、シミュレーションを用いて更に検討を行った。
図１６は、本シミュレーションで用いたモデルの概要である。主磁極５がリーディング側に、対向磁極６がトレーリング側にそれぞれ配置され、その間に交流磁界発生素子が配置されている。記録ヘッド部の直下には、磁気異方性磁界とダンピング定数がそれぞれＨk1、α１、Ｈk2、α２の上部記録層１７と下部記録層１８が積層されている。主磁極５からは記録層の磁化を反転させるための反転磁界（記録磁界）が媒体に漏洩し、交流磁界発生素子からは高周波磁界が媒体に漏洩する。
図１７は、図１６のシミュレーションモデルを用い、上部磁性層と下部磁性層の磁気異方性磁界とダンピング定数が以下の４通りの場合について、上下の磁性層全体の磁化の反転強度が高周波磁界強度に依存してどう変化するかマッピングした図である。なお、高周波磁界の発信周波数は、２５ＧＨｚと固定した。それぞれの図の下には、磁化反転に要した時間（反転時間）も記した。反転時間は、高周波磁界が印加されてから磁化が９５％以上反転するまでの時間とした。
（１）媒体１
上部記録層：Ｈk＝１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）、ダンピング定数（α上部）＝０．０２
下部記録層：Ｈk＝２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、ダンピング定数（α下部）＝０．０２
（２）媒体２
上部記録層：Ｈk＝１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）、ダンピング定数（α上部）＝０．２
下部記録層：Ｈk＝２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、ダンピング定数（α下部）＝０．０２
（３）媒体３
上部記録層：Ｈk＝１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）、ダンピング定数（α上部）＝０．０２
下部記録層：Ｈk＝２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、ダンピング定数（α下部）＝０．２
（４）媒体４
上部記録層：Ｈk＝１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）、ダンピング定数（α上部）＝０．２
下部記録層：Ｈk＝２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、ダンピング定数（α下部）＝０．２
図１７によれば、（α上部，α下部）が（０．２，０．２）の場合には、反転時間は０．３２ｎｓと最も短いが、必要な外部磁界が大きくてアシスト効果が小さい。（α上部，α下部）が（０．０２，０．０２）の場合には、必要な外部磁界が小さくてアシスト効果が大きいが、反転時間は１．３ｎｓと最も長く、高速の書込みに向かない。（α上部，α下部）が（０．２，０．０２）の場合には、必要な外部磁界が小さくてアシスト効果が大きい上に、反転時間が０．４９ｎｓと短くなっており、高速の書込みが可能なマイクロ波アシスト記録が実現されている。ダンピング定数αが大きいと磁化が高速に反転するため、上部記録層１７のαが大きいと、上部記録層１７の磁化が小さい磁界で高速に反転し、これに引きずられる形で下部記録層１８の磁化が反転すると考えられる。
図１８は、高周波磁界強度が０．４ＭＡ／ｍで、（α上部，α下部）が（０．２，０．０２）の場合の、高周波周波数と外部磁界強度に対する反転状態を調べたものである。上部記録層１７の最適高周波周波数において大きな反転必要外部磁界が低下していることが分かる。上部記録層１７の磁気異方性磁界は小さい方が、周波数の低い高周波磁界と外部磁界とで記録可能と考えられ、少なくとも主磁極５が記録層中心に作る磁界の半分を超える磁気異方性磁界が必要である。上部記録層１７の磁気異方性が適度に小さいと、上部記録層１７の磁化の熱揺らぎが大きくなり、アシスト条件となる確率が高くなるため、磁化反転までの時間が短くなると考えられる。
本実施例の情報処理装置は、実施例１に比べて、次の２つのメリットがある。（１）記録媒体に対して、まず最初に高周波磁界強度が大きくなり、続いて主磁極からの磁界が大きくなって記録し、直後に高周波磁界強度が減衰するので、記録境界がシャープになり良好な磁区が形成できる。（２）記録媒体をパターン化しており、記録密度を高くできる。
本実施例では、高周波磁界発生素子に含まれる回転ガイド層として、負の垂直磁気異方性体を使用した磁気ヘッドと該磁気ヘッドを搭載した情報記録装置の構成例について説明する。回転ガイド層に負の垂直磁気異方性を有する磁性体を用いることにより、磁化回転体層の自発磁化が膜面内に誘導される為、高周波磁界発生素子の駆動電流が所望の周波数に応じて設定が可能となると伴に、磁化回転層の磁化の回転が安定化し、回転面内方向に主磁極等の外部から漏洩・印加されるピニング磁界成分に抗する耐性が向上する。なお、本実施例の情報処理装置において、磁気ヘッドスライダとサスペンションとの関係は図１Ａと同様で、記録ヘッド部と再生ヘッド部を含めた磁気ヘッド全体の構成は図１Ｂにと同様で、かつ情報処理装置の全体構成としては図４（Ａ）（Ｂ）に示す構成と同じであるものとする。すなわち、磁気ヘッドの基本構成としては、対向磁極がトレーリング側最端部に配置され、主磁極が対向磁極よりもリーディング側に配置されているものとする。
図１９には、本実施例の記録ヘッド部の構成を示す。主磁極５の浮上面側端部のトレーリング側に磁束整流層８が形成され、磁束整流層８と対向磁極６の間に高周波磁界発生素子２０１が形成されている。高周波磁界発生素子２０１は、金属非磁性スピン伝導層３、磁化回転体層２、負の垂直磁気異方性体層１１、金属非磁性スピン散乱体層１２により構成されている。また、対向磁極６の浮上面端部のリーディング側には、第２の磁束整流層１３が形成されている。金属非磁性スピン散乱体層１２は、磁束整流層８からの磁化回転体層２に流入するスピントルクの効果を打消す影響を及ぼす恐れのある第２の磁束整流層１３から磁化回転体層２に流入するスピンを散乱する作用がある。あるいは、磁化回転体層２側から磁束整流層１３へのスピントルクの流出を防ぐ作用があるとも言える。したがって、金属非磁性スピン散乱体層１２を用いると必要なスピントルクを得るための電流を小さくすることができる。金属非磁性スピン散乱体層１２としてＲｕを用いるとこの効果は特に大きくなる。本実施例のように、主磁極５側の磁束整流層８から金属非磁性スピン伝導層３を介して磁化回転体層２にスピントルクを注入する場合には、主磁極５と磁束整流層８の界面に極薄の酸化層や非磁性層を設け磁性体間の交換結合を小さくすることによって、磁束整流層８内の水平磁化成分を大きくすることができるため、磁化回転体層２の動作が安定となる。
図１Ｃに示す構成においては、スピン整流素子４１が、金属非磁性スピン伝導層３と磁束整流層８（リップ）の積層構造、回転ガイド層４３が負の垂直磁気異方性体層１１、磁束整流膜４８が磁束整流層８に対応している。
なお、実施例１と同様に、高周波磁界発生素子２０１の長手方向の長さは、記録トラック幅を決定する重要な因子であるが、本実施例では１４ｎｍとした。
また、実施例１と同様に、主磁極５の幅と厚さ（ヘッド走行方向の長さ）は、記録磁界が大きく取れるよう大きめに設定することが可能であるが、図２０には、主磁極５と対向磁極６間に形成された積層膜の構成を浮上面側から見た模式図を示した。本実施例の主磁極５と対向磁極６及び積層膜２０１のトラック幅方向の関係は、図２０に示すように、主磁極５の幅が積層膜２０１の幅よりも広く、対向磁極６の幅は主磁極５の幅よりも広い。本構成とすることにより、発生磁界強度を強くしたい主磁極５からの磁界を強くしつつ、トラック幅を規定する高周波磁界発生素子２０１からのアシスト磁界を用いて高分解能の記録磁化パターンの形成が可能になる。本実施例では、主磁極５のＡＢＳ面での形状は、トラック幅方向に幅８０ｎｍとヘッド走行方向に厚さ１００ｎｍとすることで、約０．９ＭＡ／ｍの記録磁界が得られた。これらの幅や厚さを大きくすると主磁極からの磁界強度は大きくなるが、磁界勾配が小さくなる為、従来の磁気記録においては、幅や厚さを逆に小さくすることで分解能を稼いでいた。
磁束整流層８は、主磁極５と飽和磁化が同じ又は大きな材料を用い、主磁極５からの磁界が磁化回転体層２の層方向に垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いて磁束整流層８の厚さ設計を行った。本実施例における磁束整流層８の厚さは、１０ｎｍであったが、この値は、前述の長方形の形状、対向磁極までの距離と状況、用いる媒体の状況、図面上方における磁気回路の状況に依存する。なお第２の磁束整流層１３としては、膜厚１５ｎｍのＣｏＦｅ合金を用いた。
磁化回転体層２としては、実施例１と同様、厚さ２０ｎｍのＣｏＦｅ合金を用いた。主磁極５側から対向磁極６側へ高周波励起電流を流すと、磁化回転体層２にスピントルクが作用し、磁化が回転する。このスピントルクは、主磁極５からの漏洩磁界によって発生する磁化回転体層２の回転軸に平行な磁化成分が小さくなる方向に作用する。すなわち、磁束整流層８は、電子に対するスピンの整流素子としても作用し、主磁極５の磁化方向にスピンが揃った電子を右側の磁化回転層２から奪い取り、磁化回転層２の磁化を主磁極５の磁化と逆向きに向けようとするスピントルクが作用するからである。スピントルク作用は、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなる。金属非磁性スピン伝導層３と隣接する層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入しても大きくなる。
尚、電流一定のまま、主磁極５の磁化が逆転した場合でも、磁化回転層２の磁化を主磁極５の磁化と逆向きに向けようとするスピントルクが作用する状況に変わりはない。このとき磁化回転層２の磁化の回転方向は、主磁極５の磁化方向が逆転する前の回転方向と逆向きとなっている。記録密度が高くなって磁化回転体層２の幅が狭い場合には、磁化回転体層２の側面から創出される磁界が無視できなくなり、記録媒体７に磁界の向きが時間とともに回転する（回転振動磁界）ようになる。この場合、図３の検討から、反転させようとする磁化に対して反時計回り振動磁界が印加されるように当該回転振動磁界の回転方向を制御する必要がある。図１９の構成の記録ヘッド部を用いることにより、電流一定のまま、前記回転方向の制御が実現されている。
金属非磁性スピン伝導層３としては、２ｎｍ−Ｃｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＲｕ等を用いても良い。
本実施例においては、垂直磁気異方性体層として負の垂直磁気異方性体を用いた。ここで、「負の垂直磁気異方性」とは、垂直磁気異方性が負の状態を意味する。通常の垂直磁気記録媒体に用いられる「正の垂直磁気異方性」においては、例えば、六方晶のｃ軸方向に磁化が向きやすい性質を有する。これに対して、「負の垂直磁気異方性」では、ｃ軸方向に磁化が向き難い性質を有するため、ｃ軸方向に垂直な面内方向に磁化があると安定する。負の垂直磁気異方性を有する磁性体を磁化回転体層２と隣接させることにより、磁化回転体層２の磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が生じる。ここで、磁化の回転軸は、スピントルクの向く方向であり、膜面に垂直方向にある。
負の垂直磁気異方性体層１１は、六方晶ＣｏＩｒの００１面が図中の左右方向となるようにし、磁気異方性の大きさは、６．０×１０5Ｊ／ｍ3のものを用いた。本実施例では、磁化回転体層２にＣｏＦｅ合金を用いているので、ＣｏＩｒと同様大きな交換相互作用が働き、磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強くなる。磁化回転体層２と負の垂直磁気異方性体層１１との交換相互作用が弱い場合には、磁化回転体層２の磁化を面内に向ける作用が弱まるため、特に高い周波数での発振が不安定になる。負の垂直磁気異方性を有する磁性体としては、六方晶ＣｏＩｒの他、α’−ＦｅＣ、ｄｈｃｐＣｏＦｅ、ＮｉＡｓ型ＭｎＳｂ等が知られており、これらの材料を用いて負の垂直磁気異方性体層１１を形成しても良い。金属非磁性スピン散乱体１２としては、３ｎｍ−Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。
記録媒体７としてはパターンドメディアを使用し、基板１９上にスパッタリングにより連続膜を形成した後、下部記録層１８として磁気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）の６ｎｍ−ＣｏＰｔ（Ｌ１０）層、上部記録層１７として磁気異方性磁界が１．４ｋＡ／ｍ（ｌ７ｋＯｅ）の６ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層を形成し、ナノインプリント技術により、トラック方向の長さが９ｎｍでダウントラック方向が７ｎｍの磁性体パターンを、トラックピッチ１２．５ｎｍ、ビットピッチ１０．０ｎｍで形成した。強磁性共鳴による吸収線幅の測定の結果、上部記録層１７と下部記録層１８のダンピング定数αは、それぞれ０．２０と０．０２であった。記録層にＰｔやＰｄ等が含まれる場合αを大きくでき、磁化反転速度を速めることができる。
以上の媒体をスピンスタンドに設置し、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ１２．５ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔１８ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。高周波励起電流を変化させて１２５０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１３．０ｄＢが得られ、１平方インチあたり５Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。このときの高周波周波数は２７．０ＧＨｚであった。
以上作成した磁気ヘッドは、図６に示す方法と同じ方法で特性を評価した。図２１は、本実施例の磁気ヘッドから発生するマイクロ波磁界強度の励起電流量依存性を、主磁極から高周波磁界発生素子２０１に漏洩する外部磁界強度がそれぞれ０ＭＡ／ｍ、０．４ＭＡ／ｍ、０．８ＭＡ／ｍ、−０．８ＭＡ／ｍの場合について、比較して示した図である。
外部磁界がない場合には、高周波励起電流の増加とともに高周波磁界強度が単調に減少し、外部磁界が０．４ＭＡ／ｍの場合には、高周波励起電流の増加とともに高周波磁界強度が少し増加して最大値となり、その後、減少する。外部磁界が０．８ＭＡ／ｍの場合には、高周波励起電流の増加とともに高周波磁界強度が大きく増加して最大値となり、その後、減少する。高周波磁界強度の最大値は、外部磁界強度によらずほぼ同じであった。また、外部磁界強度の変化によっては発振が不安定とはならないことがわかった。これは、磁化回転体層２と負の垂直磁気異方性体１１が無理なく結合している為と考えられる。これらの現象は、磁束整流層８の影響で注入された下向きのスピントルクと外部磁界、負の垂直磁気異方性体１１からの交換磁界のベクトル和の向きによって簡単に理解できる。ベクトル和がゼロのときに高周波磁界強度は最大値を取り、このときの磁化回転体層２の磁化は、当該層内で回転する。
図２２は、本実施例の磁気ヘッドから発生するマイクロ波磁界の周波数の励起電流量に対する依存性を、主磁極から高周波磁界発生素子２０１に漏洩する外部磁界強度がそれぞれ０ＭＡ／ｍ、０．４ＭＡ／ｍ、０．８ＭＡ／ｍ、−０．８ＭＡ／ｍの場合について、比較して示した図である。図２２から、発生するマイクロ波磁界の周波数は、外部磁界強度には依存せず高周波励起電流にのみ依存していることがわかる。これは、高周波励起電流増加に伴う不安定性が無い為であり、そのため、１００ＧＨｚと非常に高い周波数での発振も実現できていると考えられる。また、金属非磁性スピン伝導層３と両側の層の界面にＣｏＦｅＢ等スピン分極率の高い材料層を配置すると、スピントルクが強化され、図２１及び図２２の横軸を圧縮したグラフが得られる。例えば、図２２において、高周波励起電流値０．５にて４０ＧＨｚ、電流値１．０にて８０ＧＨｚの発振周波数が得られる。したがって、図１６に示すような高周波磁界発生素子２０１より高い周波数を得るには、主磁極５からの漏洩磁界を大きくする必要がある。これは、磁化回転体層２の磁化回転面を界面に平行にするために必要なスピントルクが、より大きな高周波励起電流において得られるようにするためであるので、金属非磁性スピン伝導層３の界面にＣｏＦｅＢ等のスピン分極率の高い金属材料層を挿入することによりスピントルク流を強化すると、同じ高周波励起電流でも高い周波数が得られる。
本実施例のヘッドは、図１Ｃに示される原理構成に加えて、
（１）リップ層が一対あるため、磁化回転体層２に印加される主磁極からの漏洩磁界の面内成分をより抑えることができ、マイクロ波磁界の発振が広い周波数帯で安定化する。かつ、磁化回転体層２に印加される主磁極からの漏洩磁界の垂直成分がより増加するので、より高い周波数帯での発振が可能となり、結果的により広帯域での発振が可能となる、
（２）負の磁気異方性体層が存在することによって、磁化回転体層２のニュートラル状態（電流や磁界が印加されていない状態）での磁化方向が、磁界出力が最大となる面内に向き、主磁極からの漏洩磁界が加わってもその極性に依らず磁化の回転軸からの角度が一定となる為、主磁極極性による出力の非対称性が現れないこと、
（３）スピン散乱体層１２により、対向磁極側リップ１３からのスピントルクの磁化回転体層２への流入が抑制され、磁化回転体層２へ加わるスピントルクがより安定化する、
といったメリットがある。
また、本実施例の磁気ヘッドは、実施例１、２で説明した磁気ヘッドに比較して、強度の強い高周波磁界を得ることができる。また、発振周波数が励起電流に対してほぼ線形であるため、磁気共鳴を形成するための磁気ヘッドの制御（供給電流量の制御）が容易である。更に、主磁極から漏洩する磁束の極性を考慮する必要がないため、その分ヘッド素子の設計が容易である。また、本実施例の磁気ヘッドは、高周波磁界源より得られる周波数帯の制限を受けることなく、大きな磁気異方性を有する記録媒体への記録ができるようになるため、磁気記録媒体と組み合わせて情報記録再生装置を構成した場合、記録密度を増大させることが可能となる。特に、記録密度の高い人工格子膜を備えた記録媒体と組み合わせて使用することにより、記録密度を更に向上することが可能となる。
本実施例では、実施例３同様、負の垂直磁気異方性体を使用した磁気ヘッドを用い、高周波磁界発生素子に対する励起電流の供給方向と磁気ヘッド走行方向を実施例３とは逆（すなわち、対向電極をリーディング側に配置し、記録磁極をトレーリング側に配置した構成）にした情報記録装置の構成例について説明する。なお、本実施例において、情報処理装置の全体構造は図４（Ａ）（Ｂ）と同じで、磁気ヘッドの全体構造は、図１４のいずれかに示す構造を有しているものとする。ただし、図１４に示したヘッド走行方向を左右逆転させても、得られる信号／ノイズ比に大きな違いは見られなかった。
図２３は、本実施例の情報記録装置の記録ヘッド部の断面構造を示す図である。主磁極５、対向磁極６、磁束整流層８、第２磁束整流層１３、高周波磁界発生素子２０１の構成・機能は、図１９とほぼ同様であるので、共通部分については説明は省略する。ただし、本実施例の場合、金属非磁性スピン伝導層３と金属非磁性スピン散乱体層１２の積層順序が図１９とはちょうど逆になっている。ただし、磁化回転体層２と負の垂直磁気異方性体層１１は、積層順序を入れ替えても良好なマイクロ波発振特性が得られる。本実施例のように主磁極５側に磁化回転体層２があると記録媒体の磁化反転領域においてより強いマイクロ波が得られる。逆に対向磁極６側に磁化回転体層２があると第２磁束整流層１３からのスピントルク流入効率が上がるので、発振に必要な電流を小さくすることができる。主磁極と高周波磁界発生素子２０１のトラック幅方向の大きさの関係も、実施例３と同様である。
磁界発生素子２０１の長手方向の長さは、本実施例では１４ｎｍである。対向磁極側リップ１３としては、１０ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。
本実施例に示す高周波磁界発生素子の構成は、図１９に示された高周波磁界発生素子２０１の構成に比べて、スピン整流素子を構成する金属非磁性スピン伝導層３と第２磁束整流層１３との積層膜よりスピントルクが直接、負の垂直磁気異方性体１１に作用する為、より高い周波数での動作が安定で、発振の立ち上がりも早くなる。また、第２磁束整流層１３の磁化方向がほぼ磁化回転体層２の回転軸方向を向く為、スピントルクが安定し、必要な電流を図１９に示された構成に比べて小さくすることが可能となる。スピントルクは、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなり、また、第２磁束整流層１３と金属非磁性スピン伝導層３の間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。なお、本実施例では、主磁極５と対向磁極６の間隔を調整して、磁化回転体層２への漏洩磁界が異なる磁気ヘッドを複数作製した。また、図２３の構成において、磁束整流層８の長さを調整することにより磁化回転体層２への漏洩磁界を変えることもできる。斜め漏洩磁界耐性の大きな負の垂直磁気異方性体１１を磁化回転体層２の厚さの半分以上とすることにより、磁束整流層８の長さがゼロ（磁束整流層８なしに、主磁極５と金属非磁性スピン散乱体層１２が隣接する構造）でも、マイクロ波の発振が観測できた。
記録媒体７としては、記録層の磁気特性が以下の通りであるパターンド媒体と連続膜媒体の２種を準備した。
（１）記録媒体B-30（ディスクリートトラック媒体）
磁気異方性磁界：２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、膜厚：１０ｎｍ、材料：ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯｘ
（２）記録媒体B-34（連続膜媒体）
磁気異方性磁界：２．８ｋＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）、膜厚：１０ｎｍ、材料：ＣｏＢ／Ｐｔ（人工格子積層膜）
（３）記録媒体B-45
磁気異方性磁界：３．６ＭＡ／ｍ（４５ｋＯｅ）、膜厚：１０ｎｍ、材料：ＣｏＦｅ（Ｌ１０）−ＳｉＯｘ層
記録媒体B-30については、スパッタリング法で記録層１６を作製後、ナノインプリント技術にて、記録部がヘッド走行方向に連続した媒体ＤＴＭ（Discreet Track Media）に加工した。記録部のトラック方向の幅は１１ｎｍでトラックピッチは１５ｎｍとした。
次に、上記の記録媒体（１）〜（３）をスピンスタンドに設置し、所定の記録密度でテストパターンを記録した。記録条件は、マイクロ波磁界の発振周波数を変えることにより変えた。記録の際のヘッド媒体相対速度は２０ｍ／ｓ、磁気スペーシングは５ｎｍ、トラックピッチは１８．０ｎｍであった。記録媒体B-30については、トラック配置の都合上、トラックピッチは１５ｎｍとした。
記録したパターンは、シールド間隔１８ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。得られた信号／ノイズ比は、テストパターンの記録密度が１２５０ｋＦＣＩの場合、各記録媒体について以下の通りであった。
（１）記録媒体B-30：最大１３．５ｄＢ（マイクロ波磁界の発振周波数：４８ＧＨｚ）
（２）記録媒体B-34：最大１２．５ｄＢ（マイクロ波磁界の発振周波数：５７ＧＨｚ）
（３）記録媒体B-45：最大１４．５ｄＢ（マイクロ波磁界の発振周波数：７５ＧＨｚ）
さらに、記録媒体B-45について１５００ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定すると１２．０ｄＢが得られた。このことから、ＤＴＭ化した記録媒体B-30を用いた場合には１平方インチあたり４Ｔビット、記録媒体B-34を用いた場合には１平方インチあたり３．５Ｔビット、記録媒体B-45を用いた場合には１平方インチあたり４．２Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。
本実施例の高周波磁界発生素子は、実施例３の高周波磁界発生素子に比べて、スピン整流素子を構成する金属非磁性スピン伝導層３と第２磁束整流層１３との積層膜よりスピントルクが直接、負の垂直磁気異方性体１１に作用する為、より高い周波数での動作が安定で、発振の立ち上がりも早くなる。したがって、記録層が単層の連続記録媒体や、ディスクリートトラック媒体への書込みが容易になる。
本実施例では、実施例３の磁気ヘッドと構造が同じでヘッド走行方向が逆の磁気ヘッド（すなわち、対向電極をリーディング側に配置し、記録磁極をトレーリング側に配置した構成）と、異方性磁界強度の異なる２種の磁性材料で形成されたビットパターンをトラック周方向に交互に配列したパターンド媒体を用いて情報記録媒体を構成した例について説明する。なお、本実施例において、情報処理装置の全体構造は図４（Ａ）（Ｂ）と同じで、磁気ヘッドの全体構造は図１４のいずれかに示す構造を有しているものとする。ただし、図１４に示したヘッド走行方向を左右逆転させても、得られる信号／ノイズ比に大きな違いは見られなかった。
図２４は、本実施例の記録ヘッド部の構成を示す図である。主磁極５、対向磁極６、磁束整流層８、第２磁束整流層１３、高周波磁界発生素子２０１の構成・機能は、図２３とほぼ同様であるので、共通部分については説明は省略する。ただし、本実施例の場合、磁化回転体層２と負の垂直磁気異方性体層１１の積層順序が図２３とはちょうど逆になっている。
記録媒体７としては、基板１９上に、スパッタリングにより、下部記録層５８と第１の上部記録層５６を連続形成し、その後、ナノインプリント技術により、トラック方向の長さが９ｎｍでダウントラック方向が５ｎｍの磁性体パターンを、トラックピッチ１２．５ｎｍ、ビットピッチ８．０ｎｍで配置するように作製した。次に、ナノインプリント技術により、第１の上部記録層５６を一つおきに除去し、第２の上部記録層５７を形成した。下部記録層５８としては、気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）で膜厚が６ｎｍ−ＣｏＰｔ（Ｌ１０）層、第１の上部記録層５６としては、磁気異方性磁界が１．２ｋＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）で膜厚が５ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層、第２の上部記録層５７としては、磁気異方性磁界が２．４ｋＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）で膜厚が５ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層を用いた。第１の上部記録層５６、第２の上部記録層５７、下部記録層５８のダンピング定数αは、それぞれ０．１５，０．２０と０．０５であった。
次に、スピンスタンドを用い記録再生特性を評価した。評価用のパターンは、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ１２．５ｎｍとして記録した。まず、あるトラックをＤＣ消磁し、第１の上部記録層５６と第２の上部記録層５７のパターンに同期してパターンを記録した。ビットパターンに同期して記録を行うため、主磁極５から発生する記録磁界の極性は１６ｎｍごとに入れ替えた。この記録動作をマイクロ波磁界の発振周波数を変えて行い、再生出力が最大となる高周波励起電流をそれぞれ求めた。その結果、第１の上部記録層５６に対する最適発振周波数は２７ＧＨｚ（以下Ｉ1と表記する）、第２の上部記録層５７に対する最適発振周波数は５２ＧＨｚ（以下Ｉ2と表記する）であった。
続いて、第１の上部記録層５６と第２の上部記録層５７のパターンに同期して高周波励起電流値をＩ1とＩ2の間で強度変調して記録し、さらにこれをシールド間隔１６ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。１５６０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１３．０ｄＢが得られ、１平方インチあたり６Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。図４に示すような磁気ディスク装置においては、信号／ノイズ比が最大になるような高周波励起電流値をメモリ１１１やプロセッサ内のレジスタなどに格納しておき、当該格納値に基づき、電流アンプを制御する。あるいは、トラックの種類に対応する高周波励起電流値Ｉ1とＩ2をメモリ１１１に格納し、ドライブの電源投入時等に、記録媒体の所定領域（管理エリアなど）にテストパターンの記録動作を高周波励起電流値Ｉ1とＩ2内で変調して行い、当該テストパターンを再生して最適励起電流値を決めても良い。第１の上部記録層５６、又は、第２の上部記録層５７を高周波励起電流値Ｉ1又はＩ2にてそれぞれ独立に記録するようにしても良い。他方の記録状態がわかっている場合には、再生時のエラー訂正能力が向上する。
本実施例では、ディスクリートトラック媒体を用いて情報記録装置を構成した例について説明する。図２５には、本実施例の記録ヘッド部をトラック周方向から見た断面図を示す。本実施例の記録ヘッド部の構成は、実施例２と同じであるものとする。図２５は、磁化回転体層２における断面図を示したものである。図中、高周波磁界検出器２０３は、記録動作中に高周波磁界発生素子２０１の発振状態をモニタするもので、図６の右側部分にある高周波磁界検出器２０２と同様の構造を有している。高周波磁界発生素子２０１の長手方向の長さは２１ｎｍである。当該長さを大きくすることにより、磁化回転体層２の媒体内での磁界分布の湾曲がディスクリートトラック一本の幅に対して相対的に小さくなる為、磁化遷移形状が改善される。
本実施例では、記録媒体７として、トラック幅方向に磁気異方性磁界が異なる３つのトラックが配列された構造の記録媒体を使用した。３つのトラックは、基板１９上に、スパッタリングにより下部記録層５８と第１の上部記録層６５を連続形成後、実施例５で説明した要領で、ナノインプリント技術を用い、不要な上部記録層材料を各トラック毎に順次除去しつつ、第１の上部記録層に属するトラック、第２の上部記録層に属するトラック、第３の上部記録層に属するトラックを順次形成した。形成されたトラックは、トラック幅が４．５ｎｍ、隣接トラック間でのピッチが６ｎｍ、第１の上部記録層に属するトラックから第３の上部記録層に属するトラックを１周期とするトラックピッチが１８．０ｎｍであった。各記録層を構成する材料は以下の通りである。
・下部記録層５８：磁気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）、膜厚が６ｎｍのＣｏＰｔ（Ｌ１０）
・第１の上部記録層６５：磁気異方性磁界が１．２ｋＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）、膜厚が５ｎｍの（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層
・第２の上部記録層６６：磁気異方性磁界が２．４ｋＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）、膜厚が５ｎｍの（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層
・第３の上部記録層６７：磁気異方性磁界が３．６ｋＡ／ｍ（４５ｋＯｅ）、膜厚が５ｎｍの（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層
なお、第１の上部記録層６５、第２の上部記録層６６、第３の上部記録層６７、下部記録層５８のダンピング定数αは、それぞれ０．１５，０．２０，０．２１と０．０５であった。
ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング６ｍ、トラックピッチ１８ｎｍの条件で、スピンスタンドを用いて記録再生特性を評価したところ、１０００ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１３．０ｄＢが得られ、１平方インチあたり６Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。また、各上部記録層に対する最適発振周波数は次の通りであった。
・第１の上部記録層：２７ＧＨｚ（以下Ｉ1と表記）
・第２の上部記録層：５２ＧＨｚ（以下Ｉ2と表記）
・第３の上部記録層：７６ＧＨｚ（以下Ｉ3と表記）
第１の上部記録層５６、又は、第２の上部記録層５７を高周波励起電流値Ｉ1又はＩ2にてそれぞれ独立に記録するようにしても良い。他方の記録状態がわかっている場合には、再生時のエラー訂正能力が向上する。また、上記Ｉ1〜Ｉ3の励起電流最適値を情報再生装置内に格納して励起電流値を制御しても良い点は、実施例５と同様であり、電源投入時に試し書きシーケンスを実行しても良い点も実施例５と同様である。
以上、本実施例の情報記録装置の場合、磁化高速回転体のトラック幅方向の長さを大きくできるため、磁化回転体のつくる磁界分布の湾曲がディスクリートトラック一本の幅に対して相対的に小さくなる。よって、磁化遷移の急峻化（グラニュラー連続媒体、ディスクリートトラック媒体）や書込みエラーの減少（ビットパターン媒体）が期待でき、トラック密度の向上も期待できる。また、同じ構造をヘッド走行方向に設けた場合（主磁極と対向磁極の間隔を長くした場合）には線記録密度の向上が期待できる。

Claims (18)

  1. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    前記記録磁極は、前記磁気記録媒体に対する浮上面側端部のトレーリング側ないしリーディング側に突出部を有し、
    当該突出部と前記対向磁極の間に、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、当該磁化回転体層に接して当該磁化回転体層の磁化方向をガイドする回転ガイド層と、
    前記磁化回転体層に流入するスピントルクの効果を打ち消すスピンを散乱する金属非磁性スピン散乱体層とを備えることを特徴とする情報記録装置。
  2. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    当該記録磁極と前記対向磁極の間に、
    前記記録磁極に接触して形成された、前記記録磁極と対向磁極の間を通過する磁束に対する整流作用を有する磁束整流層と、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、当該磁化回転体層に接して当該磁化回転体層の磁化方向をガイドする回転ガイド層と、
    前記磁化回転体層に流入するスピントルクの効果を打ち消すスピンを散乱する金属非磁性スピン散乱体層とを備えたことを特徴とする情報記録装置。
  3. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    当該記録磁極と前記対向磁極の間に、
    前記記録磁極に接触して形成された、前記記録磁極と対向磁極の間を通過する磁束に対する整流作用を有する磁束整流層と、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、
    前記磁化回転体層に流入するスピントルクの効果を打ち消すスピンを散乱する金属非磁性スピン散乱体層とを備えたことを特徴とする情報記録装置。
  4. 請求項３に記載の情報記録装置において、
    前記金属非磁性スピン散乱体層は、前記磁化回転体層と前記対向磁極の間に設けられていることを特徴とする情報記録装置。
  5. 請求項３に記載の情報記録装置において、
    前記金属非磁性スピン散乱体層は、前記スピン整流素子と前記磁化回転体層の間に設けられていることを特徴とする情報記録装置。
  6. 請求項１又は２に記載の情報記録装置において、
    前記回転ガイド層は、自発磁化の向きが膜面内に垂直な方向である垂直磁気異方性膜を備えたことを特徴とする情報記録装置。
  7. 請求項１又は２に記載の情報記録装置において、
    前記回転ガイド層は、自発磁化の向きが膜面内のいずれかの方向である負の垂直磁気異方性膜であることを特徴とする情報記録装置。
  8. 請求項１に記載の情報記録装置において、
    前記対向磁極は浮上面端部の前記記録磁極に面した側に突出部を有し、
    前記スピン整流素子と、膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層とは、記録磁極の突出部と対向磁極の突出部の間に配置されたことを特徴とする情報記録装置。
  9. 請求項２に記載の情報記録装置において、
    前記対向磁極の浮上面端部の前記記録磁極に面した側に形成された第２の磁束整流層を有し、
    前記スピン整流素子と、膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層とは、前記磁束整流層と第２の磁束整流層との間に配置されたことを特徴とする情報記録装置。
  10. 請求項１又は２に記載の情報記録装置において、
    前記記録磁極と対向磁極間に印加する励起電流の電流量を制御する手段を備えたことを特徴とする情報記録装置。
  11. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    前記記録磁極は、前記磁気記録媒体に対する浮上面側端部のトレーリング側ないしリーディング側に突出部を有し、
    当該突出部と前記対向磁極の間に、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、当該磁化回転体層に接して当該磁化回転体層の磁化方向をガイドする回転ガイド層とを備え、
    前記磁気記録媒体の記録層は、上部磁性層と下部磁性層の少なくとも２層により構成され、
    前記上部磁性層の異方性磁界が下部磁性層の異方性磁界よりも小さいことを特徴とする情報記録装置。
  12. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    当該記録磁極と前記対向磁極の間に、
    前記記録磁極に接触して形成された、前記記録磁極と対向磁極の間を通過する磁束に対する整流作用を有する磁束整流層と、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、当該磁化回転体層に接して当該磁化回転体層の磁化方向をガイドする回転ガイド層とを備え、
    前記磁気記録媒体の記録層は、上部磁性層と下部磁性層の少なくとも２層により構成され、
    前記上部磁性層の異方性磁界が下部磁性層の異方性磁界よりも小さいことを特徴とする情報記録装置。
  13. ユーザデータが格納される磁気記録媒体に対し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを印加することにより当該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う磁気ヘッドにおいて、
    前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に該記録磁極からは離間して設けられた対向磁極とを備え、
    前記記録磁極と前記対向磁極の間に、
    前記記録磁極に接触して形成された、前記記録磁極と対向磁極の間を通過する磁束に対する整流作用を有する磁束整流層と、
    スピン整流素子と、
    膜面内で磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、当該磁化回転体層に接して当該磁化回転体層の磁化方向をガイドする回転ガイド層と、
    前記磁化回転体層に流入するスピントルクの効果を打ち消すスピンを散乱する金属非磁性スピン散乱体層とを備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
  14. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、前記記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極から離間して設けられた対向磁極とを備え、
    前記記録磁極と前記対向磁極の間に、磁束整流層と、面内磁化回転する負の磁気異方性体層を備える高周波磁界発生素子とを有することを特徴とする情報記録装置。
  15. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、前記記録磁界を発生する記録磁極と、膜面内での磁化の向きが回転可能な磁化回転体層と、前記記録磁極の磁化の逆転に応じて前記磁化回転体層の回転方向が制御されるように作用するスピン整流素子とを有し、
    前記磁気記録媒体の記録層は、上部磁性層と下部磁性層の少なくとも２層により構成され、前記上部磁性層の異方性磁界が下部磁性層の異方性磁界よりも小さいことを特徴とする情報記録装置。
  16. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、周波数ｆの高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記磁気記録媒体の記録層は、上部磁性層と下部磁性層の少なくとも２層により構成され、前記上部磁性層の異方性磁界Ｈ k が下部磁性層の異方性磁界よりも小さく、前記高周波磁界の周波数ｆは、γをジャイロ磁気定数として、磁気共鳴振動数γＨ k ／２πの約７０％であることを特徴とする情報記録装置。
  17. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して前記記録を行う情報記録装置において、
    前記記録ヘッド部は、前記記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極から離間して設けられた対向磁極とを備え、
    前記記録磁極と前記対向磁極との間に、少なくとも面内磁化回転する負の垂直磁気異方性体層と、金属非磁性スピン伝導層とを備えることを特徴とする情報記録装置。
  18. 請求項１７に記載の情報記録装置において、
    前記面内磁化回転する負の垂直磁気異方性体層と、前記金属非磁性スピン伝導層とが接して形成されていることを特徴とする情報記録装置。
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