JP5649704B1 - 磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】書き込みの際に強い振動磁場を印加することができる磁気記録装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る磁気記録装置は、スピントルク発振素子、記録媒体ユニット、書き込み磁場源、及び制御部を備える。スピントルク発振素子は、第１の振動磁場を発生する。記録媒体ユニットは、記録媒体と、前記記録媒体に対向して設けられ、第２の振動磁場を発生する複数のスピン波線路と、を含む記録媒体層が１以上積層している。書き込み磁場源は、書き込み磁場を発生する。制御部は、前記書き込み磁場、前記第１の振動磁場、及び前記第２の振動磁場を、情報を記録する対象となる前記記録媒体の媒体磁化に同時に印加するように、前記スピントルク発振素子、前記複数のスピン波線路、及び前記書き込み磁場源を制御する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、マイクロ波アシスト記録方式の磁気記録装置に関する。

大容量のコンテンツの普及に伴い、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記録装置の大容量化が望まれている。現行の垂直磁気記録方式では大容量化に限界があるため、さらなる大容量化を実現する記録方式が模索されている。その背景のもと、磁性体が特定の周波数に対して共鳴を起こす磁気共鳴現象を利用するマイクロ波アシスト記録方式と呼ばれる記録方式の研究開発が行われている。また、記録媒体を多層化することで磁気記録装置の大容量化を図る多層記録技術が提案されている。

磁気記録装置では、熱揺らぎによる媒体磁化の反転を防止するために、大きな磁気異方性定数Ｋｕを有する垂直磁気記録媒体が用いられる。このような磁気異方性定数Ｋｕが大きい垂直磁気記録媒体の媒体磁化を反転させるには、通常大きな書き込み磁場を印加する必要がある。マイクロ波アシスト記録方式は、磁気記録媒体の共鳴周波数近傍の振動磁場（マイクロ波磁場）を印加することで磁気記録媒体を共鳴させ、磁気記録媒体内の所望の媒体磁化を反転しやすい状態にして磁気記録を行う。そのため、書き込み磁場の大きさを低減することができる。

マイクロ波アシスト記録技術の研究開発では、マイクロ波磁場を発生するマイクロ波源としてスピントルク発振素子を用いるものが注目を集めている。スピントルク発振素子は、ＧＭＲ（giant magnetoresistance effect）素子やＴＭＲ（tunnel magnetoresistance effect）素子などに類似した磁性多層膜により形成され、具体的には、磁化が運動できる発振層、磁化が固着したピンド層、発振層とピンド層の間に設けられたスペーサ層を基本構造として含む。スピントルク発振素子では、発振層とピンド層の間のスピントランスファ効果によって発振層内の磁化が定常的に振動する。スピントルク発振素子の近傍には、この磁化の振動に由来した数ＧＨｚから数十ＧＨｚの振動磁場が発生する。マイクロ波アシスト記録技術に適合した大振幅の振動磁場をスピントルク発振素子から取り出すためには、スピントルク発振素子の発振層の膜厚を大きくする必要がある。しかしながら、スピントランスファ効果は膜厚方向に対して均一でないため、膜厚が大きい発振層を一様に発振させることは困難とされる。

特開２００５−０２５８３１号公報 国際公開第２０１１／０３０４４９号

C. Thirion et al., Nature Materials 2, 524 (2003)

マイクロ波アシスト記録方式の磁気記録装置においては、マイクロ波アシスト効果を高めるために、書き込みの際に強い振動磁場を印加できることが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、書き込みの際に強い振動磁場を印加することができる磁気記録装置を提供することである。

一実施形態に係る磁気記録装置は、スピントルク発振素子、記録媒体ユニット、書き込み磁場源、及び制御部を備える。スピントルク発振素子は、第１の振動磁場を発生する。記録媒体ユニットは、記録媒体と、前記記録媒体に対向して設けられ、第２の振動磁場を発生する複数のスピン波線路と、を含む記録媒体層が１以上積層している。書き込み磁場源は、書き込み磁場を発生する。制御部は、前記書き込み磁場、前記第１の振動磁場、及び前記第２の振動磁場を、情報を記録する対象となる前記記録媒体の媒体磁化に同時に印加するように、前記スピントルク発振素子、前記複数のスピン波線路、及び前記書き込み磁場源を制御する。

第１の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す断面図。 第１の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す斜視図。 第２の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す斜視図。 図３に示したスピントルク発振素子部の一例を概略的に示す断面図。 図３に示したスピントルク発振素子部の他の例を概略的に示す断面図。 第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部を概略的に示す斜視図。 第４の実施形態に係る磁気記録装置の一部を概略的に示す斜視図。 第５の実施形態に係る磁気記録装置の一例を概略的に示す斜視図。 第５の実施形態に係る磁気記録装置の他の例を概略的に示す斜視図。 第６の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す断面図。 図９に示した極性可変マグネットの一例を概略的に示す断面図。 図９に示した極性可変マグネットの他の例を概略的に示す断面図。 図９に示した極性可変マグネットのさらに他の例を概略的に示す斜視図。 書き込み磁場源の例を概略的に示す断面図。 第７の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す斜視図。 図１に示した磁気記録装置において情報を再生する動作の一例を説明する図。 図１に示した磁気記録装置において情報を再生する動作の他の例を説明する図。

以下、図面を参照しながら種々の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記録装置１００を概略的に示す断面図であり、図２は、磁気記録装置１００を部分的に示す斜視図である。図１に示すように、磁気記録装置１００は、スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を備えている。

スピントルク発振素子１１０は、第１磁性層１１１、第１磁性層１１１に積層されたスペーサ層１１２、及びスペーサ層１１２に積層された第２磁性層１１３を含む磁性多層膜１１５を備える。一例として、第１磁性層１１１は、磁化が運動できるフリー層（発振層とも称される。）であり、第２磁性層１１３は、磁化が固着したピンド層である。第１磁性層１１１及び第２磁性層１１３は、金属強磁性体で形成され、面内磁化膜である。金属強磁性体としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、及びＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも１つを含む合金（例えば、ＦｅＮｉ（パーマロイ）、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ）などがある。スペーサ層１１２は、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ｒｕ（ルテニウム）などの非磁性金属で形成されていてもよく、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）などの絶縁体で形成されていてもよい。

なお、スピントルク発振素子１１０は、上述した例に限定されず、いかなる形態のスピントルク発振素子であってもよい。例えば、第１磁性層１１１及び第２磁性層１１３の両方がフリー層であってもよい。また、第１磁性層１１１及び第２磁性層１１３の一方又は両方が垂直磁化膜であってもよい。第１磁性層１１１及び第２磁性層１１３は、強磁性層を含む磁性多層膜で形成されていてもよい。

さらに、スピントルク発振素子１１０は、例えば磁性多層膜１１５の膜面に垂直な方向に、磁性多層膜１１５に電流を流すための一対の電極（図示せず）を備えている。ここでは、第１磁性層１１１、スペーサ層１１２、第２磁性層１１３が積層されている方向に垂直な面を膜面と呼ぶ。所定の直流電流を磁性多層膜１１５に通電すると、スピントルク発振素子１１０は振動磁場１１７を発生する。所定の直流電流とは、閾値電流密度より大きい電流密度を有する直流電流を指す。

スピントルク発振素子１１０に直流電流を通電すると、第１磁性層１１１と第２磁性層１１３との間のスピントランスファ効果によって、第１磁性層１１１内の磁化１１４が定常的に振動する。より具体的には、直流電流が第２磁性層１１３内の磁化によってスピン偏極され、スピン偏極した直流電流が第１磁性層１１１内の磁化１１４に作用し、それにより、磁化１１４の歳差運動が誘起される。第２磁性層１１３は、直流電流をスピン偏極させることから、ポーラライザ層とも称される。

スピントルク発振素子１１０の発振周波数は、第１磁性層１１１内の磁化１１４の振動数に対応し、例えば、第１磁性層１１１の材料、サイズ、及び膜厚、並びに、磁化１１４に作用する外部磁場の大きさ、磁性多層膜１１５に印加する直流電流の大きさなどに依存する。これらを適宜調整することにより、スピントルク発振素子１１０の発振周波数を数ＧＨｚから数十ＧＨｚの任意の値に設定することが可能である。スピントルク発振素子１１０の近傍には、磁化１１４の振動に伴って、スピントルク発振素子１１０の発振周波数に対応した周波数（数ＧＨｚから数十ＧＨｚ）を有する振動磁場１１７が発生する。振動磁場は、高周波磁場、マイクロ波磁場とも称される。

磁気記録装置１００は、スピントルク発振素子１１０を動作させるためのスピントルク発振素子ドライバ１４０をさらに備える。スピントルク発振素子ドライバ１４０は、例えば、振動磁場１１７を発生させるためにスピントルク発振素子１１０に通電する電流を制御する。さらに、スピントルク発振素子ドライバ１４０は、スピントルク発振素子１１０の位置を制御することができる。スピントルク発振素子ドライバ１４０は、磁気記録に係る処理を制御する記録制御部の一部として機能する。記録制御部は、スピントルク発振素子ドライバ１４０とともに、スピン波線路１２３を動作させるためのドライバ（例えば、図３に示すスピン波線路ドライバ／シンカー３０３、図５に示すスピン波発生用線路ドライバ／シンカー５０１など）、書き込み磁場源を動作させるためのドライバ（例えば、図８に示すスピン波線路ドライバ／シンカー８０２、図９に示すコントローラなど）を含む。

記録媒体ユニット１２０は、１以上の記録媒体層１２１を備える。図１に示す例では、３つの記録媒体層１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃが積層されている。記録媒体層１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃは同様の構造を有するので、以下の説明では、個々の記録媒体層を区別する場合を除いて、参照数字に付した文字（Ａ、Ｂ、Ｃ）を省略する。図２では、１つの記録媒体層１２１（例えば、記録媒体層１２１Ａ）が示され、残りの記録媒体層１２１（例えば、記録媒体層１２１Ｂ及び１２１Ｃ）は省略されている。

図２に示すように、記録媒体層１２１は、記録媒体１２２、及び記録媒体１２２に対向して並列に配置されている複数のスピン波線路１２３を含む。本実施形態では、複数のスピン波線路１２３は平行に等間隔に設けられている。ここで、スピントルク発振素子１１０側を上、記録媒体ユニット１２０側を下として、記録媒体層１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃが積層されている積層方向に沿って上下方向を規定する。積層方向は記録媒体１２２の磁性膜に垂直な方向に対応する。スピン波線路１２３は、図２に示すような記録媒体１２２の下面に対向して配置されている例に限らず、記録媒体１２２の上面に対向して配置されていてもよい。

スピン波線路１２３は、図１及び図２には図示されていないスピン波発生用要素によって動作されると振動磁場１２７を発生する。具体的には、スピン波発生用要素によってスピン波線路１２３にスピン波が励起され、励起されたスピン波の近傍に、スピン波の周波数に対応した周波数を有する振動磁場１２７が発生する。スピン波線路１２３にスピン波を励起する方法については第２から第４の実施形態において具体的に説明する。

記録媒体１２２は、複数の記録ビットを含む。一例では、複数のトラックが複数のスピン波線路１２３それぞれに対応して記録媒体１２２に形成され、各トラックでは記録ビットが等間隔に配列されている。本実施形態の記録媒体１２２は、磁化が磁性膜に垂直な方向を向いている垂直磁気記録媒体である。記録ビットの磁化の向きは、その記録ビットに記録されている情報に対応する。一例として、情報“０”を保持する記録ビットの磁化は上方向に向き、情報“１”を保持する記録ビットの磁化は下方向に向いている。以下では、記録ビットの磁化を媒体磁化とも称する。なお、記録媒体１２２は、垂直磁気記録媒体に限らず、磁化が磁性膜に水平な方向を向いている面内磁気記録媒体であってもよい。

記録媒体１２２Ａ、１２２Ｂ、及び１２２Ｃはそれぞれ固有の磁気共鳴周波数ｆ_Ａ、ｆ_Ｂ、ｆ_Ｃを有する。一例として、磁気共鳴周波数は、スピントルク発振素子１１０に近い記録媒体１２２ほど小さくなるように、すなわち、ｆ_Ａ＜ｆ_Ｂ＜ｆ_Ｃに設定される。

なお、記録媒体１２２の形状は、図２に示すような矩形状の例に限らず、いかなる形状であってもよい。例えば、従来型のＨＤＤのように、記録媒体１２２を円盤形状とすることも可能である。この場合、記録媒体１２２の中心から半径方向に沿って円環状の複数のトラックが記録媒体１２２に形成され、円環状の複数のスピン波線路が記録媒体１２２に対向して設けられる。

磁気記録装置１００において、記録媒体１２２に情報を書き込む場合には、書き込み磁場（記録磁場とも称する。）１３０を記録媒体１２２に印加するとともに、スピントルク発振素子１１０及びスピン波線路１２３を動作させる。スピントルク発振素子１１０を動作させるとは、スピントルク発振素子１１０に直流電流を通電してスピントルク発振素子１１０を発振させることを意味する。スピントルク発振素子１１０を動作させると、スピントルク発振素子１１０から振動磁場１１７が発生する。また、スピン波線路１２３を動作させるとは、スピン波線路１２３にスピン波を励起させることを意味する。スピン波線路１２３を動作させると、スピン波線路１２３から振動磁場１２７が発生する。

記録媒体１２２において、振動磁場１１７と振動磁場１２７とが重なる部分１３２に対してマイクロ波アシスト記録技術が適用される。すなわち、振動磁場１１７と振動磁場１２７とが重なる部分１３２では、それ以外の部分に比べて強い振動磁場が印加され、書き込み磁場１３０による媒体磁化の反転がこれらの振動磁場１１７及び１２７によってアシストされる。

本実施形態では、２つの振動磁場１１７及び１２７の重なり部分１３２に位置する媒体磁化が局所的に反転するように、媒体磁化は書き込み磁場１３０のみでは反転しない保磁力を有している。さらに、スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７及びスピン波線路１２３からの振動磁場１２７の一方のみではマイクロ波アシスト効果が現れない。本実施形態の磁気記録装置１００は、スピントルク発振素子１１０及びスピン波線路１２３という２種類の振動磁場源（アシスト源とも称する。）を備え、これらの振動磁場源からの振動磁場を同時に（重畳的に）印加することにより、強い振動磁場を所望の媒体磁化に印加することができる。これにより、高いマイクロ波アシスト効果が得られる。

次に、具体例として、図１に示される記録媒体層１２１Ｂの記録ビット１２５Ｂに情報を書き込む場合について説明する。情報を書き込む対象となる記録ビット（ここでは記録ビット１２５Ｂ）を対象記録ビットと呼ぶ。書き込みの際には、書き込み磁場１３０を対象記録ビット１２５Ｂに印加するとともに、スピントルク発振素子１１０と記録媒体１２２Ｂに対応する複数のスピン波線路１２３Ｂのうちの少なくとも１つのスピン波線路１２３Ｂとを動作させる。スピントルク発振素子１１０は、対象記録ビット１２５Ｂがスピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とスピン波線路１２３Ｂからの振動磁場１２７とが重なる部分１３２に位置するように、記録媒体ユニット１２０に対して相対的に移動する。具体的には、スピントルク発振素子１１０は、対象記録ビット１２５Ｂの上方に位置するように移動する。このようにして、対象記録ビット１２５Ｂには、書き込み磁場１３０、スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７、及びスピン波線路１２３Ｂからの振動磁場１２７が印加される。これにより、対象記録ビット１２５Ｂの磁化を選択的に反転させることができる。書き込み磁場１３０の向きは、書き込む情報に応じて決定される。例えば、書き込み磁場１３０の向きは、情報“０”を書き込む場合には上向きに設定され、情報“１”を書き込む場合には下向きに設定される。

マイクロ波アシスト効果を効率的に活用するために、振動磁場１１７及び１２７の周波数を、情報を書き込む対象となる記録媒体１２２の磁気共鳴周波数近傍に設定することが望ましい。例えば、振動磁場１１７及び１２７の周波数が記録媒体１２２Ｂの磁気共鳴周波数ｆ_Ｂ近傍に設定される場合、振動磁場１１７及び１２７と対象記録ビット１２５Ｂとの間に磁気共鳴が起こり、それにより、対象記録ビット１２５Ｂの磁化を反転させることがより容易になる。

以上のように、第１の実施形態に係る磁気記録装置では、スピントルク発振素子からの振動磁場と少なくとも１つのスピン波線路からの振動磁場とを印加し、これらの振動磁場が重なる部分に位置する媒体磁化を磁気共鳴させることにより、媒体磁化を局所的に反転しやすくする。これらの振動磁場とともに書き込み磁場を印加することで、磁化媒体に情報を書き込むことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、スピン波線路にスピン波を励起する方法の一例を説明する。
図３は、第２の実施形態に係る磁気記録装置３００を概略的に示している。図３に示される磁気記録装置３００は、スピントルク発振素子１１０、及び１以上の記録媒体層１２１が積層した記録媒体ユニット１２０を備えている。図３では、簡単にするために、１つの記録媒体層１２１が示されている。各記録媒体層１２１は、記録媒体１２２及び複数の（図３の例では３つの）スピン波線路１２３を備え、複数のスピン波線路１２３は記録媒体１２２の下面に対向して並列に配置されている。

本実施形態では、スピン波線路１２３は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも１つを含む合金などの金属強磁性体で形成されている。スピン波線路１２３それぞれの一部には、スピン波発生用スピントルク発振素子部３０１が設けられている。スピン波線路１２３は、スピントルク発振素子部３０１を介して伝送線路３０２に電気的に接続されている。

さらに、スピン波線路１２３は、トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３を介してスピン波線路ドライバ／シンカー３０３に接続されている。ドライバ／シンカー３０３は、スピン波線路１２３に通電する電流Ｉを制御する。ドライバ／シンカー３０３は記録制御部の一部として機能する。書き込み時には、これらのトランジスタの動作によってスピン波線路１２３の選択がなされる。本実施形態では、記録媒体層１２１は、記録媒体１２２、スピン波線路１２３、スピントルク発振素子部３０１、伝送線路３０２、トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３を含む。

図４Ａは、スピントルク発振素子部３０１の第１の構造例を示す断面図である。図４Ａに示されるスピントルク発振素子部３０１は、スピン波線路１２３の一部、スペーサ層４０２、及びポーラライザ層４０１によって形成される。ポーラライザ層４０１には伝送線路３０２が結合されている。あるスピン波線路１２３のトランジスタをＯＮにすると、このスピン波線路１２３のスピントルク発振素子部３０１に直流電流Ｉが通電する。図３の例では、トランジスタＴ１がＯＮされている。具体的には、直流電流Ｉは、スピン波線路１２３、スピントルク発振素子部３０１、伝送線路３０２を経由して流れる。直流電流Ｉは、ポーラライザ層４０１を通過することにより、スピン偏極する。その結果、スピン波線路１２３内の主にスペーサ層４０２直下の部分に、スピントルクによる磁化ダイナミクスが励起され、スピン波線路１２３内にスピン波が伝搬する。書き込みの際には、このようにして励起されたスピン波からの振動磁場１２７とスピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とが重なる部分１３２にマイクロ波アシスト効果が現れ、記録媒体１２２内の媒体磁化に対して局所的に書き込みがなされる。トランジスタによって、何層目の記録媒体層１２１内のどのスピン波線路１２３を動作させるかが選択され、スピントルク発振素子１１０によって、記録媒体１２２のどの部分に書き込みを行うかが選択される。換言すると、対象記録ビットは、ＯＮにするトランジスタとスピントルク発振素子１１０の位置によって決定される。

図４Ｂは、スピントルク発振素子部３０１の第２の構造例を示す断面図である。図４Ｂに示されるスピントルク発振素子部３０１は、スピン波線路１２３の一部分に積層された発振層４０３、発振層４０３に積層されたスペーサ層４０２、及びスペーサ層４０２に積層されたポーラライザ層４０１によって形成されている。ポーラライザ層４０１には伝送線路３０２が結合されている。あるスピン波線路１２３のトランジスタ（図３の例ではトランジスタＴ１）をＯＮにすると、このスピン波線路１２３のスピントルク発振素子部３０１に直流電流Ｉが通電する。直流電流Ｉは、ポーラライザ層４０１を通過することにより、スピン偏極する。その結果、発振層４０３とポーラライザ層４０１との間のスピントランスファ効果によって、発振層４０３内の磁化が振動する。発振層４０３内の磁化の振動に伴って振動磁場４０４が発生し、発振層４０３からの振動磁場４０４がスピン波線路１２３に作用する。この振動磁場４０４によってスピン波線路１２３内の主に発振層４０３直下の部分にスピン波が励起され、このスピン波がスピン波線路１２３内を伝搬する。書き込みの際には、このようにして励起されたスピン波からの振動磁場１２７とスピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とが重なる部分１３２にマイクロ波アシスト効果が現れ、記録媒体１２２内の媒体磁化に対して局所的に書き込みがなされる。トランジスタによって、何層目の記録媒体層１２１内のどのスピン波線路１２３を動作させるかが選択され、スピントルク発振素子１１０によって、記録媒体１２２のどの部分に書き込みを行うかが選択される。

以上のように、第２の実施形態に係る磁気記録装置では、金属強磁性体で形成されているスピン波線路の一部にスピントルク発振素子部を設けることにより、スピン波線路内にスピン波を励起することができ、スピン波線路から振動磁場を発生させることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、スピン波線路にスピン波を励起する方法の他の例を説明する。
図５は、第３の実施形態に係る磁気記録装置５００を概略的に示している。磁気記録装置５００は、図５に示すように、スピントルク発振素子１１０、及び１以上の記録媒体層１２１が積層している記録媒体ユニット１２０を備える。図５では、簡単にするために、１つの記録媒体層１２１が示されている。各記録媒体層１２１は、記録媒体１２２及び複数のスピン波線路１２３を備え、複数のスピン波線路１２３は記録媒体１２２の下面に対向して配置されている。

本実施形態では、スピン波線路１２３は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びこれらの少なくとも１つを含む合金などの金属強磁性体で形成されている。スピン波線路１２３の一部には、絶縁層５０３を介してスピン波発生用線路５０２が設けられている。図５は、スピン波発生用線路５０２がスピン波の伝搬に関する学術的な実験でしばしば用いられる非対称コプレナウェーブガイド形状の線路である例を示している。スピン波発生用線路５０２は、トランジスタＴを介してスピン波発生用線路ドライバ／シンカー５０１に接続されている。ドライバ／シンカー５０１は、スピン波発生用線路５０２に通電する電流を制御する。ドライバ／シンカー５０１は記録制御部の一部として機能する。本実施形態では、記録媒体１２２、スピン波線路１２３、絶縁層５０３、スピン波発生用線路５０２、トランジスタＴによって記録媒体層１２１が形成される。

書き込みの際には、トランジスタＴをＯＮすることでスピン波発生用線路５０２に電流が流れ、それにより、スピン波発生用線路５０２からＯＮ継続時間に応じたパルス磁場５０４が発生する。このパルス磁場５０４により、スピン波発生用線路５０２に絶縁層５０３を介して接続されている全てのスピン波線路１２３内にスピン波が励起され伝搬する。このようにして励起されたスピン波からの振動磁場１２７とスピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とが重なる部分１３２にマイクロ波アシスト効果が現れ、記録媒体１２２内の媒体磁化に対して局所的に書き込みがなされる。トランジスタによって、何層目の記録媒体層１２１に含まれるスピン波線路１２３を動作させるかが選択され、スピントルク発振素子１１０によって、記録媒体１２２のどの部分に書き込みを行うかが選択される。

以上のように、第３の実施形態に係る磁気記録装置では、金属強磁性体で形成されているスピン波線路の一部に絶縁層を介して伝送線路（スピン波発生用線路）が設けられている。伝送線路への通電時には伝送線路から磁場が発生し、この磁場によってスピン波線路内にスピン波が励起される。それにより、スピン波線路から振動磁場を発生させることができる。複数のスピン波線路に対して共通のスピン波発生用線路が設けられているため、スピン波発生のためのスイッチ(トランジスタ)の数を低減できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、スピン波線路にスピン波を励起する方法のさらに他の例を説明する。
図６は、第４の実施形態に係る磁気記録装置６００を概略的に示している。この磁気記録装置６００は、図６に示すように、スピントルク発振素子１１０、及び１以上の記録媒体層１２１が積層している記録媒体ユニット１２０を備えている。図６では、簡単にするために、１つの記録媒体層１２１が示されている。各記録媒体層１２１では、複数のスピン波線路１２３が記録媒体１２２の下面に対向して並列に配置されている。

本実施形態では、スピン波線路１２３は、ＹＩＧ（Yttrium Iron Garnet；イットリウム鉄ガーネット）などのＲＩＧ（Rare-earth Iron Garnet；希土類鉄ガーネット）に代表される磁性絶縁体で形成されている。スピン波線路１２３の一部には、スピン波発生用電極６０２が設けられている。スピン波発生用電極６０２は、トランジスタＴを介してスピン波発生用電極ドライバ／シンカー６０１に接続されている。ドライバ／シンカー６０１は、スピン波発生用電極６０２に通電する電流を制御する。ドライバ／シンカー６０１は記録制御部の一部として機能する。本実施形態では、記録媒体１２２、スピン波線路１２３、スピン波発生用電極６０２、トランジスタＴによって記録媒体層１２１が形成される。なお、スピン波発生用電極６０２は、図６に示されるような直線状の電極である例に限らず、他の形状、例えば、非対称コプレナウェーブガイド形状の電極であってもよい。

書き込みの際には、トランジスタＴをＯＮすることで、スピン波発生用電極６０２からＯＮ継続時間に応じたパルス磁場が発生する。このパルス磁場により、スピン波発生用電極６０２に接触している全てのスピン波線路１２３内にスピン波が励起され伝搬する。スピン波発生用電極６０２の材料としてＰｔ（白金）のようなスピン軌道相互作用の大きな金属を用いる場合には、通電によりスピンホール効果が生じ、電極６０２内に純スピン流が電流に垂直に生じる。この純スピン流がスピン波線路１２３にスピントランスファ効果を通じて磁化の歳差運動を誘起する。その結果、スピン波線路１２３内にスピン波が励起され伝搬する。このようにして励起されたスピン波からの振動磁場１２７とスピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とが重なる部分１３２にマイクロ波アシスト効果が現れ、記録媒体１２２内の媒体磁化に対して局所的に書き込みがなされる。トランジスタによって、何層目の記録媒体層１２１に含まれるスピン波線路１２３を動作させるかが選択され、スピントルク発振素子１１０によって、選択されたスピン波線路１２３のどの部分に書き込みを行うかが選択される。

以上のように、第４の実施形態に係る磁気記録装置では、磁性絶縁体で形成されているスピン波線路の一部に電極が設けられている。この電極に通電することにより、スピン波線路内にスピン波が励起される。それにより、スピン波線路から振動磁場を発生させることができる。スピン波線路が絶縁体で形成されているため、記録媒体とスピン波線路を電気的に分離するための絶縁体が必ずしも必要ではなくなり、記録媒体層の層構造を単純化することが可能となる。

（第５の実施形態）
第５及び第６の実施形態では、書き込み磁場を発生する書き込み磁場源について説明する。第５の実施形態では、スピン波線路が振動磁場源と書き込み磁場源とを兼ねる例について説明する。
図７は、第５の実施形態の第１例に係る磁気記録装置７００を概略的に示している。図７に示す磁気記録装置７００は第２の実施形態で説明した磁気記録装置３００（図３）と同様の構成を有するので、第２の実施形態の説明と重複する説明を適宜省略する。

磁気記録装置７００のスピン波線路１２３は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びこれらの少なくとも１つを含む合金などの金属強磁性体で形成されている。各スピン波線路１２３に直流電流Ｉを通電した場合には、ビオサバールの法則に従った電流磁場７０１がスピン波線路１２３の周囲に生じる。生じた電流磁場７０１は記録媒体１２２に作用する。磁気記録装置７００では、電流磁場７０１を書き込み磁場（図１などに示される書き込み磁場１３０）として利用する。電流磁場７０１の向きは、直流電流Ｉの向きによって制御することができる。

書き込みの際には、あるスピン波線路１２３のトランジスタをＯＮにする。図７はトランジスタＴ１をＯＮにした状態を示している。これにより、このスピン波線路１２３のスピントルク発振素子部３０１に直流電流Ｉが通電し、前述したようにスピン波線路１２３内にスピン波が励起される。さらに、直流電流Ｉは電流磁場７０１を生成し、この電流磁場７０１は書き込み磁場として記録媒体１２２に作用する。すなわち、記録媒体１２２には、スピン波線路１２３からの振動磁場１２７及び電流磁場７０１が作用する。この状態で、スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７が記録媒体１２２に作用すると、振動磁場１１７及び１２７が重なる部分１３２が生じ、この部分１３２に局所的にマイクロ波アシスト効果が現れ、記録媒体１２２内の記録ビットに情報が書き込まれる。

図８は、第５の実施形態の第２例に係る磁気記録装置８００を概略的に示している。図８において、図５に示した符号と同様の符号を同一部分、同一箇所に付してその説明を省略する。

図８に示す磁気記録装置８００では、スピン波線路１２３の端部には、電流Ｉを通電するための電源及びスイッチが設けられている。電流Ｉの大きさはスピン波線路ドライバ／シンカー８０２によって制御される。ドライバ／シンカー８０２は記録制御部の一部として機能する。トランジスタ（例えばトランジスタＴ１）をＯＮにすることにより、対応するスピン波線路１２３に電流Ｉが流れ、ビオサバールの法則に従った電流磁場８０１がスピン波線路１２３の周囲に生じる。この電流磁場８０１は、記録媒体１２２に作用する。磁気記録装置８００では、電流磁場８０１を書き込み磁場として利用する。

書き込みの際には、スピントルク発振素子１１０及びスピン波線路１２３を動作させるとともに、対象記録ビットに対応するスピン波線路１２３のトランジスタ（例えばトランジスタＴ１）を動作させ、すなわち、ＯＮにする。これにより、記録媒体１２２の一部分１３２に、スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７と、スピン波線路１２３からの振動磁場１２７と、書き込み磁場としての電流磁場７０１が同時に作用し、この部分１３２に位置する記録ビットに局所的にマイクロ波アシスト記録がなされる。

以上のように、第５の実施形態に係る磁気記録装置では、スピン波線路に電流を通電し、それにより発生する電流磁場を書き込み磁場として利用することができる。そのため、書き込み磁場源を別途設ける必要がなくなる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、書き込み磁場源が個別の要素として用意される例について説明する。
図９は、第６の実施形態に係る磁気記録装置９００を概略的に示している。磁気記録装置９００は、図９に示すように、スピントルク発振素子１１０、記録媒体ユニット１２０、書き込み磁場源としての極性可変マグネット９０１、及びマグネット９０１の極性を制御するコントローラ９０２を備える。コントローラ９０２は記録制御部の一部として機能する。記録媒体ユニット１２０は１以上の記録媒体層１２１を備え、各記録媒体層１２１は記録媒体１２２及びこの記録媒体１２２の下面に対向して配置されている複数のスピン波配線１２３を含む。スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体は、マグネット９０１が発生する磁場９０３下に設置されている。すなわち、マグネット９０１からの磁場９０３は記録媒体１２２の全体に作用する。磁場９０３は書き込み磁場として利用される。

コントローラ９０２は、マグネット９０１が書き込む情報に応じた向きの磁場９０３を発生するように、マグネット９０１の極性を制御する。本実施形態の記録媒体１２２は垂直磁気記録媒体である。媒体磁化を下向きから上向きに反転させる（例えば、情報“０”を書き込む）場合、コントローラ９０２は、磁場９０３の向きが上向きになるように、マグネット９０１の極性を制御する。これとは逆に、媒体磁化を上向きから下向きに反転させる（例えば、情報“１”を書き込む）場合、コントローラ９０２は、磁場９０３の向きが下向きになるように、マグネット９０１の極性を制御する。コントローラ９０２の動作は、スピントルク発振素子１１０を動作させるためのドライバ（例えば、図１のスピントルク発振素子ドライバ１４０）及びスピン波線路１２３を動作させるためのドライバ（例えば、図３のスピン波線路ドライバ／シンカー３０３）と同期がとられている。

磁気記録装置９００では、記録媒体１２２（例えば記録媒体１２２Ｂ）に情報を書き込む場合、マグネット９０１で発生する磁場９０３を印加しつつ、スピントルク発振素子１１０及び対応するスピン波線路１２３（例えばスピン波線路１２３Ｂ）を動作させる。スピントルク発振素子１１０を動作させると、スピントルク発振素子１１０の近傍に振動磁場１１７が発生する。スピン波線路１２３Ｂを動作させると、スピン波線路１２３Ｂの近傍に振動磁場１２７が発生する。記録媒体１２２において、振動磁場１１７と振動磁場１２７とが重なる部分１３２に位置する媒体磁化に対してマイクロ波アシスト記録技術が適用される。振動磁場１１７と振動磁場１２７とが重なる部分１３２では、それ以外の部分に比べて強い振動磁場が印加され、磁場９０３による媒体磁化の反転がこれらの振動磁場１１７及び１２７によってアシストされる。

なお、マグネット９０１からの磁場９０３が記録媒体１２２に対して大域的に作用するという点を利用して、マグネット９０１からの磁場９０３を記録の大域的消去に使用する設計も可能である。この場合、マグネット９０１から発せられる磁場９０３の大きさとして、レベル１及びレベル２という２つのレベルを用意する。ここで、レベル１は磁場９０３を書き込み磁場として使用する場合の磁場の大きさを示し、レベル２は磁場９０３を大域的消去に使用する場合の磁場の大きさを示し、レベル１はレベル２より小さい。すなわち、レベル１の磁場の大きさは、マイクロ波アシスト効果がないと記録媒体１２２内の媒体磁化の反転が生じないような磁場の大きさであり、レベル２の磁場の大きさは、マイクロ波アシスト効果がなくとも記録媒体１２２内の媒体磁化の反転が生じるような磁場の大きさである。

次に、図９に示した極性可変マグネット９０１についての具体例を説明する。
図１０は、第６の実施形態の第１例に係る磁気記録装置１０００を概略的に示している。磁気記録装置１０００は、図１０に示すように、スピントルク発振素子１１０、記録媒体ユニット１２０、マルチフェロイクス物質膜１００１、一対の電場発生膜１００２、軟磁性体膜１００３、及び電場コントローラ１００４を備える。第１例では、マルチフェロイクス物質膜１００１、一対の電場発生膜１００２、及び軟磁性体膜１００３によって極性可変マグネットが実現される。

マルチフェロイクス物質膜１００１は一対の電場発生膜１００２間に設けられ、一対の電場発生膜１００２はマルチフェロイクス物質膜１００１に印加する電場を発生する。電場コントローラ１００４は、マルチフェロイクス物質膜１００１に印加する電場を制御する。スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体は、マルチフェロイクス物質膜１００１と軟磁性体膜１００３との間に配置されている。

マルチフェロイクス物質は、強磁性と強誘電性を併せ持つ物質である。例えば、絶縁性酸化物磁石であるジスプロシウム・テルビウム・フェライトは電場を印加することで磁石の極性を変化することができることが知られている。マルチフェロイクス物質膜１００１は、このようなマルチフェロイクス物質で形成されている。マルチフェロイクス物質膜１００１に電場を印加すると、マルチフェロイクス物質膜１００１の磁気モーメントＭが変化する。軟磁性体膜１００３は、パーマロイのような透磁率の大きな材料で形成され、ＨＤＤの垂直磁気記録方式で採用されているＳＵＬ（soft magnetic under layer）と同様の機能を果たす。ここでは、軟磁性体膜１００３は、マルチフェロイクス物質膜１００１の磁気モーメントＭによる磁力線を強く引き込むように機能し、それにより、スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体に磁場１００５が印加されやすくなる。

図１０の例では、記録媒体１２２は垂直磁気記録媒体である。媒体磁化を下向きから上向きに反転させる場合、マルチフェロイクス物質膜１００１の磁気モーメントＭが上向き（従って、磁気モーメントＭによる磁場１００５が上向き）になるように、電場コントローラ１００４は電場発生膜１００２が発生する電場を制御する。また、媒体磁化を上向きから下向きに反転させる場合、マルチフェロイクス物質膜１００１の磁気モーメントＭが下向き（従って、磁気モーメントＭによる磁場１００５が下向き）になるように、電場コントローラ１００４は電場発生膜１００２が発生する電場を制御する。電場コントローラ１００４の動作は、スピントルク発振素子１１０を動作させるためのドライバ及びスピン波線路１２３を動作させるためのドライバと同期がとられている。

図１１は、本実施形態の第２例に係る磁気記録装置１１００を概略的に示している。磁気記録装置１１００は、図１１に示すように、スピントルク発振素子１１０、記録媒体ユニット１２０、複数の磁性粒子１１０１が媒質中を流動するパッケージ１１０４、一対の電極１１０３、及び電場コントローラ１１０２を備える。第２例では、複数の磁性粒子１１０１が媒質中を流動するパッケージ１１０４及び一対の電極１１０３によって極性可変マグネットが実現される。

スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体はパッケージ１１０４間に配置されている。電場コントローラ１１０２は、一対の電極１１０３に印加する電圧を制御する。一対の電極１１０３は、平行平板コンデンサとして機能し、電極１１０３間に挟まれた空間に電場を印加する。磁性粒子１１０１は、磁気モーメントＭ及び電気分極Ｐを有し、一対の電極１１０３からの電場の向きに従って流動する。それにより、複数の磁性粒子１１０１の磁気モーメントの向きが揃えられ、磁気モーメントの向きが揃った複数の磁性粒子１１０１から発生した磁場１００５がスピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体に作用する。磁場１００５の向きは、電極１１０３が発生する電場の向きによって変更することができる。

電場コントローラ１１０２の動作は、スピントルク発振素子１１０を動作させるためのドライバ及びスピン波線路１２３を動作させるためのドライバと同期がとられている。それにより、書き込みの際に、マイクロ波アシスト効果が記録媒体１２２に局所的に作用する。
図１２は、第６の実施形態の第３例に係る磁気記録装置１２００を概略的に示している。磁気記録装置１２００は、図１２に示すように、スピントルク発振素子１１０、記録媒体ユニット１２０、及び一対の半円筒マグネット１２０１を備える。第３例では、一対の半円筒マグネット１２０１によって極性可変マグネットが実現される。

半円筒マグネット１２０１は、図示しない回転機構によって図１２に示す矢印Ｒの方向に回転される。この回転機構は図示しない回転ドライバによって駆動される。半円筒マグネット１２０１の回転によって、スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体に作用する磁場１２０２の向きが変更される。

図１２の例では記録媒体１２２は垂直磁気記録媒体である。媒体磁化を上向きから下向きに反転させる場合、書き込みが行われるタイミングで、半円筒マグネット１２０１の配置が図１２に示すように書き込み磁場１２０２が下向きになる配置となるように回転ドライバを動作させる。媒体磁化を下向きから上向きに反転させる場合、書き込みが行われるタイミングで、書き込み磁場１２０２が上向きに作用するように、半円筒マグネット１２０１が図１２に示す配置から１８０°回転させた配置となるように回転ドライバを動作させる。

回転ドライバの動作は、スピントルク発振素子１１０を動作させるためのドライバ及びスピン波線路１２３を動作させるためのドライバと同期がとられている。それにより、書き込みの際に、マイクロ波アシスト効果が記録媒体１２２に局所的に作用する。

以上のように、第６の実施形態に係る磁気記録装置は、書き込み磁場源として極性可変マグネットを備え、極性可変マグネットからの磁場下にスピントルク発振素子及び記録媒体ユニットを含む構造体が配置されている。これにより、書き込み磁場を記録媒体に印加することができる。

なお、書き込み磁場源が個別の要素として用意される例は、図９〜１２を参照して上述した形態に限定されない。いわゆるスピントルク発振素子を用いたＨＤＤマイクロ波アシスト記録技術において開発されているような記録ヘッドも書き込み磁場源として当然用いることができる。

図１３は、マイクロ波アシスト記録技術を利用する磁気記録装置に搭載される記録ヘッド１３００を概略的に示している。記録ヘッド１３００は、図１３に示すように、主磁極１３０１、還流磁極１３０２、及び主磁極１３０１に併置されたスピントルク発振素子１１０を備える。記録ヘッド１３００は、記録媒体ユニット１２０に対向して設置される。主磁極１３０１は、記録媒体ユニット１２０に対し書き込み磁場を発生する。還流磁極１３０２は、記録媒体ユニット１２０から還流する書き込み磁場を主磁極１３０１に還流させる。

スピントルク発振素子１１０は、第１磁性層１１１、スペーサ層１１２、及び第２磁性層１１３を含む磁性多層膜１１５、並びに、磁性多層膜１１５に電流を通電するための１対の電極１３１１、１３１２を含む。上述したように、電極１３１１、１３１２を介して磁性多層膜１１５に所定の直流電流を通電することにより、スピントルク発振素子１１０は振動磁場を発生する。スピントルク発振素子１１０は、主磁極１３０１と還流磁極１３０２との間に設けられる。図１３の例では、スピントルク発振素子１１０は、磁性多層膜１１５の膜面が主磁極１３０１から還流磁極１３０２に向かう方向に対して垂直となるように、配置されている。

主磁極１３０１の一部と還流磁極１３０２の一部とは磁気的に接合されている。主磁極１３０１と還流磁極１３０２との磁気的接合部の近傍にはコイル１３０３が形成されており、コイル１３０３に電流Ｉ_Ｒを流すことで、主磁極１３０１から書き込み磁場が発生する。このように、書き込み磁場源は、記録ヘッドに搭載される形態で実施されてもよい。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、振動磁場源としてのスピントルク発振素子が複数設けられる例について説明する。
図１４は、第７の実施形態に係る磁気記録装置１４００を概略的に示している。磁気記録装置１４００は、図１４に示すように、複数のスピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を備え、複数のスピントルク発振素子１１０は記録媒体ユニット１２０に対向してアレイ状に配置されている。記録媒体ユニット１２０は、積層された１以上の記録媒体層１２１を含む。記録媒体層１２１の各々では、複数のスピン波線路１２３が記録媒体１２２の下面に対向して並列に配置されている。図１４の例では、記録媒体ユニット１２０は４つの記録媒体層１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄを含む。記録媒体層１２１Ａは記録媒体１２２Ａ及びスピン波線路１２３Ａ−Ｗ１〜Ｗ３を含み、記録媒体層１２１Ｂは記録媒体１２２Ｂ及びスピン波線路１２３Ｂ−Ｗ１〜Ｗ３を含み、記録媒体層１２１Ｃは記録媒体１２２Ｃ及びスピン波線路１２３Ｃ−Ｗ１〜Ｗ３を含み、記録媒体層１２１Ｄは記録媒体１２２Ｄ及びスピン波線路１２３Ｄ−Ｗ１〜Ｗ３を含む。

各スピントルク発振素子１１０は、第１磁性層１１１、スペーサ層１１２、及び第２磁性層１１３により形成されている。第１磁性層１１１は、スピントルク発振素子１１０それぞれに固有のものであってもよく、スピントルク発振素子１１０によって共有されるものであってもよい。スピントルク発振素子の形状は、前者の場合にはピラー型と呼ばれるものに相当し、後者の場合にはハーフパターンド型と呼ばれるものに相当する。図１４の例では、第１磁性層１１１は複数のスピントルク発振素子１１０に共有されている。

図１４の例では、１５個のスピントルク発振素子１１０が３行５列で配置されている。この場合、行方向に延在する３つの電極１１９（例えば電極１１９−Ｗ１〜Ｗ３）が設けられ、行方向に垂直な列方向に延在する５つの電極１１８（例えば電極１１８−Ｂ１〜Ｂ５）が設けられ、電極１１８と電極１１９との間にスピントルク発振素子１１０が配置されている。電極１１９−Ｗ１〜Ｗ３はワード線Ｗ１〜Ｗ３を介してワード線ドライバ／シンカー１４０２に接続されている。電極１１８−Ｂ１〜Ｂ３はビット線Ｂ１〜Ｂ３を介してビット線ドライバ／シンカー１４０１に接続されている。ドライバ／シンカー１４０１及び１４０２は各スピントルク発振素子１１０に流す電流を制御する。ドライバ／シンカー１４０１及び１４０２は記録制御部の一部として機能する。ここでは、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）技術で用いられる用語に倣って「ワード」、「ビット」という用語をラベルの目的で使用している。

１つのスピントルク発振素子１１０を動作させる場合、このスピントルク発振素子に対応する１つのビット線及び１つのワード線を選択し、選択したビット線及びワード線を通じてスピントルク発振素子に電流を流す。図１４は、ビット線Ｂ４及びワード線Ｗ１を通じてスピントルク発振素子１１０に電流を流した例を示している。この例では、ビット線Ｂ４、電極１１８−Ｂ４、第１磁性層１１１、スペーサ層１１２、第２磁性層１１３、電極１１９−Ｗ１、ワード線Ｗ１の経路で電流が流れる。通電により第１磁性層１１１が発振すると、スピントルク発振素子１１０から記録媒体１２２に対して振動磁場１１７が照射される。書き込みの際には、スピントルク発振素子１１０とともにスピン波線路１２３（例えばスピン波線路１２３Ｂ−Ｗ１）を動作させる。それにより、スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７とスピン波線路１２３からの振動磁場１２７とが重なる部分１３２に位置する媒体磁化が書き込み磁場１３０によって反転される。

本実施形態においてスピン波線路１２３を動作させる方法としては、第２、第３、及び第４の実施形態において説明した方法と同様の方法を用いることができる。以下に、スピン波線路１２３を動作させる方法例を簡単に説明する。詳細な説明は第２、第３、及び第４の実施形態の記載を参照されたい。

一例では、図３に示されるように、スピン波線路１２３それぞれの一部にスピン波発生用スピントルク発振素子部３０１が設けられる。この場合、スピン波線路１２３は金属強磁性体で形成される。スピン波線路１２３及びスピン波発生用スピントルク発振素子部３０１に直流電流を通電することでスピン波線路１２３にスピン波が発生し、それにより、スピン波線路１２３から振動磁場１２７が発生する。スピン波発生用スピントルク発生素子部３０１の構成は、図４Ａ及び図４Ｂに示した構造とすることができる。

他の例では、図５に示されるように、記録媒体層１２１の各々において、スピン波線路１２３の一部に絶縁層５０３を介してスピン波発生用線路５０２が設けられる。この場合、スピン波線路１２３は金属強磁性体で形成される。スピン波発生用線路５０２に電流を通電することで、スピン波発生用線路５０２から通電時間に応じたパルス磁場が発生し、そのパルス磁場によりスピン波発生用線路５０２に絶縁層５０３を介して接続されている全てのスピン波線路１２３にスピン波が励起される。その結果、スピン波線路１２３から振動磁場１２７が発生する。

さらに他の例では、図６に示されるように、記録媒体層１２１の各々において、スピン波線路１２３の一部にスピン波発生用電極６０２が設けられる。この場合、スピン波線路１２３は磁性絶縁体で形成される。スピン波発生用電極６０２に電流を通電することでスピン波発生用電極６０２から通電時間に応じたパルス磁場が発生し、そのパルス磁場によりスピン波発生用電極６０２に接続されている全てのスピン波線路１２３にスピン波が励起される。その結果、スピン波線路１２３から振動磁場１２７が発生する。

また、書き込み磁場１３０を印加する方法は、第５及び第６の実施形態において説明した方法と同様の方法を用いることができる。以下に、書き込み磁場１３０を印加する方法を簡単に説明する。詳細な説明は第５及び第６の実施形態の記載を参照されたい。

一例では、スピン波線路１２３が書き込み磁場源として機能する。この場合、スピン波線路１２３は金属強磁性体で形成される。スピン波線路１２３に直流電流を通電した場合、ビオサバールの法則に従った電流磁場がそのスピン波線路１２３の周囲に生じる。この電流磁場が書き込み磁場として利用される。電流磁場の向きは、直流電流の向きによって制御することができる。

他の例では、図９に示されるように、書き込み磁場源は極性可変マグネット９０１により実現される。この場合、スピントルク発振素子１１０及び記録媒体ユニット１２０を含む構造体は、マグネット９０１が発生する磁場下に設置される。この場合、マグネット９０１からの磁場は記録媒体１２２の全体に作用する。マグネット９０１からの磁場が書き込み磁場として利用される。

さらに他の例では、書き込み磁場源は、図１３に示されるように、スピントルク発振素子を用いたＨＤＤマイクロ波アシスト記録技術に係る記録ヘッドに搭載される主磁極１３０１により実現される。記録ヘッドでは、主磁極１３０１は、スピントルク発振素子１１０に併置される。

本実施形態においては、スピン波線路１２３の選択によって、何層目の記録媒体に書き込みを行うかが決定され、ワード線及びビット線の選択によって、記録媒体のどの位置に書き込みを行うのかが決定される。本実施形態では、スピントルク発振素子を複数設けることにより、従来型のＨＤＤにおけるアクチュエータのような可動部分が必要なくなり、耐衝撃性の高い、ソリッドステート型の磁気記録装置となる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態では、記録媒体から情報を再生する方法について具体例を挙げて説明する。
図１５を参照して第１の再生方法を説明する。第１の再生方法は、磁気共鳴現象を利用するものであり、スピントルク発振素子１１０を磁気センサとして用いて、記録媒体１２２の記録ビット１５０１に記録されている磁気情報を読み取る。記録媒体１２２は記録媒体層１２１ごとに異なる磁気共鳴周波数を有する。例えば、記録媒体１２２Ａ内の記録ビット１５０１Ａの磁化は磁気共鳴周波数ｆ_Ａを有し、記録媒体１２２Ｂ内の記録ビット１５０１Ｂの磁化は磁気共鳴周波数ｆ_Ｂを有し、記録媒体１２２Ｃ内の記録ビット１５０１Ｃの磁化は磁気共鳴周波数ｆ_Ｃを有する。一例では、磁気共鳴周波数は、スピントルク発振素子１１０に近い記録媒体１２２ほど小さくなるように設定される。すなわち、ｆ_Ａ＜ｆ_Ｂ＜ｆ_Ｃである。

ここでは、図１５に示すように、記録媒体１２２Ｂの記録ビット１５０１Ｂに記録されている磁気情報を読み取る場合について説明する。磁気情報の再生の際には、スピントルク発振素子１１０に電流を流し、第１磁性層１１１の磁化１１４を発振させる。記録ビット１５０１Ｂの情報を再生する場合、スピントルク発振素子１１０が発生する振動磁場１１７の周波数をｆ_Ｂにするために、スピントルク発振素子１１０の発振周波数をｆ_Ｂに設定する。スピントルク発振素子１１０の発振周波数は、例えば電流の大きさによって制御する。スピントルク発振素子１１０の発振周波数の設定により、何層目の記録媒体１２２に記録されている情報を再生するかが選択される。

スピントルク発振素子１１０から周波数ｆ_Ｂの振動磁場１１７が照射されると、記録ビット１５０１Ｂの磁化が共鳴励起する。これにより、スピントルク発振素子１１０から記録ビット１５０１Ｂに対してエネルギーが一部転送される。具体的には、磁気共鳴時には、記録ビット１５０１Ｂの磁化は振動磁場１１７のエネルギーを吸収し、スピントルク発振素子１１０は記録ビット１５０１Ｂの共鳴吸収によりエネルギーを損失する。その結果、スピントルク発振素子１１０の発振振幅（出力電圧）が変化する。この発振振幅の変化を検出することにより、磁気情報の再生が行われる。スピントルク発振素子１１０からの振動磁場１１７は偏向を有しているため、記録ビット１５０１Ｂに記録されている情報が“０”であるか“１”であるかに応じて共鳴励起の大きさが異なる。記録ビット１５０１Ｂの磁化の向きが違うと、その磁化にとっての偏向は程度の差はあれ、一般に異なるためである。ビットの“０”、“１”に応じた共鳴励起の大きさの違いは、スピントルク発振素子１１０の発振振幅の変化となって現れる。その変化を検出することで、“０”であるか“１”であるかが再生される。

なお、媒体磁化の向きの違いによる共鳴吸収の大きさの違いを大きくするために、第５及び第６の実施形態において説明した書き込み磁場源を動作させて、再生の際に、ビットの磁気共鳴周波数をずらすための磁場を記録媒体ユニット１２０に印加してもよい。例えば、大きさＨの上向き磁場下においては、上向き媒体磁化の共鳴周波数と下向き媒体磁化の共鳴周波数には、単純には、（γ／２π）×２Ｈだけの周波数の違いが現れる。ここで、γは磁気回転比である。周波数の違いが大きいほど、ビットの“０”、“１”を区別しやくすなり、再生時のＳＮ比が大きくなる。このビットの磁気共鳴周波数をずらす方法をうまく活かすには、各記録媒体１２２の各ビットの磁場下での磁気共鳴周波数の干渉を避けるために、記録媒体層１２１間に有意な漏れ磁場が作用していないことが望ましい。例えば、媒体膜１２２を[CoPt]_n/Ru/[CoPt]_mのような反強磁性結合膜として、２つの強磁性層（[CoPt]_n,m）からの漏れ磁場が打ち消しあうようにすることで、有意な漏れ磁場が記録媒体層１２１間に作用しないようにすることができる。或いは、記録媒体材料の材料固有の磁気共鳴周波数を考慮して、干渉を避けることができるような適切な大きさの磁場を設定することが望ましい。

次に、図１６を参照して第２の再生方法を説明する。第２の再生方法は、スピントルク発振素子１１０を用いて記録媒体１２２からの漏れ磁場１６０２を検出することで、磁気情報を読み取る。
スピントルク発振素子１１０には、記録媒体ユニット１２０内の記録媒体１２２からの漏れ磁場１６０２が作用する。漏れ磁場１６０２は、スピントルク発振素子１１０の直下に位置する記録ビット１６０１Ａ、１６０１Ｂ、１６０１Ｃからの磁場を主に含む。記録ビット１６０１Ａ、１６０１Ｂ、１６０１Ｃはそれぞれ記録媒体１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃの記録ビットである。漏れ磁場１５０２の大きさは、記録ビット１６０１Ａ、１６０１Ｂ、及び１６０１Ｃの磁化の向きの組み合わせに応じて異なる。図１５の例では、記録ビット１６０１Ａ、１６０１Ｂ、１６０１Ｃの磁化の向きはそれぞれ、下向き、上向き、上向きである。記録媒体層１２１の数をＮとすると、媒体磁化の向きの組み合わせは２^Ｎ通りになる。ここで、Ｎは自然数である。

スピントルク発振素子１１０を動作させると、第１磁性層１１１の磁化と第２磁性層１１３の磁化との間の磁気抵抗効果により、磁性多層膜１１５に電流を流すための一対の電極間に高周波電圧が発生する。高周波電圧の周波数は、スピントルク発振素子１１０の発振周波数（数ＧＨｚから数十ＧＨｚ）に対応する。この高周波電圧は、発振出力として出力される。発振出力は、振幅及び位相で特徴づけられる。発振出力は、スピントルク発振素子１１０が存在する磁場環境に応じて変化する。すなわち、発振出力は、記録媒体ユニット１２０からの漏れ磁場１６０２の大きさにも依存する。従って、発振出力（振幅及び位相の少なくとも一方）を検出することで、漏れ磁場１６０２の大きさを測定することができる。所望の記録ビット（例えば記録ビット１６０１Ｃ）の磁化の向きは、測定された漏れ磁場１６０２の大きさに基づいて特定することができる。それにより、所望の記録ビットに記録されている情報を再生することができる。記録媒体層１２１の数をＮとすると、発振出力を区別するレベルを２^Ｎ段にする場合、単純には、記録媒体ユニット１２０の記録資源を最も有効に利用することができる。

図１６を参照して第３の再生方法を説明する。第３の再生方法は、第２の再生方法と同様に、スピントルク発振素子１１０を用いて記録媒体１２２からの漏れ磁場１６０２を検出することで、磁気情報を読み取る。第３の再生方法は、スピントルク発振素子１１０を磁気抵抗効果素子として機能させる点で第２の再生方法と異なる。

第３の再生方法では、スピントルク発振素子１１０を発振させるための閾値電流密度以下の電流密度を有する電流をスピントルク発振素子１１０に通電する。この場合、スピントルク発振素子１１０の動作は、ＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子と同一である。スピントルク発振素子１１０の抵抗は、記録媒体１２２からの漏れ磁場１６０２に応じて変化する。従って、スピントルク発振素子１１０の磁気抵抗効果素子としての抵抗変化を検出することで、記録媒体１２２からの漏れ磁場１６０２を測定することができる。所望の記録ビット（例えば記録ビット１６０１Ｃ）の磁化の向きは、測定された漏れ磁場１６０２の大きさに基づいて特定することができる。それにより、所望の記録ビットに記録されている情報を再生することができる。記録媒体層１２１の数をＮとすると、抵抗値を区別するレベルを２^Ｎ段にする場合、単純には、記録媒体ユニット１２０の記録資源を最も有効に利用することができる。

以上のように、第８の実施形態によれば、書き込み時にアシスト源として使用されるスピントルク発振素子を磁気情報の再生に利用することもできる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態に係る磁気記録装置によれば、スピントルク発振素子１１０及びスピン波線路１２３という２種類の振動磁場源を設けることにより、マイクロ波アシスト効果が得られるような強い振動磁場を所望の媒体磁化に印加することができる。

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。

１００…磁気記録装置、１１０…スピントルク発振素子、１１１…第１磁性層、１１２…スペーサ層、１１３…第２磁性層、１１４…磁化、１１５…磁性多層膜、１１７…振動磁場、１１８，１１９…電極、１２０…記録媒体ユニット、１２１…記録媒体層、１２２…記録媒体、１２３…スピン波配線、１２７…振動磁場、１３０…書き込み磁場、１４０…スピントルク発振素子ドライバ、３００…磁気記録装置、３０１…スピントルク発振素子部、３０２…伝送線路、３０３…スピン波線路ドライバ／シンカー、４００…磁気記録装置、４０１…ポーラライザ層、４０２…スペーサ層、４０３…発振層、４０４…振動磁場、５００…磁気記録装置、５０１…スピン波発生用線路ドライバ／シンカー、５０２…伝送線路、５０３…絶縁層、５０４…パルス磁場、６００…磁気記録装置、６０１…スピン波発生用電極ドライバ／シンカー、６０２…電極、７００…磁気記録装置、７０１…電流磁場、８００…磁気記録装置、８０１…電流磁場、８０２…スピン波線路ドライバ／シンカー、９００…磁気記録装置、９０１…極性可変マグネット、９０２…コントローラ、９０３…磁場、１０００…磁気記録装置、１００１…マルチフェロイクス物質膜、１００２…電場発生膜、１００３…軟磁性体膜、１００４…電場コントローラ、１１００…磁気記録装置、１１０１…磁性粒子、１１０２…電場コントローラ、１１０３…電極、１１０４…パッケージ、１１０５…電場、１２００…磁気記録装置、１２０１…半円筒マグネット、１２０２…磁場、１３００…記録ヘッド、１３０１…主磁極、１３０２…還流磁極、１３０３…コイル、１３１１，１３１２…電極、１４００…磁気記録装置、１４０１…ビット線ドライバ／シンカー、１４０２…ワード線ドライバ／シンカー、１５０１，１６０１…記録ビット、１６０２…漏れ磁場。

Claims (11)

1. 第１の振動磁場を発生するスピントルク発振素子と、
   記録媒体と、前記記録媒体に対向して設けられ、第２の振動磁場を発生する複数のスピン波線路と、を含む記録媒体層が１以上積層した記録媒体ユニットと、
   書き込み磁場を発生する書き込み磁場源と、
   情報を記録する対象となる前記記録媒体の媒体磁化を前記書き込み磁場によって選択的に反転させるために、前記第１の振動磁場と前記第２の振動磁場とを前記媒体磁化に同時に印加するように、前記スピントルク発振素子と前記複数のスピン波線路のうちの少なくとも１つのスピン波線路とを動作させる制御部と、
   を具備する磁気記録装置。
2. 前記複数のスピン波線路は金属強磁性体で形成され、スピン波を励起するスピントルク発振素子部が前記複数のスピン波線路それぞれの一部に設けられている、請求項１に記載の磁気記録装置。
3. 前記複数のスピン波線路は金属強磁性体で形成され、通電によって磁場を発生する伝送線路が前記複数のスピン波線路の一部に絶縁体を介して設けられている、請求項１に記載の磁気記録装置。
4. 前記複数のスピン波線路は磁性絶縁体で形成され、通電によって磁場を発生する電極が前記複数のスピン波線路の一部に設けられている、請求項１に記載の磁気記録装置。
5. 前記書き込み磁場源は、前記複数のスピン波線路を含み、前記書き込み磁場は、スピン波線路に電流を流すことにより発生する電流磁場である、請求項２又は３に記載の磁気記録装置。
6. 前記書き込み磁場源は、極性可変マグネットを含み、前記スピントルク発振素子及び前記記録媒体ユニットを含む構造体が前記書き込み磁場下に設置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気記録装置。
7. 前記書き込み磁場源は、前記スピントルク発振素子に併置され、前記書き込み磁場を発生する主磁極を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気記録装置。
8. 前記スピントルク発振素子は複数であり、複数の前記スピントルク発振素子は、前記記録媒体ユニットに対向してアレイ状に配置されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気記録装置。
9. 前記記録媒体は前記記録媒体層ごとに異なる磁気共鳴周波数を有し、前記記録媒体ユニットに記録されている情報は、前記第１の振動磁場によって記録媒体を選択的に共鳴させることにより再生される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気記録装置。
10. 前記記録媒体ユニットに記録されている情報は、前記スピントルク発振素子を発振させた状態で、前記記録媒体からの漏れ磁場を前記スピントルク発振素子で検出することによって、再生される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気記録装置。
11. 前記記録媒体ユニットに記録されている情報は、前記スピントルク発振素子を発振させずに磁気抵抗効果素子として使用して、前記記録媒体からの漏れ磁場を前記スピントルク発振素子で検出することによって、再生される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気記録装置。

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