JP5677248B2 - 磁気媒体および磁気記録再生方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る磁気媒体について図1を参照して説明する。図1(a)は、磁気媒体の一例(断面図)を示し、図1(b)は、記録層の一例(断面図)を示す。
記録層101は、磁性体により形成され、磁化の向きを変化させることにより1ビットの情報を記録することができる。
中間層102は、2つの記録層101の間に積層され、記録層101同士を磁気的に隔離する。中間層102は、複数の記録層101の層間に磁気交換結合をもたらさない材料であればよく、例えば、Cuを用いればよい。なお、図1(a)では、記録層101と中間層102とが交互に積層され、記録層101を3層有する磁気媒体100の一例を示すが、これに限らず、磁気媒体100は、同様の積層構造であれば記録層101をさらに複数積層してもよい。
第1磁性層103は、情報の記録安定性を保つため磁気異方性の大きい材料で形成され、例えば、CoCr系合金、FePt系合金、またはCoPt合金といった硬磁性材料により形成される。第1磁性層103は、記録された情報を保持する。なお、KuV/kBTの値が60以上であれば、上述した合金以外の他の材料を用いてもよい。
第2磁性層104は、第1磁性層103に用いる材料と比較して、磁気異方性の小さい材料で形成され、例えば、NiFe系またはCoFe系といった軟磁性材料を用いる。第2磁性層104は、第1磁性層103の漏れ磁界を打ち消すための層である。
この磁気交換結合により、第1磁性層103の磁化と第2磁性層104の磁化とが互いに反対方向(反平行)を向いて強く結合する(以下、反平行結合と呼ぶ)。第1磁性層103と第2磁性層104とが反平行結合することにより、第1磁性層103の漏れ磁界を打ち消すことができる。なお、第1磁性層103の磁化と第2磁性層104との磁化とが反平行に配置される必要があるため、第2磁性層104の保磁力は、第1磁性層103と第2磁性層との間の反平行結合磁界よりも小さくなるように設計される。反平行結合磁界は、第1磁性層103と第2磁性層104とが反平行結合する際の磁界の強さを示す。
次に、磁気媒体100の利用例について図2に示す。
図2に示すように、例えばHDD(Hard Disk Drive)のような円盤形状の多層ディスク200として、本実施形態に係る磁気媒体100を用いる。ここで、記録層101を2層以上とする場合には、第1磁性層103および第2磁性層104の両方、または第1磁性層103の層の組成を変化させるなどの方法により、磁気異方性、飽和磁化などの磁気共鳴周波数に影響を与える特性を変化させ、各層の共鳴周波数を差別化する。共鳴周波数の差別化は、例えば多層ディスク200の上面から下面に向かって順次、各記録層101で異なるように磁気共鳴周波数を高く設定してもよいし、反対に上面から下面に向かって順次磁気共鳴周波数が低くなるように設定してもよい。
図3(a)に示すように、はじめに記録層101の磁化の向きに対して垂直方向に高周波磁界301を印加する。高周波磁界301は、書き込みを行なう記録層の磁気共鳴周波数と同一となるように設定する。ここでは、高周波磁界301の周波数を、書き込みを行いたい記録層101−2での第1磁性層103−2の磁気共鳴周波数(f4)と同一となるように設定する。高周波磁界301を印加すると、高周波磁界301の影響により磁気共鳴が発生し、第1磁性層103−2の磁化は才差運動を始める。
以上で、記録層101−2の磁化の反転処理が完了し、各記録層に対して同様の処理を行なうことで情報の書き込みを行なうことができる。このように、記録層101内の第1磁性層103と第2磁性層104との磁化の向きが互いに反平行となることで漏れ磁界が少なくなり、磁気共鳴周波数への影響を少なくすることができる。
情報を読み出したい記録層101−2に、記録層101−2中の磁性層103−2の磁化の向きに対して垂直方向に高周波磁界401を、磁性層103−2の磁化の向きに対して平行方向に再生磁界(H2)402をそれぞれ印加する。高周波磁界401の周波数は、読み出したい記録層101−2の磁性層103−2の磁化の向きに対して、平行方向の再生磁界(H2)402を印加したときの磁性層103−2の磁気共鳴周波数(f4’)と同一にする。なお、f4’は式(2)から求めることができる。
なお、第1磁性層103の磁気共鳴を利用して情報を再生する代わりに、第2磁性層104の磁気共鳴を利用して、情報を再生してもよい。各記録層の第2磁性層104の磁気共鳴周波数をそれぞれ差別化することにより、読み出したい記録層を選択することができる。
図5に示す積層構造500は、磁気媒体501、絶縁層502、磁化固定層503、上部電極504−1、下部電極504−2、および基板505を含む。基板505の上に、下部電極504−2、磁化固定層503、絶縁層502、磁気媒体501および上部電極504−1が順に積層される。さらに、磁気媒体501は、記録層506−1および506−2と、中間層507とで構成される。また、磁化固定層503は、IrMn/CoFe/Ru/CoFeB積層膜であり、IrMn層508、CoFe層509、Ru層510およびCoFeB層511で構成される。
図5の例では、記録層506−2の磁気共鳴周波数に対する、記録層506−1の漏れ磁界の影響を調べるために、絶縁層502と磁化固定層503と、上部電極504−1および下部電極504−2とが積層されている。
記録層506−1および記録層506−2は、それぞれ組成が異なるCo合金で形成される。中間層507は、Cuで形成される。記録層506−1および記録層506−2と中間層507の厚さはそれぞれ5nmである。
IrMn層508は、反強磁性体であり、IrMn層508とCoFe層509とが交換バイアス結合する。また、図5に示すように、CoFe層509とCoFeB層511とがRu層510を介して反平行結合している。これにより、磁化固定層503のCoFeB層511の磁化の向きは一定に保持されるとともに、磁化固定層503からの漏れ磁界の影響をなくすことができる。
また、CoFeB層511は、絶縁層502を介して記録層506−2と磁気トンネル接合を形成する。記録層506−2の磁気共鳴の測定は、トンネル磁気抵抗効果(TMR効果)を用いて、熱により励起された記録層506−2の磁化運動のノイズスペクトラムを測定することにより行なう。なお、磁化固定層503のCoFeB層511の磁化の向きはTMR効果の感度を高くする目的で、記録層506の磁化の向きと垂直にする(図5では紙面に垂直な方向)ことが望ましい。
記録層506−1と記録層506−2との磁化の向きを図5に示すように平行に配置した場合は、積層構造500のノイズスペクトラムをスペクトラアナライザで測定すると、図6に示されるようなスペクトラムが観察される。ピーク601の位置から、磁気共鳴周波数が約3.15 GHzであることが分かる。
磁化固定層503のCoFeB層511の磁化は、反強磁性層であるIrMn層508によって固定されているため、熱揺らぎを無視できる。また、記録層506−1と記録層506−2とは、中間層507を介して巨大磁気抵抗効果(GMR効果)素子を形成しているが、TMR効果と比較してGMR効果の抵抗変化は十分小さいため、観察されたピークは記録層506−2の熱揺らぎによる磁気共鳴信号であることが分かる。
記録層506−1と記録層506−2との磁化の向きを平行に配置した場合、記録層506−2に印加される記録層506−1からの漏れ磁界は、記録層506−2の磁化の向きと反平行であるのに対し、記録層506−1と記録層506−2との磁化の向きを反平行に配置した場合、記録層506−2に印加される記録層506−1からの漏れ磁界は、記録層506−2の磁化の向きと平行となる。この漏れ磁界の影響により、Kittel式から理解できるように、磁気媒体の磁気共鳴周波数が変化してしまう。
図7に示す積層構造700は、作製方法は図5に示した積層構造500と同様であり、構成についても積層構造500と同様の構成であるが、本実施形態に係る磁気媒体100を用いる点が異なる。すなわち図7の例では、反平行結合した第1磁性層103−1および第2磁性層104−1を含む記録層101−1、中間層102、および第1磁性層103−2および第2磁性層104−2を含む記録層101−2が順に積層される場合を想定する。また、第1磁性層103としてCo合金層を、第2磁性層104としてNiFe層をそれぞれ用いる。なお、Co合金層およびNiFe層の厚さはそれぞれ3nmである。
Claims (9)
- 磁気共鳴により、記録層に情報が記録され、該記録層から該情報が読み出される磁気媒体であって、該記録層は、
第1磁性体により形成され、磁化の方向に応じて前記情報が記録される第1磁性層と、
前記第1磁性体と磁気異方性が異なる第2磁性体により形成される第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、非磁性体で形成される非磁性層と、を具備し、
前記第1磁性層の磁化と前記第2磁性層の磁化とは、前記非磁性層を介した磁気の交換作用により、互いの磁化が反対方向を向いて結合することを示す反平行結合し、
前記第2磁性層の磁気異方性の度合いは、前記第1磁性層の磁気異方性の度合いよりも小さく、該第2磁性層の保磁力は、前記反平行結合の磁界よりも小さいことを特徴とする磁気媒体。 - 前記第1磁性層の第1磁気共鳴周波数と前記第2磁性層の第2磁気共鳴周波数とが互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の磁気媒体。
- 前記第1磁気共鳴周波数と同一の周波数を有する第1高周波磁界と、前記第1磁性層の保磁力よりも小さい磁界である書き込み磁界とが印加されることにより、該第1磁性層に情報が記録されることを特徴とする請求項2に記載の磁気媒体。
- 磁性層における磁化の反転が起きない強度の磁界である再生磁界と第2高周波磁界とが磁性層に印加され、該磁性層の磁化の方向と該再生磁界の方向とがなす相対角に応じて変化する磁気共鳴周波数に基づいて、該第1磁性層に記録された情報が再生されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の磁気媒体。
- 前記記録層が複数積層されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁気媒体。
- 複数の前記記録層はそれぞれ、前記第1磁性層の磁気共鳴周波数が異なることを特徴とする請求項5に記載の磁気媒体。
- 複数の前記記録層はそれぞれ、前記第2磁性層の磁気共鳴周波数が異なることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の磁気媒体。
- 請求項6に記載の磁気媒体に情報を記録し、該磁気媒体から該情報を再生する磁気記録再生方法であって、
前記情報を記録する場合は、複数の記録層のうち、該情報の記録を行なう第1記録層の第1磁性層に、磁気共鳴周波数と同一である第1高周波磁界と該第1記録層の第1磁性層の保磁力よりも小さい磁界である書き込み磁界とを印加して前記情報を記録し、
前記情報を再生する場合は、該情報の再生を行なう第1記録層の第1磁性層に、該第1磁性層と前記第1記録層の第2磁性層との磁化の反転が起きない強度の磁界である再生磁界と第2高周波磁界とを該第1磁性層に印加し、該第1磁性層の磁化の方向と該再生磁界の方向とがなす相対角に応じて変化する磁気共鳴周波数に基づいて、前記情報を再生することを特徴とする磁気記録再生方法。 - 請求項7に記載の磁気媒体から情報を再生する磁気記録再生方法であって、
該情報の再生を行なう第1記録層の第2磁性層に、該第2磁性層の磁化の反転が起きない強度の磁界である再生磁界と高周波磁界とを該第2磁性層に印加し、該第2磁性層の磁化の方向と該再生磁界の方向とがなす相対角に応じて変化する磁気共鳴周波数に基づいて、前記情報を再生することを特徴とする磁気記録再生方法。
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