JP5760064B2 - 情報記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁性記録媒体に対して高周波磁界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して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。
磁気記録においては、保磁力の大きな磁気記録媒体を使用できることが性能の目安の一つとなっているが、記録時に高周波磁界を磁気記録媒体に印加して記録領域の保磁力を一時的に弱め、その上でヘッド磁界により記録ビットを形成するというアイディアが古くからある。例えば、特開平７−２４４８０１号公報（特許文献１）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せしめる記録方法が開示されている。
記録密度の向上に伴い、そのような高周波磁界を併用した記録方式が「マイクロ波アシスト記録」という名称のもとに、近年再び着目されている。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、記録媒体の異方性磁界に比例する周波数の強い高周波磁界を用いないと、大きな磁化反転磁界の低減効果は得られない。
特開２００５−０２５８３１号公報（特許文献２）には、マイクロ波アシスト記録を意図した高周波発振素子として、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する構造の積層膜を電極で挟んだ構造の素子が開示されている。当該素子は、ＧＭＲ構造に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を、非磁性体を介して磁性体に注入することにより、微小な高周波振動磁界を発生させることができる。同様に、Nature 425,380(2003)（非特許文献１）には、スピントルクによるマイクロ波発振が報告されている。
TMRC2007-B7講演予稿に記載された「Microwave Assisted Magnetic Recording」（非特許文献２）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高速回転体（Field Generation Layer：以下、ＦＧＬと略）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。
特開平７−２４４８０１号公報 特開２００５−０２５８３１号公報
Nature 425, 380(2003) 「Microwave Assisted Magnetic Recording」：TMRC2007-B7講演予稿
近年、磁気記録において要求される記録密度は、１平方インチあたり１Ｔビットを超える程度になっており、マイクロ波アシスト記録でこの程度の記録密度を実現する場合には、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性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必要がある。
特許文献１，２あるいは非特許文献１に開示される技術では、発振する高周波磁界の周波数が低すぎる、あるいは磁界強度が弱すぎるという理由により、１Ｔビット／平方インチといった高い記録密度は実現困難である。
非特許文献２に開示された技術を用いれば、ある程度強い磁界を発生することは可能であるが、スピントルクにより磁化が回転する磁化回転体（ＦＧＬ）が主磁極からの漏れ磁界方向に固定されるため、実際には高周波発振が持続しないという欠点がある。また、主磁極からの漏れ磁界の影響を低減する工夫をしたとしても、スピン源の磁化方向が固定されている為、ＦＧＬに垂直に印加される主磁極磁界成分とＦＧＬに流入するスピントルクの向きとの関係が主磁極の極性に依存することになる。高周波磁界の強度を最大限得る為には、ＦＧＬ面内に磁化が一方向に揃って回転している必要があるが、非特許文献２に開示された技術を用いると、主磁極の極性によって最適な駆動電流値が異なる為、得られる高周波磁界の周波数が異なってしまい良好な書込みができないといった欠点もある。
これに対し、本発明の発明者らは、研究の結果、主磁極に設けた突起（リップ）部に隣接させてＦＧＬを構成する積層膜を配置した構成を取ることにより、主磁極から当該高周波磁界発生器への流入磁界が膜面に垂直となることを見いだした。
この構成では、主磁極又は対向磁極をスピン源として用いる為、主磁極の極性に応じて駆動電流の値を変える必要がなく、所望の周波数に応じて常に高周波磁界の強度を最大限得る為の設計が可能となった。主磁極又は対向磁極をスピン源とすることにより、主磁極極性の逆転に同期してＦＧＬに垂直に印加される主磁極磁界成分とＦＧＬに流入するスピントルクの向きとが同時に逆転するので、発振状態が主磁極の極性に依存しないことになる。したがって、ＦＧＬの駆動電流変えずに、用いる記録媒体に応じて決まる最適な高周波磁界周波数での発振が実現されることになる。
しかしながら、上記のようなリップ部を用いた構成の磁気ヘッドであったとしても、トラック幅が狭くなるにつれて、記録が困難になることが明らかとなった。ＦＧＬを用いたマイクロ波アシスト記録用ヘッドの場合、トラック幅に応じてＦＧＬの幅を狭小化する必要があるが、ＦＧＬの幅が狭くなるに従って、オーバライト特性の悪化あるいはジッターノイズの増大という問題が新たに発生することが判明した。特にＦＧＬの磁化の回転方向を主磁極の極性に応じて変わらないように駆動するとき、この問題は顕著となった。
本発明は、ＦＧＬにより発生する高周波磁界を併用して磁気記録を行う情報記録装置において、狭トラック化に伴い発生する上記問題点を解消し、高い記録再生性能を有する情報記録装置を実現することを目的とする。
上記の通り、高周波発生器としてＦＧＬを使用する情報記録装置の場合、狭トラック化のためには、ＦＧＬのトラック幅方向の長さを小さくする必要がある。トラック幅方向の長さが小さくなれば、ＦＧＬの側面から発生する磁界が記録磁界全体に対して及ぼす影響が無視できなくなる。
一方、本発明の発明者らがＦＧＬより発生する高周波磁界を解析したところ、磁界の大きさだけでなく、磁界の向きも時間と共に変化することが判明した。この磁界の向きの変動は、ＦＧＬの幅が高さ方向の長さに比べて大きいときはそれほど影響しないが、ＦＧＬの幅が狭くなると無視できなくなる。ＦＧＬの側面からの発生磁界の影響は、ＦＧＬのＡＢＳ面からの発生磁界と位相が９０度シフトしている為、記録媒体上において、ＦＧＬ磁化の回転に同期して磁界の向きが変わるという形で表れる。この際、記録媒体が感じる高周波磁界は、所望の磁化反転に寄与する成分（回転方向）と反転した磁化を再逆転させる成分（回転方向）とのバランスが崩れるようになる。
ＦＧＬの側面からの発生磁界の影響が無視できる場合には、記録媒体が感じる高周波磁界は回転しない（直線偏光）ので、所望の磁化反転に寄与する成分と反転した磁化逆転させる成分とが均衡している。ここで、主磁極からの書込み磁界が十分であれば、所望の磁化反転に偏らせることが可能となる。しかし、ＦＧＬの磁化の回転方向が一定の場合、両者のバランスが崩れた状態で磁化反転パターンを形成しようとすると、反転した磁化が再逆転する確率が高くなる。また、両者のバランスが均衡している状態でも、主磁極からの書込み磁界に比べて高周波磁界が強すぎれば、反転した磁化を再逆転させる作用が強くなる。
この結果、グラニュラー媒体などの連続媒体あるいはディスクリートトラック媒体（ＤＴＭ）に対しては記録ビットの磁化遷移幅（自ビットと隣接ビット間の境界幅）が広くなり、ビットパタン媒体（ＢＰＭ）に対してはパターンの磁化が反転できない確率が大きくなってしまうことが予想される。
本発明の発明者らは、磁界解析の結果、浮上面（ＡＢＳ面：磁気ヘッドの情報記録媒体に対する対向面）側からみて後退している部分（以下、後退部と称する）をＦＧＬのトラック幅方向端部に設けることにより、上記磁界の向きの変動及び側面からの磁界の影響を低減できることを見いだした。後退部の形状は、単純な段差形状であってもよいし、浮上面からテーパ状に後退した形状であっても良い。あるいは他のより複雑な形状であっても良い。
以上の詳細は、後述の各実施例で説明されるが、本発明に包含されるより下位の発明の課題・作用効果も併せて説明される。
記録密度が１平方インチあたり１Ｔ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。
ＦＧＬから発生する磁界の概要を示す図。 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。 高周波磁界の歳差運動の方向（時計回り振動磁界、一方向振動磁界、反時計回り振動磁界）による、記録媒体の磁化反転の状態の変化を示すシミュレーション結果の図。 反転磁界の楕円率依存性を示す図。 反転磁界の反転アシスト有効ＡＣ磁界依存性を示す図。 反転ＡＣ磁界幅の楕円率依存性を示す図。 従来構造のＦＧＬからの磁界の状況を調べた図。 後退部を備えたＦＧＬの形状の一例を示す図。 図８Ａに示す形状のＦＧＬが発生する反転アシスト有効ＡＣ磁界のトラック長さ方向位置に対する変動と、楕円率のトラック長さ方向位置に対する変化を示す図。 後退部としてＡＢＳ面側にテーパ部が形成されたＦＧＬを示す図。 ＡＢＳ面側のテーパ部に加えて、上面側にもテーパ部が形成されたＦＧＬを示す図。 後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成されたＦＧＬを示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 実施例１の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１０Ａに示す模式図を、線分Ｚ−Ｚ’で切った方向からみた断面図。 図１０Ａに示す模式図を上面側（ＡＢＳ面側とは逆の面）からみた模式図。 図１０Ａに示す記録ヘッドを搭載したスライダ及び記録再生ヘッドを示す図。 スライダとヘッド走行方向との関係を示す模式図。 スライダとヘッド走行方向との関係を示す模式図。 磁気ヘッドの構成例を示す図。 実施例２の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１１Ａに示す模式図を上面側（ＡＢＳ面側とは逆の面）からみた模式図。 実施例３の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１２Ａに示す模式図を、線分Ｙ−Ｙ’で切った方向からみた断面図。 実施例１〜３における磁気ディスク装置の基本構成を示す平面図。 図１３ＡのＡ−Ａ′断面図。 実施例４の記録再生素子の構成図。 実施例４の記録再生素子の構成図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化した構造の模式図。
以下、図面を用いて本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、具体構成の詳細説明に入る前に、本発明の原理（後退部と側面磁界の影響低減との関係）について図面を用いて説明する。
図１は、ＦＧＬから発生する磁界の一例を示したものである。ＦＧＬからの磁界は、ＦＧＬ内部で磁化が一様で、磁化回転面に垂直な端面に磁化が発生するものとして周辺の磁界を解析した。磁化Ｍ（Ａ／ｍ）の長方形の面要素｛（ｘ1，ｙ1，ｚ0），（ｘ1，ｙ2，ｚ0），（ｘ2，ｙ1，ｚ0），（ｘ2，ｙ2，ｚ0）｝から、原点への磁界（Ａ／ｍ）は、以下の式（１）

で与えられる。
ここで、図１の原点における高周波振動磁界の回転は、ｘ方向性分が無く、ｙ−ｚ面内である。従って、ｚ軸方向に磁化容易軸がある磁性体の反転の有効成分がｙ方向の高周波振動磁界成分のみであることを考慮すると、原点における高周波振動磁界は実質的に直線偏光と考えられる。磁化方向の磁界は、磁化にトルクを与えない為、磁化自身には作用を及ぼさない。尚、本発明で用いている「直線偏光」は、高周波振動磁界の振動方向が時間的に変化しない状況と定義する。また、「実質的に直線偏光」は、前述のように、反転対象の磁性体の磁化方向を考慮したとき、磁化方向の振動磁界成分を無視すると振動方向が時間的に変化しない状況と定義する。さらに、本明細書において反転対象の磁性体がある場合には、「実質的に」を省略して表記するものとする。
Ｒ11，Ｒ12，Ｒ21，Ｒ22は、原点から長方形の頂点までの距離である。ＦＧＬの各面からの寄与をＦＧＬの磁化方向で重み付けをして足し合わせることにより、ＦＧＬの発する磁界分布とその時間変化を求めた。ＦＧＬ磁界は、トラック幅が広くてＡＢＳ面からの磁界だけを考慮すればよい場合には、ほぼ直線偏光とみなせる。
これに対して、高記録密度化に伴いトラックピッチ低減に向けＦＧＬの幅ｗを小さくしていくと、ＦＧＬの側面からの磁界の影響が無視できなくなり、ＦＧＬ磁界は楕円偏光となる。ＦＧＬの側面からの磁界を算出するには、式（１）及び関連の式において、ｚ軸とｙ軸とを読み替えればよい。本発明で用いている「楕円偏光」は、高周波振動磁界の振動方向と大きさが時間的に変化する状況であり、磁界ベクトルの軌跡が楕円を形成する。
この場合、ＦＧＬ自身の磁化の回転に同期してＦＧＬ磁界の方向と大きさが時間と共に変化するため、磁界ベクトルの軌跡が楕円を形成しあたかも歳差運動するような挙動を示す。原点と異なる点への磁界、例えば図１中の点（−Ｘp，０，０）点のへ磁界を求めるには、式（１）の面要素をｘ軸方向にＸpだけ移動させて原点への磁界を算出すればよい。ここで、楕円率ｒを前記長径に対する短径の比（Ｈac-y／Ｈac-x）で定義する。符号は、反時計回り回転のとき正、逆回転（時計周り）の場合は負とする。ここでｚ方向磁界成分も時間変化するが、磁化と平行な振動磁界成分は反転に寄与しないと仮定して無視した。これは、磁化方向の磁界は、磁化にトルクを与えず、磁化への作用がないためである。
以上のように、式（１）による磁界解析の結果、記録ビットの形成位置に発生する高周波磁界は、ＦＧＬのトラック幅方向の長さが小さくなるに従って、磁界ベクトルの軌跡が次第楕円から円に近づくことが分かった。
そこで、楕円偏光による磁性体の磁化反転アシスト効果への影響を調べる為に、ＬＬＧ（Landau Lifschitz Gilbert）方程式を用いた計算機シミュレーションを行い、以下の５点が明らかになった。
（１）反転させようとする磁化に垂直な振動磁界成分（垂直磁化媒体においては面内振動磁界成分）が反転に寄与する。
（２）反転させようとする磁化の歳差運動と同じ回転方向の楕円偏光は磁化反転をアシストする作用があるが、磁化の歳差運動と逆回転の楕円偏光は一旦反転した磁化を元に戻す作用がある。
（３）楕円偏光の長径に短径を加えた（同じ回転方向の場合）、又は、減じた（逆回転）ものの半分の値が、反転アシスト有効ＡＣ磁界である。
（４）反転アシスト有効ＡＣ磁界が同じとき、磁性粒子が磁化反転する外部磁界の平均値は等しい。
（５）反転アシスト有効ＡＣ磁界が同じでも、楕円率ｒ（前記長径に対する短径の比、逆回転の場合は負値とする）が大きいほど、磁性粒子が磁化反転する磁界のばらつきが小さくなり、良好な磁化反転パターンが得られる。
計算は、一軸磁気異方性を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Ｍの挙動を次のＬＬＧ方程式を用いて計算した。

ここで、γはジヤイロ磁気定数、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。本検討で考慮した静磁界Ｈdは、計算する磁性粒子自身のつくる静磁界であるが、実際には、隣接する粒子等の影響を考慮する必要がある。外部磁界Ｈextは、磁性体の外部より磁性体に印加される磁界である。
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軸を軸とすると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のみ示してあるが、ｚ−Ｈext面内の直線偏光及びｚ−Ｈext面に垂直な直線偏光と、ｚ軸に垂直な面内の楕円偏光とについて検討した。磁化反転の判定は、１０２４個の孤立磁性粒子に分散（Ｈk分散５％、角度分散３度）を持たせ、統計的取り扱いを行った。
図３は、磁化容易軸が膜面に対して垂直方向を向いた孤立磁性粒子１０２４個の集合に対して、主磁極からの磁界Ｈextと高周波磁界Ｈacが印加された場合の磁化反転の挙動を示すシミュレーション結果である。印加される高周波磁界Ｈacは、左から順に、時計回り振動磁界（楕円率ｒ＝−１）、直線偏光振動磁界（ｒ＝０）、反時計回り振動磁界（ｒ＝１）である場合に相当する。図で、□は３ｎｓ経過するまでに磁化反転が完了した状態（１０２４個の中９５％以上が反転）、■は磁化反転していない状態（１０２４個の中９５％以上が未反転）を示し、中間色は部分反転している状態を示している。図より、ＡＣ磁界が小さい場合には、時計回り振動磁界成分ではStoner-Wohlfarth磁界まで反転が全くなく、アシスト効果が見られないことが分かる。図３におけるStoner-Wohlfarth磁界は、８００ｋＡ／ｍで、外部磁界だけ（Ｈac＝０）で反転がおこる磁界となっている。
一方、ＡＣ磁界が大きい場合には、単独で十分反転させられる大きな外部磁界を印加していても、時計回り振動磁界（ｒ＝−１）では反転が抑制されている現象が起こっている。これは、時計回り振動磁界が反転した粒子の再反転を促す作用を持っていることを示している。反転した粒子の磁化の回転方向は、時計回りである為と考えられる。このことは、外部磁界があるなしにかかわらず、比較的大きな円偏光高周波振動磁界を与えることにより、その時計回り、反時計回りに応じて、所望の磁化反転が制御できることを示唆している。直線偏光振動磁界、反時計回り振動磁界と楕円率が大きくなると、ＡＣ磁界の増加と共に、磁化反転する外部磁界が小さくなっており、アシスト効果が確認できる。反時計回り振動磁界を用いると、直線偏光振動磁界を用いた場合に比べて半分程度の振動磁界の大きさで、同等のアシスト効果が得られている。これは、直線偏光振動磁界が、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ためと考えられる。

このうち、反時計回り成分は、磁化の歳差運動と同じ方向にＡＣ磁界が回転する為、磁気共鳴が起こって磁化反転をアシストする作用があると考えられる。直線偏光振動磁界を用いる場合の注意点は、ＡＣ磁界が大きすぎる時、時計回り振動磁界成分による再反転の影響が顕著となり、記録が行えない点である。図３では、ＡＣ磁界強度が３００ｋＡ／ｍを超えると良好な磁化反転パターンは得られないが、これよりも低いＡＣ磁界強度でも部分的に再反転が起こる可能性がある。反時計回り振動磁界（楕円率ｒ＝１）を用いる場合には、このような問題がない。
図４は、異方性磁界の大きさが１．６ＭＡ／ｍの磁性体に、磁化容易軸から３０度傾けて外部磁界を印加した（θh＝３０度）場合の反転磁界Ｈswを楕円率に対して示したものである。ＡＣ磁界は、Ｈac-x成分を固定し、直交するＨac-yの大きさを変えている。反時計回りの楕円偏光ではＨac-yが正、時計回りの楕円偏光の場合はＨac-yが負となっている。Ｈac-yが大きいほど、Ｈac-xが大きいほどＨswが小さくなり、大きなアシスト効果が得られていることが分かる。逆に、Ｈac-yが負の場合には、ダウントラック方向の振動磁界成分が同じでもＨswが大きくなっており、Ｈac-yが成分によってアシスト効果が抑制されていることがわかる。そこで、反転

を仮定して、Ｈac-eff対する図４の反転磁界Ｈswを再度示したのが、図５である。図より、種々のＨac-x成分とＨac-y成分の組合せに対して、反転磁界Ｈswがほぼ同一の曲線上に乗っており、反転アシスト有効ＡＣ磁界を式（４）で表すのが有効と考えられる。
図３等において、アシスト効果がある場合、外部磁界を一定としてＡＣ磁界強度を増加させるとき、磁化反転は、徐々に促進される訳ではなく、外部磁界による反転と同様にスイッチ磁界Ｈac-swが存在する。すなわち、Ｈacが小さいときは反転せず、スイッチ磁界Ｈac-swを越えて大きくなると反転する。これは、磁気記録に用いられる磁気異方性の大きな磁性体では共鳴振動数が磁化の方向によって大きく変化するため、振動磁界が弱いと磁化の回転と振動磁界の同期している間（共鳴）に磁化反転が完結しないためと考えられる。
図６は、図４のプロット点におけるスイッチＡＣ磁界の幅ΔＨac-swを楕円率に対して示したものである。幅ΔＨac-swは、楕円率が大きいほど小さくなっており、同じ反転アシスト有効ＡＣ磁界でも楕円率が大きい良好な反転磁化パターンが形成できる可能性を示している。
以上のように、マイクロ波アシスト記録において良好な記録パターンを得るためには、高周波磁界強度の面内成分を大きくするだけでなく、楕円率を大きくすることが重要であることが分かった。また、ＦＧＬの設計に当たっては、ＦＧＬ自身の磁化回転の向きに注意する必要がある。
そこで、ＦＧＬより発生する磁界を詳細に解析したところ、高周波磁界発生器の駆動電流に垂直な断面形状が矩形のＦＧＬでは、反転アシスト有効ＡＣ磁界が最大となる位置（書込み点）と楕円率が最大となる位置とがずれていることが判明した。これは、書込み点となるＦＧＬの主磁極側端部周辺において、ＦＧＬのＡＢＳ面から発生するダウントラック方向の磁界に比べて、ＦＧＬの側面から発生するクロストラック方向の磁界が不足しているためと推察される。
そこで、反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とが一致するべくＦＧＬ側面からの磁界を強化するＦＧＬ構造を鋭意検討した。
図７は、ｗ＝４０ｎｍ，ｈ＝４０ｎｍ，ｔ＝２０ｎｍ，ｓ＝１０ｎｍ（図１参照）の条件で、ＦＧＬから発生する磁界のトラック中心（ｙ＝０）におけるダウントラック方向の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界Ｈac-effとを示したものである。横軸は、ＦＧＬの直下を０とし、主磁極側を負値とした。ＦＧＬの飽和磁化は、２．４Ｔとしている。図より、楕円率が最大となる位置はＦＧＬのエッジから２ｎｍ外側であるのに対して、Ｈac-effが最大となるのは１０ｎｍ離れたところでＦＧＬエッジから１２ｎｍ外側である。Ｈac-effが最大の点で記録が行われるとすると、このときの楕円率は０．６以下に落ちているため、十分な書き込みが行えない可能性がある。Ｈac-effが最大の点での楕円率が０．６以下の場合、一定時間に磁化反転する確率が顕著に低下するためである。
楕円率を向上させるには、ＦＧＬの側面からの磁界の影響を増強し、クロストラック方向成分を増やす必要がある。ＦＧＬに後退部を設けると、ダウントラック方向のＦＧＬ磁界は多少減少するものの、記録位置にＦＧＬの側面を近づけることができる為、ダウントラック方向とクロストラック方向の振動磁界成分がほぼ等しくなって、円偏向とすることが可能となる。本発明で用いている「円偏光」は、高周波振動磁界の大きさが変わらず、振動方向が時間的に変化する状況であり、磁界ベクトルの軌跡がほぼ円を形成する。ただし、反転対象の磁性体の磁化（容易軸）方向の振動磁界成分は無視するものとする。
反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とを一致させる他の方法として、ＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状がＡＢＳ側の辺が短い縦長の長方形とする方法がある（図１において、ｗ＜ｈ）。しかし、この方法では、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の方向に発生するため、ＦＧＬがこの方向に固定されやすくなり、発振周波数の変動や、発振自体が起こらなくなる問題がある。尚、斜めのＦＧＬの側面からの磁界を算出するには、式（１）及び関連の式において、座標を適宜変換して読み替えればよい。
そこで、底面のトラック幅方向端部にＡＢＳ面からの後退部を有するＦＧＬ、具体的には、図８Ａに示すＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状が、ＡＢＳ面側に上辺を有する逆台形であるＦＧＬについて、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界Ｈac-effとを計算した。その計算結果を図８Ｂに示す。楕円率が最大となる位置とＨac-effが最大となる位置とが、ＦＧＬエッジ付近で一致しており、良好な書き込みが期待できる。ただし、反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値は２６０ｋＡ／ｍであるので、図７の反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値３１０ｋＡ／ｍに比べて１５％小さな値となっている。ＦＧＬのＡＢＳ面の面積を小さくしたため発生する磁界が減少した影響と考えられる。
図８Ｃ及び図８Ｄは、後退部としてＡＢＳ面側にテーパ部が形成された形状のＦＧＬを、図８Ｅには、後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成された形状のＦＧＬを示す。ＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状が、図８Ｃ及び図８Ｄ及び図８Ｅに示す構造である場合には、反転アシスト有効ＡＣ磁界の減少量は７％程度に抑制可能である。特に図８Ｄの構造では、ＡＢＳ面側のテーパ部に加えて、上面側にもテーパ部が形成されることにより、ＦＧＬの磁化回転面内での磁化されやすさにほとんど差が生じない。従って、スムースな高速磁化回転が期待できる。図８Ｅは、後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成された形状のＦＧＬを示す。本形状のＦＧＬは、トラック幅を決定するサイズｗの長さがＡＢＳ面からのラッピング加工時に変化しないので、信頼性の高いヘッド製造が可能である。
図９Ａ〜図９Ｆには、図８Ａ及び図８Ｃ〜図８Ｅとは別の形状のＦＧＬの構成例を示す。通常、ＦＧＬは主磁極と対向磁極の間に配置され、主磁極側あるいは対向磁極側から高周波磁界を発生させるための駆動電流が流れ込む。図９Ａ〜図９Ｆに示すような、主磁極側の断面積の大きさが対向磁極側の断面積よりも小さい異なる形状のＦＧＬを用いるきことにより、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を主磁極側に近づけることが可能となる。なおここでいう断面積とは、ＦＧＬを構成する多層膜の積層方向に対する断面積の意味である。
図９Ａ及び図９Ｂには、対向磁極側から主磁極側に向かうテーパ部により上記断面積の相違を形成した構造（すなわち、上面側及びＡＢＳ面側からみた形状が、トラック幅方向側にテーパ形状を有する構造）のＦＧＬを示す。このような構造のＦＧＬを用いることにより、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を、主磁極側に近づけることができ、より大きな外部（主磁極）磁界の利用が可能となる。特に、図９Ｂの構造では、反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値の減少が５％程度と、図８Ａ及び図８Ｃ〜図８Ｅに示す構造のＦＧＬよりも反転アシスト有効ＡＣ磁界減少の抑制効果が更に大きくなっている。図９Ａ及び図９ＢのＦＧＬ構造は、ＡＢＳ面側からのラッピング工程の停止タイミングによる発振特性の差は、それほど大きくない。
図９Ｃ及び図９Ｄには、図１に示す直方体形状のＦＧＬに対して、主磁極側の頂角４カ所のうちＡＢＳ面側の頂角２カ所をカットすることにより、頂角の削除部を設けた構造のＦＧＬを示す。このような構造のＦＧＬでは、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置がほぼ完全に一致し、磁界の減衰もほとんどないと考えられる。ただし、作製は困難である。主磁極側に張り出す図９Ｃ及び図９Ｄの構造も考えられる。
図９Ｅ及び図９Ｆには、主磁極側に段差構造を設けることにより（すなわち、上面側及びＡＢＳ面側からみた形状が凸型形状をなす構造）、主磁極側と対向磁極側での断面積の相違を実現した構造のＦＧＬを示す。図９Ｆに示すＦＧＬでは、主磁極側の段差構造に加えて、ＡＢＳ面側に高さ方向のテーパ部も備えている。図９Ｅ及び図９Ｆに示す構造では、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることが可能であるとともに、図９Ｃ及び図９Ｄに示す構造のＦＧＬよりも製造が容易であるという利点を持つ。図９Ｅ及び図９Ｆの構造のＦＧＬを製造するためには、リソグラフィの際に使用するマスクパターンを一回変えればよいためである。
反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とを一致させるためには、図８Ａ及び図８Ｃ〜図８Ｅや図９Ａ〜図９Ｆに示す構造のＦＧＬの他に、たとえば、ＦＧＬの断面形状をＡＢＳ面側の辺がＦＧＬ側面側の辺よりも短い、縦長の長方形としても良い。しかし、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の方向に発生するため、ＦＧＬがこの方向に固定されやすくなり、発振周波数の変動や、発振自体が起こらなくなる問題がある。一方で、図８Ｃ及び図８Ｄ及び図８Ｅ又は、図９Ａ〜図９Ｆに示す構造では、断面形状が平均的に横長の形状となっているため、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の直交方向に発生し、従ってＦＧＬの面内磁化回転が円滑に行われる。また、図９Ａ〜図９Ｆに示したＦＧＬ形状の中で、特に、図９Ａ及び図９Ｂに示すＦＧＬ形状は、記録後消磁（次のビットを記録するときに前のビットを消す現象）が少なく、ＳＮ比の向上に有効である。
上記の構成を取ることにより、反転アシスト有効ＡＣ磁界が最大となる位置（書込み点）と楕円率が最大となる位置とをほぼ一致させることが可能となるので、連続媒体又はＤＴＭでは記録された隣接ビット境間の磁化遷移幅の急峻化、ＢＰＭでは反転できない確率の抑制ができるようになり、信頼性の高い高記録密度情報記録装置の提供が可能となる。また、上記の構成では、トラック幅方向の反転アシスト有効ＡＣ磁界分布も急峻化されるため、高精度位置決め機構と組み合わせることによりトラック密度を高めることができ、記録密度を更に増大させた情報記録装置が実現可能となり、サイズ及びコスト等の点できわめて有利となる。
［実施例１］
図１０Ａは記録ヘッド及び記録媒体を、記録媒体面に垂直（図中の上下方向）かつヘッド走行方向（図中の左又は右方向であるトラック方向）に平行な面で切断した場合における記録機構周辺の断面構造を表している。記録ヘッド２００においては、主磁極５と対向磁極６との間で、図面上方にて磁気的な回路を構成している（図１０Ｄ及び図１０Ｇ−ａ〜図１０Ｇ−ｄ）。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。
更に、記録ヘッド２００は、これらの磁気回路を励磁する為のコイル、銅線等が具備されているものとする。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ＦＧＬ２を通して流せるように構成されている。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。ＦＧＬ２への漏れ磁界（ＦＧＬ面内方向成分）を低減して高周波周波数を上げる為には、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側に少し近づけるのがよい。
主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン伝導層３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）２、負の垂直磁気異方性体１１、金属非磁性スピン散乱体１２、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、図面左右方向に伸びる柱状構造で、断面がＡＢＳ面に沿った辺が対向辺に比べて短い台形をしている（図１０Ｂ）。当該台形形状とすることにより、ＦＧＬ磁界の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることができ、良好な書き込み特性が期待できる。この台形のＡＢＳ面に沿った辺の長さｗ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ＦＧＬ２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（図１０Ｃ）。本実施例では、幅を８０ｍ、厚さを１００ｎｍとすることで、約０．９ＭＡ／ｍの記録磁界が得られている。
リップ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ＦＧＬ２の層方向にできるだけ垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例では、金属非磁性スピン伝導層３に接するリップ８として、比較的弱い垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｎｉ）n人工格子膜を用いた。本実施例におけるリップ８の厚さは、１０ｎｍであったが、この値は、前述の台形の形状、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。ＦＧＬ２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。ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、ＡＢＳ面及び、側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。
ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介してリップ８に反射されたスピンによるスピントルクである。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ＦＧＬ２の磁化回転軸に平行な磁化成分が小さくなる方向に作用する。こ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（直流）電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５から磁界が流入する場合に、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て反時計周りとなっており、主磁極５からの磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。
主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。この点、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
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３には、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。負の垂直磁気異方性体１１は、六方晶ＣｏＩｒのｃ軸方向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。負の垂直磁気異方性を有する磁性体をＦＧＬ２と隣接させることにより、ＦＧＬ２の磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強化される。この作用により、比較的低い周波数で強い振動磁界が得られる。この作用は、負の垂直磁気異方性を有する磁性体として知られているα’−ＦｅＣ，dhcpＣｏＦｅ，ＮｉＡｓ型ＭｎＳｂ等でも同様に期待できる。ＦＧＬ２にＣｏＦｅ合金を用いているので、α’−ＦｅＣやdhcpＣｏＦｅを用いてもＣｏＩｒと同様に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。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、負の垂直磁気異方性体１１を設けなくても磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ−Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１５ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。
記録媒体７には、基板１９上に、記録層１６として、厚みが１０ｎｍで、磁気異方性磁界が１．６ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）のＣｏＣｒＰｔ層を用いた。スパッタリングにより連続膜を形成した後、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で配置するように作製した。
本実施例の高周波磁界発生源２０１を組み込んだ記録再生部１０９を搭載したスライダ１０２をサスペンション１０６に取り付け（図１０Ｄ〜図１０Ｆ）、ヘッドジンバルアッセンブリを構成した。図１０Ｅに示す構造においては、記録再生ヘッドはスライダのトレーリング部に配置されており、図１０Ｆに示す構造においては、記録再生ヘッドはスライダのリーディング部に配置されている。
図１０Ｇ−ｂ〜図１０Ｇ−ｄには、図１０Ｄに示す構造以外に考えられる記録再生ヘッドの構造を示した。図１０Ｇ−ａは、図１０Ｄの構造を反対側からみたものである。したがって、図１０Ｇ−ａ〜図１０Ｇ−ｄにおいて、トレーリング側、リーディング側の定義は、紙面左側がトレーリング側、紙面右側がリーディング側であるものとする。
図１０Ｇ−ｂには、図１０Ｇ−ａとは別の構成例を示す。図１０Ｇ−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１０Ｇ−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１０Ｇ−ａに示す構造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１０Ｇ−ｃには、記録ヘッド部をリーディング側に配置し、再生ヘッド部をトレーリ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１０Ｇ−ｃに示す構成の磁気ヘッドにおいては、主磁極５がリーディング側最端部に配置され、対向磁極６は主磁極５に対してトレーリング側に配置される。図１０Ｇ−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１０Ｇ−ａと同様である。励磁コイルの巻線方向は、図１０Ｇ−ａと同様に上巻きであるが、図１０Ｇ−ｄに示すように横巻きにしても良い。
以上の図１０Ｇ−ａ〜図１０Ｇ−ｄに示す構成の記録ヘッド部は、図１０Ｅ又は図１０Ｆ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。
作成した磁気ヘッドは、スピンスタンドを用いて記録再生特性を測定した。測定においては、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング７ｎｍ、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３５．０ＧＨｚであった。磁気スペーシング５ｎｍとした場合には、ＦＧＬ２の断面が矩形であると信号／ノイズ比が１４．０ｄＢから９．０ｄＢと低下したのに対して、本発明の逆台形の断面形状では、逆に１５．０ｄＢへと上昇した。
以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行った。図１３Ａ及び図１３Ｂに、本実施例の記録ヘッド及び記録媒体を組み込んだ磁気ディスク装置の基本構成を示す。図１３Ａは平面図、図１３Ｂ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１３Ｂでは５枚の磁気ディスク、１０本の磁気ヘッドを搭栽した例において、磁気ディスク３枚分と磁気ヘッド４本について示したが、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、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ユエータ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又は引き離そうとする機能を有する。再生信号の処理及び情報の入出力には、所定の電気回路が必要である。高密度化時の波形干渉を積極的に活用したＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）方式を拡張した信号処理回路が筐体１０８等に取り付けられる。
以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、１枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、２．５Ｔバイト（１平方インチあたり４Ｔビット）、合計記録容量５Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。
［実施例２］
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明による記録ヘッド及び記録媒体の第２の構成例を示す図である。本構成例で用いる主磁極５、対向磁極６、及びその図面上方と左方の構成は、第１の構成例と同じものを用いるものとする。
主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン散乱体１２、ＦＧＬ２、負の垂直磁気異方性体１１、金属非磁性スピン伝導層３、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、柱状で断面がＡＢＳ面に沿った方向が長い長方形をしている。当該長方形形状とすることにより、トラック幅方向に形状異方性が生じる為、主磁極からの漏れ磁界のＦＧＬ２の面内成分があってもＦＧＬ２の面内磁化回転を円滑に行わせることが可能となり、主磁極５とＦＧＬ２を近づけることができる。また、発振状態にない時にＦＧＬ２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。ＦＧＬ２は、ＡＢＳ面の形状が主磁極側に短い台形をしており、高さ方向に柱状である。当該台形の短い辺の長さは、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２８ｎｍ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ＦＧＬ２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、幅を１２０ｎｍ、厚さを８０ｎｍとすることで、約０．８ＭＡ／ｍの記録磁界が得られている。
リップ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ＦＧＬ２の層方向に垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例におけるリップ８の厚さは、５ｎｍ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。ＦＧＬ２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。
ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高遠回転し、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。ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介して対向磁極側リッブ１３に反射されて負の垂直磁気異方性体１１に留まるスピンによるスピントルクである。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ＦＧＬ２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。このスピントルクの作用を得るには、対向磁極６側から主磁極５側へ高周波励起電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５から磁界が流入する場合に、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の下流側から見て反時計周りとなっており、主磁極５からの磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の下流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。実施例１と同様、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
図１１Ａに示す高周波磁界発生器２０１構成は、図１０Ａに示された高周波磁界発生器２０１の構成に比べて、スピントルクが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傾向がある。金属非磁性スピン伝導層３には、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。負の垂直磁気異方性体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であった。負の垂直磁気異方性を有する磁性体をＦＧＬ２と隣接させることにより、ＦＧＬ２の磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強化される。この作用は、負の垂直磁気異方性を有する磁性体として知られているα’−ＦｅＣ，dhcpＣｏＦｅ，ＮｉＡｓ型ＭｎＳｂ等でも同様に期待できる。ＦＧＬ２にＣｏＦｅ合金を用いているので、α’−ＦｅＣやdhcpＣｏＦｅを用いても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。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、負の垂直磁気異方性体１１を設けなくても磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ−Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１０ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。金属非磁性スピン伝導層３に接する対向磁極側リップ１３を（Ｃｏ／Ｎｉ）n人工格子膜のような比較的弱い垂直磁気異方性を有する材料を用いるとＦＧＬ磁化回転が安定化する。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、リップ８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。
記録媒体７には、基板１９上に、下部記録層１８として磁気異方性磁界が２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）の１０ｎｍＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯx層、上部記録層１７として磁気異方性磁界が１．４ｋＡ／ｍ（１７ｋＯｅ）の６ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）−ＳｉＯx人工格子層を用いた。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のダンピングコンスタントαは、それぞれ０．２０と０．０２であった。Ｐｔ層やＰｄ層があるとαを大きくでき、磁化反転速度を速めることができる。スパッタリングにより連続膜を形成した後、ナノインプリント技術により、トラック方向の長さが２５ｎｍでトラックピッチが３５ｎｍのディスクリートトラック媒体を作製した。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３５ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２５ｎｍ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１．８Ｔ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。比較の為に、ディスクリートトラック加工する前の媒体について、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、２７．０ＧＨｚで記録再生特性を測定した。トラック形成前の状態で、トラックピッチを変えて信号を記録したところ、トラックピッチ４０ｎｍのところで、１２５０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比が１３．０ｄＢよりも大きくなった。この結果から、連続媒体においても、１平方インチあたり１．５Ｔ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。
以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、３枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、連続媒体で０．８Ｔバイト（１平方インチあたり１．３Ｔビット）、合計記録容量５Ｔバイト、また、ディスクリートトラック媒体で１．２Ｔバイト（１平方インチあたり１．７Ｔビット）、合計記録容量７Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。本実施例で用いたＦＧＬ構造は電流に対して垂直な断面のアスペクト比が比較的自由に設定できる為、用いる記録媒体に最適な構造を有する主磁極からの漏洩磁界に応じた設計が可能である。
［実施例３］
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明による記録ヘッド及び記録媒体の第３の構成例を示す図である。本構成例で用いる主磁極５、対向磁極６、及びその図面上方と左方の構成は、第１の構成例と同じものを用いるものとする。主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン伝導層３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）２、金属非磁性スピン散乱体１２、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、図面左右方向に伸びる柱状構造で、断面がＡＢＳ面に沿った辺が対向辺に比べて短い台形のトラック幅方向の端を媒体面に垂直な面で切り落とした６角形状をしている（図１２Ｂ）。当該６角形状とすることにより、トラック幅方向の形状異方性を維持したまま、ＦＧＬ磁界の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることができ、良好な書き込み特性が期待できる。
当該６角形状のＡＢＳ面に沿った辺の長さｗ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。リップ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ＦＧＬ２の層方向にできるだけ垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例におけるリップ８の厚さは、８ｎｍであったが、この値は、前述の６角形状、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。
ＦＧＬ２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２５ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、ＡＢＳ面及び、側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。ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介してリップ８に反射されたスピンによるスピントルクである。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ＦＧＬ２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。こ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（直流）電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。実施例１と同様に、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器本効果では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
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３には、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。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ−Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１５ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。
記録媒体７には、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のダンピングコンスタント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大きくできる。人工格子構造を用いなくてもＰｔ組成の大きなＣｏＣｒＰｔ磁性体では、ダンピング定数αが大きくなっている。書き込みヘッド部２００に近い位置に上部記録層１７として相対的に磁気異方性が小さく、αが大きな材料を用いることにより、低い周波数で高速反転が可能であり、かつ熱揺らぎに強い記録媒体が実現できる。
スパッタリングにより連続膜を形成した後、ＥＢマスタリングにより、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、トラックピッチ２０ｎｍ、ビットピッチ１２．５ｎｍで配置するようにエッチングした。パターン間の間隙２１にはＳｉＯxを埋包した。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、最大１５ｄＢ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。このときの高周波周波数は２８ＧＨｚであった。
以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、２枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、１．０Ｔバイト（１平方インチあたり２Ｔビット）、合計記録容量４Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。本実施例で用いた２層媒体は、磁気異方性の小さな上層部１７に合わせた記録周波数で書込みを行うため、磁気異方性の大きな下層部１８をより大きな磁気異方性とすることにより、さらに高い記録密度が達成可能である。この際には、図１２Ｂのトラック密度を決定する幅ｗを小さくし、より高密度なパターンの記録媒体に書き込むようにするとよい。
［実施例４］
図１４Ａ及び図１４Ｂは、本発明による記録再生装置の第４の構成例を示す図である。高周波駆動電極３２２に隣接して層状に、垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８、金属非磁性スピン伝導層３０３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）３０２、金属非磁性スピン散乱体３１２、磁化記録層３１６、非磁性スピン伝達層３１３、垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３２０を経て検出電極３２１にいたる。尚、垂直磁気異方性体Ａ３０８から垂直磁気異方性体Ｂ３２０までは、図面上下方向に伸びる柱状構造で、断面がほぼ正方形をしている。当該正方形とすることにより、ＦＧＬ３０２から磁化記録層３１６へ印加される磁界をほぼ楕円率ｒ＝１とすることができる。正方形の一辺の長さは１０ｎｍとした。金属非磁性スピン伝導層３０３とＦＧＬ（磁化高速回転体）３０２との間に、負の垂直磁気異方性体３１１を挿入すると、ＦＧＬの磁化回転が安定化する（図１４Ｂ）。垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３２０は、図面上下方向に大きな垂直磁気異方性を有しており、初期段階で磁化した後は、磁化の向きは変化しない。
図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０の磁化方向は同一方向に示してあるが、垂直磁気異方性体Ａ３０８と垂直磁気異方性体Ｂ３２０との磁気異方性磁界の大きさを変え、着磁磁界を制御することにより、逆向きとすることも可能である。磁化が逆向きの場合、本発明による記録再生装置が外界に及ぼす磁界の影響が低減する。垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０には、垂直磁気異方性磁界が０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）から１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）のＣｏＣｒＰｔ系合金を用いた。ＦＧＬ３０２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２５ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。また、ＦＧＬ３０として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。ＦＧＬ３０２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、側面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として磁化記録層３１６に作用する。ＦＧＬ３０２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３０３を介して垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８から注入又は反射されたスピンによるスピントルクである。スピンの注入又は反射は、高周波駆動電極３２２と金属非磁性スピン散乱体３１２間に印加する電流の向きに依存する。本電流が大きいほどスピントルクが大きくなりＦＧＬ３０２の発振周波数が大きくなる。さらに、本電流の向きによってＦＧＬ３０２の磁化回転方向が変わるため、円偏光高周波磁界の回転方向が変化し、磁化記録層３１６の磁化のスイッチが制御可能となる。
スピントルク作用は、金属非磁性スピン伝導層３０３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３０３には、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。特に、負の垂直磁気異方性体３１１としてＣｏＩｒを用いる場合には、Ｒｕを用いると垂直磁気異方性体Ａ３０８、金属非磁性スピン伝導層３０３、負の垂直磁気異方性体３１１のエピタキシャル成長が期待できる。金属非磁性スピン散乱体３１２は、ＦＧＬ３０２と磁化記録層３１６とのスピンによる相互作用をブロックする作用のほかに、接地電極として高周波駆動電極３２２との間に書込み回路、検出電極３２１との間に検出回路を形成している。金属非磁性スピン散乱体３１２には、３ｎｍ−Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。
磁化記録層３１６は、厚すぎるとＦＧＬ３０２の磁界の影響を受けにくくなるので、断面となる正方形の１辺の長さ程度に抑える必要がある。一方、磁化記録層３１６は、記録磁化を熱揺らぎに対抗して保持し続ける必要がある。したがって、前述の垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０と同等以上の垂直磁気異方性エネルギーが必要である。本実施例では２．８ＭＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）の６ｎｍ−（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層を用いたが、ＦｅＰｔ，ＣｏＰｔ系合金を用いても良い。磁化記録層３１６の磁化状態の検出には、非磁性スピン伝達層３１３を介して垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３０８へ流れる電流の抵抗変化をＴＭＲ又はＧＭＲ効果として観測すればよい。ＴＭＲ効果を利用する場合には非磁性スピン伝達層３１３としてＭｇＯ、ＧＭＲ効果を利用する場合には非磁性スピン伝達層３１３としてＣｕを用いるのが良い。
図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化する方法を、図１５Ａ〜図１５Ｅを用いて示す。図１５Ａ〜図１５Ｅでは、３×３の場合を例にとって示しているが、任意数の格子を形成しても原理的に問題はない。ＦＧＬ３０２、金属非磁性スピン伝導層３０３、垂直磁気異方性体Ａ３０８、負の垂直磁気異方性体３１１、非磁性スピン伝達層３１３、磁化記録層３１６、垂直磁気異方性体Ｂ３２０のパターンは、図１５Ｅに示すように、１０ｎｍの正方形で、２５ｎｍピッチの格子を組んでおり、記録密度は、１平方インチあたり１Ｔビットとなっている。
以上説明した記録再生素子を０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍの領域に作成し（１００００×１００００素子）、性能評価を行ったところ、平均下記書き込み時間３ｎｓの１０Ｍバイト磁性メモリが得られた。
図１５Ｂ〜図１５Ｄには、それぞれ高周波駆動電極３２２、金属非磁性スピン散乱体３１２、検出電極３２１の電極パターンを示している。情報の記録時には、記録ビットに対応する高周波駆動電極３２２と金属非磁性スピン散乱体３１２とを選択し、必要な向きに電流を流す。情報の再生時には、記録ビットに対応する検出電極３２１と金属非磁性スピン散乱体３１２とを選択し、電流の向きによって変化する抵抗値を測定して磁化方向を判定する。１０２４×１０２４の素子を試作し電流値を変えてエラーレートを測定したところ、記録時の高周波周波数が２０ＧＨｚから３２ＧＨｚの間でエラーは検出されなかった。
１ 垂直磁気異方性体Ａ
２ ＦＧＬ
３ 金属非磁性スピン伝導層
４ 垂直磁気異方性体Ｂ（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
２１ パターン間の間隙
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
２００ 記録ヘッド
２０１ 高周波磁界発生器
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 ＧＭＲ素子
２０８ シールド膜
２０９ 絶縁膜
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
１０１ 記録媒体
１０２ スライダ
１０３ ロータリアクチユエータ
１０４ 回転軸受け
１０５ アーム
１０６ サスペンション
１０８ 筐体
１０９ 記録再生部
３０２ ＦＧＬ
３０３ 金属非磁性スピン伝導層
３１２ 金属非磁性スピン散乱体
３０８ 垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）
３１１ 負の垂直磁気異方性体
３１３ 非磁性スピン伝達層
３１６ 磁化記録層
３２０ 垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）
３２１ 検出電極
３２２ 高周波駆動電極

Claims (7)

  1. ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、前記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前記磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して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、
    前記記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に、前記記録磁極から離間して設けられた対向磁極と、
    前記記録磁極と前記対向磁極の間に設けられた、前記高周波磁界を発生する多層膜とを有し、
    前記多層膜の、当該多層膜に流れる電流方向に垂直な断面形状は、当該多層膜全体にわたって浮上面に沿った方向が長い長方形であることを特徴とする情報記録装置。
  2. 請求項１に記載の情報記録装置において、
    前記多層膜は、当該多層膜の積層方向に対する前記記録磁極側の断面積の大きさが対向磁極側の断面積よりも小さいことを特徴とする情報記録装置。
  3. 請求項２に記載の情報記録装置において、
    前記多層膜は前記記録磁極側に段差構造を有し、前記段差構造により前記記録磁極側の断面積と前記対向磁極側の断面積の相違が形成されていることを特徴とする情報記録装置。
  4. 請求項２に記載の情報記録装置において、
    前記多層膜は前記対向磁極側から前記記録磁極側に向かうテーパ部を有し、前記テーパ部により前記記録磁極側の断面積と前記対向磁極側の断面積の相違が形成されていることを特徴とする情報記録装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報記録装置において、
    前記磁気記録媒体が、ディスクリートトラック媒体であることを特徴とする情報記録装置。
  6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報記録装置において、
    前記磁気記録媒体が、ビットパタン媒体であることを特徴とする情報記録装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報記録装置において、
    前記多層膜は、ＦＧＬと金属非磁性スピン伝導層を有し、電流は前記金属非磁性スピン伝導層から前記ＦＧＬの方向に向かって流れるようにされていることを特徴とする情報記録装置。
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