JP5941331B2 - 磁気記録媒体および磁気記憶装置 - Google Patents
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- Magnetic Heads (AREA)
Description
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、情報を記録する3層以上の記録膜を有する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と前記記録磁極および前記対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子と前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子とを備える磁気ヘッドを含み、前記磁気記録媒体の前記記録膜における前記磁気ヘッドに最も近い第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きいことを特徴とする磁気記憶装置とする。
磁気記録媒体やそれを備えた磁気記憶装置としては、多層記録媒体において、磁気ヘッドに最も近い第1層目の異方性磁界(Hk)が20kOeを超える層にすればよいこと、
特に、磁気記憶装置としては、磁気記録媒体(特に、多層記録層)に情報を記録する位置における、記録磁界の強度をHdc、記録磁界が媒体磁気異方性の容易軸と成す角度をφ、高周波磁界の強度をHac、その周波数をfac、磁気記録媒体(特に、多層記録層)の各層のダンピング係数をα、磁気記録媒体の異方性磁界の平均値をHkとした場合、
α>0.1、fac<40GHz、でかつ
φ<30°又はφ>60°のとき、Hk<3・Hdc、
30°<φ<60°のとき、2・Hdc<Hk<3・Hdc
とすればよいことを見出した。本発明はこの新たな知見に基づいて生まれたものである。
α>0.1、fac<40GHz、でかつ
φ<30°又はφ>60°のとき、Hk<3・Hdc、
30°<φ<60°のとき、2・Hdc<Hk<3・Hdc
とする理由について説明する。
まず、第1層の異方性磁界Hkを20kOe以上と大きくすること、さらに、第1層の異方性磁界Hkを第2層の異方性磁界Hkより大きくすることの有効性について述べる。まず、AC磁界と媒体磁化の相互作用についてわかり易く説明するため、単層媒体を例に説明する。図3に様々な設計の磁気記録媒体において、磁気記録媒体を構成する磁性結晶粒に選択的反転が生じる場合の磁化反転指標と熱安定性指標の関係を調べたシミュレーション結果を示す。ここで、磁化反転指標は、規格化した記録信号磁界の時間変化H(t)と、規格化した媒体磁化mのz成分の時間変化mz(t)の差の絶対値の時間平均で定義されるもので、小さいほど良好な記録ができることを示す。又、熱安定性指標は前述の磁気異方性エネルギー(Ku×V)と熱擾乱エネルギー(k×T)の比(多層媒体の場合は各層に対するKuV/kTの和)で定義され、大きいほど熱安定性、熱擾乱に対する耐力が高いことを示す。磁化反転性能と熱安定性はトレードオフの関係にある。ここで、磁化反転性能が高く熱安定性が低い解(type−1、図3の黒丸)と磁化反転性能が低く熱安定性高い解(type−2、図3の白丸)に対して、磁化反転前後におけるAC磁界及び媒体磁化の時間変化の様子(シミュレーション結果)を各々図5A及び図5Bに示す。又、図4に上記type−1及びtype−2に対してダンピング係数αと異方性磁界Hkの関係を示す。
Δm=γ・Hac・m・Δt>m sinθ2、
かつ、
Heff=−Hk・cosθ+Hext_z+Hd_z+Hexch_z=0、
従って、反転可能な異方性磁界Hkの最大値は、以下の式で表される。なお、Hext_zは外部磁界、Hd_zは反磁界、Hexch_zは交換磁界の各々のz成分を示す。
Hk〜(Hext_z+Hd_z+Hexch_z)/cos(θ1+θ2)。
ここで簡単のため、θ1を公知のStoner−Wohlfarthモデルにおける有効磁界が最大となる45度と仮定すると、
Hk〜20.5・(Hext_z+Hd_z+Hexch_z)/(cosθ2−sinθ2)
=20.5・(Hext_z+Hd_z+Hexch_z)/{(1−(γ・Hac・Δt)2)0.5−γ・Hac・Δt}。
上式から、AC磁界(Hac)の存在により、反転可能なHkの最大値は、
1/{(1−(γ・Hac・Δt)2)0.5−γ・Hac・Δt}
倍に増大する。発明者等の検討によれば、Hacが1000kOe、AC周波数が30GHz程度のとき、効率的なアシスト効果が得られ、このとき、反転可能なHkは、上式より、約1.5倍程度増大する。従って、従来垂直磁気記録媒体の上層部のHk、10kOe〜20kOeに対して、MAMRにおいては多層媒体の上層部の異方性磁界Hkが20kOeを超え、更に30kOe以上とすることにより効率的なアシスト効果が得られる。
E=−cos(2θ)/4−h・cos(φ−θ)
T=|m×Heff|、
ここで、第1に、選択的反転が生じるためには、あるφとhに対して、θが180度から0度に変化する過程でエネルギー障壁が存在する必要がある。第2に、AC磁界によるアシストが生じるためには、AC磁界による強制振動により磁化の運動周波数がAC磁界と整合する必要がある。このためには、あるφとhに対して、θが180度から0度に変化する過程で上記エネルギー障壁を上る過程に対応するθの範囲で、上記DC成分による才差運動トルクが十分に小さい必要がある。
ここでh=0.65、0.45及び0.25のときのE(θ,φ)とT(θ,φ)の分布を図8に示す。まず、h=0.65の場合、φの値によらずエネルギー障壁が存在しないのでACアシスト無しでも磁化反転が生じてしまう。即ち、選択的反転条件は得られない。次に、h=0.45のとき、φが45度近辺の場合には、エネルギー障壁が存在しないのでACアシスト無しでも磁化反転が生じてしまう。一方、φが0度又は90度に近い場合、エネルギー障壁が存在し、さらに、180度側から0度側へ向けてエネルギー障壁を上る過程に対応するθの範囲で対応するトルクの値が小さい。従って、才差運動が抑制されるため、ACアシスト効果による選択的反転が生じうる。h=0.25のとき、φの値によらずエネルギー障壁が存在する。しかし、180度側から0度側へ向けてエネルギー障壁を上る過程に対応する範囲のθに対するトルクの値がh=0.5の場合と比べて大きい。このため、磁化は才差運動を行う。従って、AC磁界はその周波数と位相をこれと整合させる必要がある。この場合でも、αが比較的大きく、外部AC磁界の周波数が有効磁界による才差運動周波数に近くかつその磁界強度が十分であれば、才差運動周波数がシフトしてAC磁界周波数に同期して磁化反転することが可能である。
(1−mz_off)*(1+mz_on)/4;
を一定時間積分した値をアシスト効果指標と定義する。アシスト効果指標は1以下の正の値を持つが、1に近いほどアシスト効果が高いことを示す。アシストなしでも磁化反転してしまう場合やアシストしても磁化反転しない場合上記指標は小さく、アシスト無では反転せずアシストにより反転する場合のみ1に近づく。図9は、アシスト効果指標のAC磁界周波数fac、媒体ダンピング係数α依存性の2次元マップを、異なるヘッド磁界強度Hdc及び角度φに対して2次元的に並べたマトリクスについて、さらに様々な媒体異方性磁界Hkに対して計算した結果である。図9は、色が薄くなるほど(白い領域)アシスト効果が高いことを表わしている。この結果から、40GHz以下のAC周波数に対して所望のアシスト効果が得られるのは
α>0.1、fac<40GHz、でかつ
φ<30°又はφ>60°のとき、Hk<3・Hdc、
30°<φ<60°のとき、2・Hdc<Hk<3・Hdc
である。
以上、本実施例によれば、マイクロ波アシスト記録方式(MAMR)を用いる場合において、高記録密度の実現が可能な磁気記録媒体および磁気記憶装置を提供することができる。
以上、本実施例によれば、マイクロ波アシスト記録方式(MAMR)を用いる場合において、高記録密度の実現が可能な磁気記録媒体および磁気記憶装置を提供することができる。
101:磁気ヘッドと磁気記録媒体のクリアランス、
110:再生ヘッド部、
111:シールド層、
112:再生センサ素子(磁気再生素子)、
113:上部磁気シールド、
114:下部磁気シールド、
120:記録ヘッド部、
121:記録ヘッド磁界、
122:第1の記録磁極、
123:コイル、
124:第2の記録磁極、
125:磁気ギャップ部、
126:発振制御磁界、
130:磁気記録媒体、
131:潤滑層、
132:保護層、
133:多層構造を有する記録層、
134:非磁性中間層、
135:軟磁性下地層、
136:非磁性基板、
137:上向きの磁化、
138:下向きの磁化、
140:高周波磁界発生素子、
141:高周波磁界発生層(FGL)、
142:非磁性中間層、
143:スピン注入固定層、
144:直流電源、
145:高周波磁界、
146:スピン注入固定層の磁化、
147:高周波磁界発生層(FGL)の磁化、
148:高周波磁界発生層(FGL)の磁化の回転方向、
149:STO通電電流、
150:スライダ、
151:ヘッド保護層
152:磁気記録再生ヘッド浮上面(ABS)、
200:スピンドルモータ、
201:磁気記録媒体、
202:アーム、
203:磁気記録再生素子搭載スライダ(ヘッドスライダ)、
204:サスペンション、
205:HGA(磁気ヘッド)、
206:アクチュエータ、
207:回路系。
Claims (8)
- 情報を記録する第1、第2及び第3の3層以上の層を含む記録膜を有する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と、前記記録磁極および前記対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子と、前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子とを備える磁気ヘッドを含み、
前記磁気記録媒体の前記記録膜における前記磁気ヘッドに最も近い第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きく、
前記記録膜における膜内部の平均の異方性磁界は、前記第1の層の表面付近の平均の異方性磁界よりも小さく、
前記記録磁極から生じる記録磁界の強度は、前記磁気記録媒体に記録するには不十分であり、
前記記録膜の前記第1の層の異方性磁界は、前記第1の層と隣接して前記磁気ヘッド側と反対側にある前記第2の層の異方性磁界よりも大きく、
前記記録膜の前記第2の層と隣接して前記磁気ヘッド側と反対側にある前記記録膜の第3の層の異方性磁界は、前記第2の層の異方性磁界より小さいことを特徴とする磁気記憶装置。 - 情報を記録する第1、第2及び第3の3層以上の層を含む記録膜を有する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と、前記記録磁極および前記対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子と、前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子とを備える磁気ヘッドを含み、
前記磁気記録媒体の前記記録膜における前記磁気ヘッドに最も近い第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きく、
前記記録膜における膜内部の平均の異方性磁界は、前記第1の層の表面付近の平均の異方性磁界よりも小さく、
前記記録磁極から生じる記録磁界の強度は、前記磁気記録媒体に記録するには不十分であり、
前記記録磁極から生じる記録磁界と前記高周波磁界発生素子から生じる高周波磁界により前記磁気記録媒体に情報を記録する位置における、前記記録磁界の強度Hdcと、前記記録磁界が前記磁気記録媒体の磁気異方性の容易軸と成す角度φ、前記高周波磁界の周波数fac、前記磁気記録媒体の各層のダンピング係数α、前記磁気記録媒体の異方性磁界の平均値Hkが
α>0.1、fac<40GHz、でかつ
φ<30°又はφ>60°のとき、Hk<3・Hdc、
30°<φ<60°のとき、2・Hdc<Hk<3・Hdc
であることを特徴とする磁気記憶装置。 - 前記記録膜の前記第1の層の前記磁気ヘッド側に前記記録膜の表面を平滑化するためのキャップ層が形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気記憶装置。
- マイクロ波アシスト磁気記録方式の磁気記憶装置で用いる磁気記録媒体であって、情報を記録する第1、第2、および第3の3層以上の層を含む記録膜を有し、
前記磁気記憶装置の記録磁極を備えた磁気ヘッドに、前記記録膜として最も近くに配置される前記記録膜の第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きく、
前記記録膜における膜内部の平均の異方性磁界は、前記第1の層の表面付近の平均の異方性磁界よりも小さく、
前記記録磁極から生じる記録磁界の強度だけでは記録できない記録媒体であり、
前記記録膜の前記第1の層の異方性磁界が、前記第1の層と隣接して前記磁気ヘッド側と反対側にある前記記録膜の第2の層の異方性磁界よりも大きく、
前記記録膜の前記第2の層と隣接し、前記第1の層と反対側にある前記記録膜の第3の層の異方性磁界は、前記第2の層の異方性磁界より小さいことを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記記録膜は、前記磁気記憶装置の記録磁極からの記録磁界とマイクロ波アシスト磁界の両者を用いて記録されることを特徴とする請求項4記載の磁気記録媒体。
- マイクロ波アシスト磁気記録方式の磁気記憶装置で用いる磁気記録媒体であって、情報を記録する第1、第2、および第3の3層以上の層を含む記録膜を有し、
前記磁気記憶装置の記録磁極を備えた磁気ヘッドに、前記記録膜として最も近くに配置される前記記録膜の第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きく、
前記記録膜における膜内部の平均の異方性磁界は、前記第1の層の表面付近の平均の異方性磁界よりも小さく、
前記記録磁極から生じる記録磁界の強度だけでは記録できない記録媒体であり、
前記磁気記憶装置のマイクロ波磁気記録方式の記録磁極から生じる記録磁界と高周波磁界発生素子から生じる高周波磁界により前記記録膜に情報を記録する位置における、前記記録磁界の強度をHdc、前記記録磁界が前記記録膜の磁気異方性の容易軸と成す角度をφ、前記高周波磁界の周波数をfac、前記記録膜の各層のダンピング係数をα、前記記録膜の異方性磁界の平均値をHkとした場合、
α>0.1、fac<40GHz、でかつ
φ<30°又はφ>60°のとき、Hk<3・Hdc、
30°<φ<60°のとき、2・Hdc<Hk<3・Hdc
で使用されるものであることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記記録膜の前記第1の層の前記磁気ヘッド側に前記記録膜表面を平滑化するためのキャップ層が形成されていることを特徴とする請求項4記載の磁気記録媒体。
- マイクロ波アシスト磁気記録方式の磁気記憶装置で用いる磁気記録媒体であって、情報を記録する第1、第2、および第3の3層以上の層を含む記録膜を有し、
前記磁気記憶装置の記録磁極を備えた磁気ヘッドに、前記記録膜として最も近くに配置される前記記録膜の第1の層の異方性磁界は、20kOeより大きく、
前記記録膜における膜内部の平均の異方性磁界は、前記第1の層の表面付近の平均の異方性磁界よりも小さく、
前記記録磁極から生じる記録磁界の強度だけでは記録できない記録媒体であり、
前記記録膜の前記第1の層の前記磁気ヘッド側に前記記録膜表面を平滑化するためのキャップ層が形成され、
前記第1の層と隣接して前記磁気ヘッド側と反対側にある前記記録膜の第2の層と、
前記第2の層と隣接し、前記第1の層と反対側にある前記記録膜の第3の層を備え、
前記キャップ層の異方性磁界は前記第2の層及び前記第3の層の何れの異方性磁界よりも小さく、
前記キャップ層と前記第1の層の膜厚で重みを付けた異方性磁界の平均値は、前記第2の層と前記第3の層の膜厚で重みを付けた異方性磁界の平均値よりも大きいことを特徴とする磁気記録媒体。
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