JP6260742B2 - 磁気記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は磁気記録媒体に関する。具体的には、ハードディスク磁気記録装置（ＨＤＤ）に使用される磁気記録媒体に関する。

近年、磁気記録の高密度化の要請が著しい。磁気記録の高密度化を実現する技術として、垂直磁気記録方式が採用されている。垂直磁気記録媒体は、非磁性基板と、硬質磁性材料から形成される磁気記録層を少なくとも含む。垂直磁気記録媒体は、任意選択的に、軟磁性材料から形成されて、磁気ヘッドが発生する磁束を磁気記録層に集中させる役割を担う軟磁性裏打ち層、磁気記録層の硬質磁性材料を目的の方向に配向させるための下地層、磁気記録層の表面を保護する保護膜などをさらに含むことができる。

磁気記録の高密度化のためには、高い熱安定性が必要であり、ＦｅＰｔなどの高い磁気異方性を有する材料で構成された磁気記録層が提案されている。しかしながら、ＦｅＰｔは、室温での保磁力が高く、通常の記録ヘッドでは磁場が足りず記録を行うことができない。そこで熱アシスト磁気記録方式が提案されている。

熱アシスト磁気記録方式は、磁気記録層にレーザ等を照射して加熱することで保磁力を低下させ、その状態で記録用の磁場を印加して磁化を反転させる記録方式である。熱アシスト磁気記録方式では磁性材料のキュリー温度近傍まで加熱して記録する。例えば、ＦｅＰｔのキュリー温度（Ｔｃ）は７２０Ｋ程度であることが知られている。

一方、高温での記録は、磁気記録層を保護するためのカーボン保護膜や保護膜上の潤滑剤の劣化をもたらし、記録ヘッド自体の劣化の原因ともなるため、磁気記録装置の信頼性が大きく低下する要因となる。そのため、できるだけ低温で記録を行うことが望まれる。

特許文献１には、複数の磁性層を設け、それぞれの磁性層において異なる磁気異方性定数（Ｋｕ）とＴｃを設定することで、ＫｕとＴｃとの相関を緩和する提案がなされている。具体的には、特許文献１の提案は、磁気記録層が、キュリー温度Ｔｃ１を有する第１磁性層とキュリー温度Ｔｃ２を有する第２磁性層を含み、Ｔｃ１＞Ｔｃ２の関係を満たすようにする。これにより、Ｔｃ２よりも高い温度に磁気記録層を加熱した場合、第１磁性層と第２磁性層の交換結合が解消され、第１磁性層への記録が可能となる、というものである。

また、特許文献１ではＴｃを低下させるためＦｅＰｔにＣｕ等を添加することを提案している。

特許文献２は、非磁性基板上の堆積された磁気記録層が、面内方向について、互いに反磁性領域で分離された複数の強磁性領域を含む磁気記録媒体を開示している。引用文献２では、強磁性領域及び反磁性領域にＦｅＰｔＲｈを主成分とした合金を使用し、高密度化及び磁気ビット間の磁気分離が可能であり、表面の劣化を抑制することができることが開示されているが、引用文献２の媒体はパターンド媒体であり、且つ磁気記録時の記録温度の低下についての提案はない。

特開２００９−０５９４６１号公報 特開２００９−１５１８９９号公報 特開２０１５−０４０２４４号公報 特開２０１０−００３４０８号公報

しかし、特許文献１に開示されているようなＣｕを添加したＦｅＰｔであっても、そのＴｃは比較的高い。例えば、Ｃｕを１０ａｔ％添加したものでＴｃは６５０Ｋである。従って、磁気記録媒体におけるさらなる記録温度の低減が望まれる。

磁気記録媒体は、基板と、第１磁性層及び第２磁性層を含む磁気記録層とを含み、前記第２磁性層はＦｅＰｔＲｈ規則合金を含み、前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、基板側に第１磁性層が形成され、第１磁性層の上層に第２磁性層が形成されており、前記第１磁性層は、その室温におけるＫｕが第２磁性層の室温におけるＫｕよりも大きい。

磁気記録媒体は、前記第１磁性層がＦｅＰｔ規則合金を含むことが好ましい。

磁気記録媒体では、前記第１磁性層及び第２磁性層が、磁性結晶粒と、該磁性結晶粒を取り囲む非磁性結晶粒界とを含むグラニュラー構造を有することが好ましい。

磁気記録媒体は、従来と同等の熱安定性を維持しつつ、記録温度及び記録磁場を低減することができる。

図１Ａは、磁気記録媒体の１つの構成例を示す断面図である。 図１Ｂは、図１Ａで示した磁気記録媒体の磁気記録層を拡大して示した断面図である。 図２Ａは、磁気記録媒体の磁性層にＦｅＰｔ規則合金を用い、これにＲｈを添加した場合の状態を説明するための概略図であり、ＦｅＰｔＲｈ規則合金の状態を示す概略図である。 図２Ｂは、磁気記録媒体の磁性層にＦｅＰｔ規則合金を用いた場合の状態を説明するための概略図であり、ＦｅＰｔ規則合金の状態を示す概略図である。

磁気記録媒体は、基板と、第１磁性層及び第２磁性層を含む磁気記録層とを含み、前記第２磁性層はＦｅＰｔＲｈ規則合金を含み、前記第１磁性層は、その室温におけるＫｕが第２磁性層の室温におけるＫｕよりも大きいことを特徴とする。この磁気記録媒体は、基板と磁気記録層との間に、密着層、軟磁性裏打ち層、ヒートシンク層、下地層及び／又はシード層のような当該技術において知られている層をさらに含んでもよい。加えて、この磁気記録媒体は、磁気記録層の上に、保護層及び／又は液体潤滑剤層のような当該技術において知られている層をさらに含んでもよい。磁気記録媒体の一例として、基板と、第１磁性層及び上層を含む磁気記録層と、保護層を含む構成を挙げることができる。また、図１Ａに、基板１０、密着層２０、下地層３０、シード層４０、磁気記録層５０、及び保護層６０を含む磁気記録媒体の１つの構成例を示す。磁気記録媒体の磁気記録層５０は、図１Ｂに示すように、第１磁性層５２及び第２磁性層５４を含む。本明細書において、ＦｅＰｔＲｈ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｔ−Ｃなどの、元素により表された合金又は材料の表記は、単に当該元素を構成要素として有することを意味し、当該元素間の組成を規定しない。従って、例えばＦｅＰｔＲｈとの記載は、当該規則合金の構成元素がＦｅ、Ｐｔ及びＲｈであることを示すのみであり、これらの構成元素の比が１：１：１であることを意味しない。また、本明細書において、「ＦｅＰｔＲｈからなる（consisting of）」、「ＦｅＰｔからなる（consisting of）」、「ＦｅＰｔ−Ｃからなる（consisting of）」などの用語は、表記された元素を構成要素として有することを意味し、構成要素である元素間の比率を規定しない。従って、例えば「ＦｅＰｔＲｈからなる」とは、この材料が、Ｆｅ、Ｐｔ及びＲｈの元素のみで構成されることを意味し、これらの元素の比が１：１：１であることを意味しない。本明細書において、元素の割合を化学式によって示す場合は、例えば「６０ｖｏｌ％Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０−４０ｖｏｌ％Ｃ」、などのように規則合金と非磁性粒界材料の間の組成を体積％で表し、「Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０」、「Ｆｅ_４８Ｐｔ_４２Ｒｈ_１０」などは、規則合金の組成を原子％（ａｔ％）で表す。

基板１０は、表面が平滑である様々な基板であってもよい。例えば、磁気記録媒体に一般的に用いられる材料を用いて、基板１０を形成することができる。用いることができる材料は、ＮｉＰメッキを施したＡｌ合金、ＭｇＯ単結晶、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＳｒＴｉＯ₃、強化ガラス、結晶化ガラス等を含む。

任意選択的に設けてもよい密着層２０は、密着層２０の上に形成される層と密着層２０の下に形成される層との密着性を高めるために用いられる。密着層２０の下に形成される層としては基板１０を含む。密着層２０を形成するための材料はＮｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｕなどの金属、前述の金属を含む合金を含む。密着層２０は、単一の層であってもよいし、複数の層の積層構造を有してもよい。

任意選択的に設けてもよい軟磁性裏打ち層（不図示）は、磁気ヘッドからの磁束を制御して、磁気記録媒体の記録及び再生の特性を向上させる。軟磁性裏打ち層を形成するための材料は、（ｉ）ＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、ＣｏＦｅ合金などの結晶質材料、（ｉｉ）ＦｅＴａＣ，ＣｏＦｅＮｉ，ＣｏＮｉＰなどの微結晶質材料、又は（ｉｉｉ）ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＴａＺｒなどのＣｏ合金を含む非晶質材料を含む。軟磁性裏打ち層の膜厚の最適値は、磁気記録に用いる磁気ヘッドの構造及び特性に依存する。他の層と連続成膜で軟磁性裏打ち層を形成する場合、生産性との兼ね合いから、軟磁性裏打ち層が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内（両端を含む）の膜厚を有することが好ましい。

本発明の磁気記録媒体を熱アシスト磁気記録方式において使用する場合、ヒートシンク層（不図示）を設けてもよい。ヒートシンク層は、熱アシスト磁気記録時に発生する磁気記録層５０の余分な熱を効果的に吸収するための層である。ヒートシンク層は、熱伝導率及び比熱容量が高い材料を用いて形成することができる。そのような材料は、Ｃｕ単体、Ａｇ単体、Ａｕ単体、又はそれらを主体とする合金材料を含む。ここで、「主体とする」とは、当該材料の含有量が５０ｗｔ％以上であることを指す。また、強度などの観点から、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ｂ合金などを用いて、ヒートシンク層を形成することができる。さらに、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、軟磁性のＣｏＦｅ合金などを用いてヒートシンク層を形成することができる。軟磁性材料を用いることによって、ヘッドの発生する垂直方向の磁界を磁気記録層５０に集中させる機能をヒートシンク層に付与し、軟磁性裏打ち層の機能を補完することもできる。ヒートシンク層の膜厚の最適値は、熱アシスト磁気記録時の熱量及び熱分布、ならびに磁気記録媒体の各層の構成及び各層の厚さによって変化する。ヒートシンク層を他の層と連続成膜で形成する場合などは、生産性との兼ね合いから、ヒートシンク層の膜厚は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。ヒートシンク層は、スパッタ法、真空蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。通常の場合、ヒートシンク層は、スパッタ法を用いて形成される。ヒートシンク層は、磁気記録媒体に求められる特性を考慮して、基板１０と密着層２０との間、密着層２０と下地層３０との間などに設けることができる。

下地層３０は、上方に形成されるシード層４０の結晶性及び／又は結晶配向を制御するための層である。下地層３０は単層であっても多層であってもよい。下地層３０は、非磁性であることが好ましい。下地層３０の形成に用いられる非磁性材料は、（ｉ）Ｐｔ金属、Ｃｒ金属などの単金属、又は（ｉｉ）主成分であるＣｒにＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔａ、及びＺｒからなる群から選択される少なくとも１種の金属が添加された合金を含む。下地層３０は、スパッタ法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

シード層４０の機能は、上層である磁気記録層５０中の磁性結晶粒の粒径及び結晶配向を制御することである。シード層４０に、シード層４０の下にある層と磁気記録層５０との間の密着性を確保する機能を持たせてもよい。また、シード層４０と磁気記録層５０の間に中間層等の他の層を配置してもよい。中間層等を配置する場合は、中間層等の結晶粒の粒径及び結晶配向を制御することにより磁気記録層５０の磁性結晶粒の粒径及び結晶配向を制御する。シード層４０は非磁性であることが好ましい。シード層４０の材料は、磁気記録層５０の材料に合わせて適宜選択される。より具体的には、シード層４０の材料は、磁気記録層の磁性結晶粒の材料に合わせて選択される。例えば、磁気記録層５０の磁性結晶粒がＬ１₀型規則合金で形成される場合、ＮａＣｌ型の化合物を用いてシード層４０を形成することが好ましい。特に好ましくは、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃などの酸化物、又はＴｉＮなどの窒化物を用いてシード層４０を形成することができる。また、上記の材料を含む複数の層を積層して、シード層４０を形成することもできる。磁気記録層５０の磁性結晶粒の結晶性の向上、及び生産性の向上の観点から、シード層４０は、１ｎｍ〜６０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。シード層４０は、スパッタ法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

磁気記録層５０は第１磁性層５２及び第２磁性層５４を含む。

第１磁性層５２は、規則合金を構成する元素と、任意選択的に第３元素を含む。第１磁性層は、第２磁性層５４よりも室温におけるＫｕが高い。

規則合金は、Ｆｅ及びＣｏからなる群から選択される少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ及びＩｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素とを含むことができる。好ましい規則合金は、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄ、及びＣｏＰｄからなる群から選択される。規則合金はＬ１₀型規則合金であることも好ましい。好ましい規則合金はＦｅＰｔであり、特に好ましい規則合金は、Ｌ１₀型ＦｅＰｔである。第１磁性層は、第３元素として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等から選択される少なくとも１種の元素をさらに含んでもよい。これらの第３元素は、第１磁性層の特性変調を実現するためのものであり、特性変調には規則合金の規則化に必要な温度の低下を含む。あるいは、第１磁性層を構成する規則合金をＦｅＰｔＲｈとすることができる。この場合には、Ｒｈの比率を第２磁性層よりも低くする。

第１磁性層５２を、ＦｅＰｔを用いて形成する場合、ＦｅとＰｔの比はＦｅ：Ｐｔ＝４０：６０〜６０：４０であることが好ましい。また、第３元素の量は、規則合金を構成する全原子を基準として３〜１５原子％とすることが好ましい。

第１磁性層は、規則合金の構成元素及び任意選択的な第３元素を、スパッタ法を用いて堆積させることにより形成できる。

本明細書における「スパッタする」とは、高エネルギーイオンの衝突によりターゲットから原子、クラスター又はイオンを射出させる段階のみを意味し、射出された原子、クラスター又はイオンに含まれる元素の全てが被成膜基板上に固定されることを意味しない。言い換えると、本明細書における「スパッタする」工程で得られる薄膜は、被成膜基板に到達した元素を必ずしも到達量の比で含有しない。第１磁性層５２の形成において、規則合金の各構成元素と、必要に応じた第３元素とを、全て別々のターゲットを用いることができる。あるいはまた、規則合金の構成元素を含むターゲットと、必要に応じた第３元素のターゲットを用いてもよい。更に、第３元素を必須とする場合は、規則合金の構成元素と第３元素を全て含むターゲットを用いることもできる。いずれの場合においても、それぞれのターゲットに印加する電力を調整して磁性結晶粒及び非磁性結晶粒界の構成比率を制御することができる。

第１磁性層５２を形成する際に基板を加熱する。この加熱の際の基板温度は、３００℃〜４５０℃の範囲内である。この範囲内の基板温度を採用することによって、第１磁性層５２中の規則合金の規則度を向上させることができる。

また、第１磁性層５２は、１〜１０ｎｍ、好ましくは２〜４ｎｍの膜厚を有する。

磁気記録層５０の第２磁性層５４は、規則合金としてＦｅＰｔＲｈを含む。第２磁性層５４は、上述の第３元素を、任意選択的にさらに含むことができる。第２磁性層５４の形成は、Ｒｈターゲットを用いることを除いて、第１磁性層５２と同様のターゲットを用いることができる。また、第２磁性層５４は、上記第１磁性層と同様の条件を用いて形成される。

第２磁性層５４の形成において、Ｒｈの量は、規則合金を構成する全原子を基準として５〜２５原子％であることが好ましい。また、規則合金内のＦｅＰｔの割合は、Ｆｅ：Ｐｔ＝４０：６０〜６０：４０であることが好ましい。更に、第３元素が存在する場合には、その量は、規則合金を構成する全原子を基準として３〜１５原子％であることが好ましい。

また、第２磁性層５４は、３〜１０ｎｍ、好ましくは４〜６ｎｍの膜厚を有する。

理論に拘束されるものではないが、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、第２磁性層へのＲｈの添加について説明する。

磁気記録媒体の磁気記録層において、強磁性層間に、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｒなどの非磁性遷移金属で構成される薄い結合層を挟むことで、隣接する磁性層が反強磁性交換結合することはよく知られている。反強磁性結合エネルギーは、元素の種類、挟む層の構成などによって変化する。上述の元素を用いた結合層について反強磁性交換結合エネルギーの最大値を比較すると、結合層にＲｈを用いた場合の反強磁性交換結合エネルギーが特に大きい。また、Ｒｈは、薄い膜厚から前述の効果を発揮できることが知られている。加えて、本発明者らの実験によれば、ＦｅＰｔ等の規則合金に対してＲｈを添加することで、Ｃｕ等の他の元素を添加する場合に比べて、層のＫｕが同じである場合、層の飽和磁化Ｍｓが小さくなることが判明した。これらの点を総合して考慮すれば、添加したＲｈを介してスピンの向きが反対のカップルが生じる反強磁性結合に類似した現象が、層内で生じているものと推察される。本発明では、第２磁性層において、規則合金ＦｅＰｔＲｈは強磁性材料であるが、例えば図２Ａに示すように、Ｒｈの周辺で局部的に反強磁性的な性質を有する領域がもたらされ、Ｒｈ原子を挟んでＦｅ原子が反対の向きのスピンを有するようにカップルを形成すると考えられる。この結果、磁気特性の修飾が行われているものと考えられる。これは、図２Ｂに示した、Ｒｈを添加していない規則合金であるＦｅＰｔとは異なる特徴であると考えられる。このように、規則合金内部の一部において、添加したＲｈを介した反強磁性的な結合が生じることにより、比較的低温で全体のスピンの乱れを生じさせやすくなり、Ｔｃを低下させ、且つ磁気特性の温度に対する勾配が大きくなるという急峻な温度特性が得られているものと考えられる。

急峻な温度特性が得られることにより、記録する温度領域でＫｕを大きく低減することが可能となるため反転磁界が低下して記録が容易となる。一方で、記録を保持する温度領域は一般的には室温であるが、Ｒｈの添加は室温でのＫｕの低下をもたらす。この結果、Ｒｈの添加は、記録を保持する温度領域での熱安定性の低下をもたらす。従って、第１磁性層を積層するのは熱安定性の確保を目的とするものである。即ち、Ｒｈを添加した第２磁性層に比較して室温でのＫｕが大きな第１磁性層を積層することで、室温での熱安定性を確保することが可能となる。

本発明では、磁気記録層５０が、上記のような第１磁性層５２と第２磁性層５４の積層構造をとることで、記録温度がより低温になり、低磁場での磁化反転が可能となり、且つ、記録を保持する温度での熱安定性が確保できる。

磁気記録層５０では、第１磁性層を基板側に形成し、第２磁性層を磁気記録媒体の外層側に形成してよく、或いは、この逆の構成でもよい。

磁気記録層５０は、第１磁性層及び第２磁性層共に、磁性結晶粒と、磁性結晶粒を取り囲む非磁性結晶粒界とを含むグラニュラー構造を有していてもよい。磁性結晶粒は、前述の規則合金を含むことができる。非磁性結晶粒界は、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯなどの酸化物；ＳｉＮ、ＴｉＮなどの窒化物；炭素（Ｃ）；及びホウ素（Ｂ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むことができる。例えば、非磁性結晶粒界は、炭素（Ｃ）及びホウ素（Ｂ）の混合物を含んでもよい。本発明では、第１磁性層が、規則合金としてＦｅＰｔからなり、非磁性結晶粒界が炭素（Ｃ）からなるＦｅＰｔ−Ｃからなる層を含む層であることが好ましい。磁気記録媒体では、磁性結晶粒と、非磁性結晶粒界の材料の含有量は、磁性結晶粒：５０〜９０ｖｏｌ％、非磁性結晶粒界の材料：１０〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。

磁気記録層５０は、第１磁性層５２及び第２磁性層５４に加えて、１つ又は複数の追加の磁性層をさらに含んでもよい。１つ又は複数の追加の磁性層のそれぞれは、グラニュラー構造又は非グラニュラー構造のいずれを有してもよい。例えば、第１磁性層５２及び第２磁性層５４を含む積層構造と、追加の磁性層とで、Ｒｕなどの結合層を挟んで積層したＥＣＣ（Ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）構造を形成してもよい。あるいはまた、連続層として、グラニュラー構造を含まない磁性層を、第１磁性層５２及び第２磁性層５４を含む積層構造の上部に設けてもよい。連続層は、いわゆるＣＡＰ層を含む。第１磁性層の膜厚は１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、好ましくは１．５ｎｍ以上、４ｎｍ以下である。第２磁性層の膜厚は１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下、好ましくは１．５ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である。

保護層６０は、磁気記録媒体の分野で慣用的に使用されている材料を用いて形成することができる。具体的には、Ｐｔなどの非磁性金属、ダイアモンドライクカーボンなどのカーボン系材料、あるいは窒化シリコンなどのシリコン系材料を用いて、保護層６０を形成することができる。また、保護層６０は、単層であってもよく、積層構造を有してもよい。積層構造の保護層６０は、例えば、特性の異なる２種のカーボン系材料の積層構造、金属とカーボン系材料との積層構造、又は金属酸化物膜とカーボン系材料との積層構造であってもよい。保護層６０は、ＣＶＤ法、スパッタ法（ＤＣマグネトロンスパッタリング法などを含む）、真空蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

また、任意選択的に、本発明の磁気記録媒体は、保護層６０の上に液体潤滑剤層（不図示）をさらに設けてもよい。液体潤滑剤層は、磁気記録媒体の分野で慣用的に使用されている材料を用いて形成することができる。液体潤滑剤層の材料は、例えば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤などを含む。液体潤滑剤層は、例えば、ディップコート法、スピンコート法などの塗布法を用いて形成することができる。

以下に実施例により、本発明を説明するが、以下の実施例は本発明を限定することを意図するものではない。

（実施例１）
本実施例では、基板と、第１磁性層及び第２磁性層からなる磁気記録層を含む磁気記録媒体に対して、磁化反転に必要な磁場強度（反転磁界）と、室温での熱安定性を評価した。２層媒体の反転磁界、及び熱安定性には、各層のＭｓ，Ｈｋ，交換結合定数、容易軸分散等が関わり、さらに熱アシスト媒体の場合には、それらの温度依存性が加わるため、解析的な計算により見積もることは難しい。そのため、マイクロマグネティックシミュレーションを使用した。なお、反転磁界は、書き込み性を示す物理量でもある。

評価した磁気記録媒体は、第１磁性層にＦｅＰｔ（２ｎｍ）、第２磁性層にＦｅＰｔＸ（５ｎｍ）（Ｘ＝Ｒｈ又はＣｕ）を積層した膜構成で、記録温度を４５０Ｋとした時の、磁化反転に必要な磁場強度と、室温での熱安定性を計算した。シミュレーションにおいて、磁性粒子は７ｎｍ径の柱状を仮定した。

マイクロマグネティックシミュレーションは、磁性体の磁化状態を求める数値計算手法の一つであり、解析領域を微小な計算セルに分割し、各セル内の複数の原子スピンによる磁気モーメントを、大きさが一定で方向のみが変化する一つのマクロな磁気モーメントにより代表させることを特徴とする。

マイクロマグネティックシミュレーションでは、磁気モーメントの時間発展を求めるために、通常Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程式と呼ばれる磁気モーメントの歳差運動と制動運動を表した微分方程式が用いられる。

本シミュレーションでは、磁性粒子を７ｎｍ角の四角柱とし、これを縦及び横にそれぞれ１６個並べ、合計２５６個の磁性粒子により磁気記録層を構成した。そして解析領域全体を縦、横及び高さが７ｎｍ×７ｎｍ×２ｎｍの直方体セルで離散化した。また、磁気エネルギーとして、静磁界エネルギー、交換エネルギー、異方性エネルギー、ゼーマンエネルギー、及び熱エネルギーを考慮した。

第１層と第２層の磁気特性は表１に示す通りであった。各層は以下の手順で各々成膜し、磁気特性を評価した。

平滑な表面を有する化学強化ガラス基板（ＨＯＹＡ社製Ｎ−１０ガラス基板）を洗浄し、基板１０を準備した。洗浄後の基板１０を、インライン式のスパッタ装置内に導入した。圧力０．５ＰａのＡｒガス中で純Ｔａターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により、膜厚５ｎｍのＴａ密着層２０を形成した。Ｔａ密着層形成時の基板温度は室温（２５℃）であった。Ｔａ密着層形成時のスパッタ電力は１００Ｗであった。

次に、圧力０．５ＰａのＡｒガス中で純Ｃｒターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により、膜厚２０ｎｍのＣｒ下地層３０を得た。Ｃｒ下地層３０形成時の基板温度は室温（２５℃）であった。Ｃｒ下地層３０形成時のスパッタ電力は３００Ｗであった。

次に、圧力０．１ＰａのＡｒガス中でＭｇＯターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚５ｎｍのＭｇＯシード層４０を形成した。ＭｇＯシード層４０形成時の基板温度は、室温（２５℃）であった。ＭｇＯシード層４０形成時のスパッタ電力は２００Ｗであった。

次に、ＭｇＯシード層４０を形成した積層体を４３０℃に加熱し、圧力１．５ＰａのＡｒガス中でＦｅＰｔターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により、ＦｅＰｔからなるＦｅＰｔ層を形成した。ＦｅＰｔ層の膜厚は１０ｎｍであった。ＦｅＰｔ層形成時のターゲットに印加した電力は、３００Ｗ（ＦｅＰｔ）であった。ＦｅＰｔからなる層の各元素の含有量を第１表に記載した。

ＦｅＰｔＲｈからなる層は、ＭｇＯシード層４０を形成した積層体を４３０℃に加熱し、圧力１．５ＰａのＡｒガス中でＦｅＰｔターゲットと、Ｒｈターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜した。ＦｅＰｔＲｈの組成は、Ｆｅ_４８Ｐｔ_４２Ｒｈ_１０であった。ＦｅＰｔＲｈからなる層を形成する時の各ターゲットに印加した電力は、３００Ｗ（ＦｅＰｔ）及び１３０Ｗ（Ｒｈ）であった。膜厚は１０ｎｍであった。また、ＦｅＰｔＣｕからなる層は、上記ＦｅＰｔＲｈからなる層の形成と同様にして、ＦｅＰｔターゲットとＣｕターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜した。ＦｅＰｔＣｕの組成はＦｅ_４８Ｐｔ_４２Ｃｕ_１０であった。ＦｅＰｔＣｕからなる層を形成する時の各ターゲットに印加した電力は、それぞれ、３００Ｗ（ＦｅＰｔ）及び８０Ｗ（Ｃｕ）であった。膜厚は１０ｎｍであった。以上の手順で、磁気記録層を形成した。ＦｅＰｔＲｈからなる層、及び、ＦｅＰｔＣｕからなる層の各元素の含有量を第１表に記載した。

最後に、圧力０．５ＰａのＡｒガス中でＰｔターゲットを用いたＤＣスパッタ法により膜厚５ｎｍのＰｔ保護層６０を形成して、磁気記録媒体を得た。保護層形成時の基板温度は、室温（２５℃）であった。Ｐｔ保護層６０の形成時のスパッタ電力は５０Ｗであった。

振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、得られた磁気記録媒体の飽和磁化Ｍｓを測定した。また、得られた磁気記録媒体を室温（ＲＴ：２９８Ｋ（２５℃））及び４５０Ｋに加熱して、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温及び４５０Ｋにおける飽和磁化Ｍｓ（Ｔ）を測定した。また、室温及び４５０Ｋの温度を含む複数の測定温度Ｔと飽和磁化の二乗Ｍｓ²（Ｔ）をプロットし、最小二乗法により回帰直線を得た。得られた回帰直線をＭｓ²＝０の点まで外挿し、キュリー温度Ｔｃを求めた。結果を第１表に示す。

さらに、異常ホール効果を用いて、得られた磁気記録層５０の磁気異方性定数Ｋｕを求めた。具体的には、室温（ＲＴ）において、７Ｔの外部磁場の下で磁気トルク曲線を測定し、得られたトルク曲線のフィッティングにより、室温における磁気異方性定数Ｋｕ（ＲＴ）を算出した。略語「ＲＴ」は、室温（２９８Ｋ（２５℃））を意味する。

続いて、式（１）を用いて、室温及び温度４５０Ｋにおける磁気異方性定数Ｋｕ（Ｔ）を求めた。

Ｋｕ（Ｔ）＝Ｋｕ（ＲＴ）×［Ｔｃ−Ｔ］／［Ｔｃ−ＲＴ］ （１）

さらに、式（２）を用いて、室温及び温度４５０Ｋにおける飽和磁化Ｍｓ（Ｔ）及び磁気異方性定数Ｋｕ（Ｔ）から、室温及び４５０Ｋにおける異方性磁界Ｈｋ（Ｔ）を求めた。

Ｈｋ（Ｔ）＝２×Ｋｕ（Ｔ）／Ｍｓ（Ｔ） （２）

シミュレーションの結果は、表２の通りとなった。なお、ＦｅＰｔ（７ｎｍ）単層膜も比較のため計算した。熱安定性は、以下の式より求めることができる。

熱安定性＝Ｋｕ・Ｖ／ｋＴ
但し、Ｋｕ：磁気異方性定数
Ｖ： 磁性微粒子１個の体積
ｋ： ボルツマン定数
Ｔ： 絶対温度

結果として、ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ積層膜の条件で反転磁界が１７ＫＯｅとなり、磁気ヘッドで記録可能な値となった。ＦｅＰｔＣｕ／ＦｅＰｔ及びＦｅＰｔ単層膜においては、反転磁界が２０ｋＯｅを超えており、磁気ヘッドでの書込みは不可である。記録温度４５０Ｋでは、ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔの構成のみで、記録可能であることが分かった。

また、室温（３００Ｋ）における熱安定性を比較した結果、ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ、ＦｅＰｔＣｕ／ＦｅＰｔで同等となった。

なお、上記シミュレーションにおいて、記録温度を４５０Ｋとする理由は、一般的に用いられる潤滑剤の熱分解温度が４５０Ｋ程度であるため（特許文献３参照：Ｐ．１６ 表１、Ｚ−ｄｏｌ）である。

また、評価において、反転磁界が２０ｋＯｅ以下を好ましい値とした。その理由は、一般的に、現状の記録磁界として使われている値が、１８ｋＯｅ〜２０ｋＯｅ程度（特許文献４参照：段落００３４、００４６など）であるためである。また、記録ヘッドの磁極として用いられる高Ｂｓ材料がすでに物理的限界であり、現時点で、現状以上の記録磁界の増加は見込めないためでもある。

第１磁性層を高いＫｕを有する層（例えばＦｅＰｔ、第２磁性層よりも低Ｒｈ濃度のＦｅＰｔＲｈ）とすることで、全体としてのＫｕを維持することができる。

記録ヘッドの磁界は２０ｋＯｅ程度が限界といわれている。上記磁気記録媒体の構成で、より低温で、反転磁界を磁気ヘッドで出すことが可能な２０ｋＯｅ以下にすることができる。

以上の結果より、Ｒｈ添加はＣｕ添加に比べ、熱安定は同等で、記録温度及び記録磁場を低減する効果があることが分かる。

本明細書において、磁気記録層の層構成を「／」を用いて記述することがある。この表記において、「／」の左側は第２磁性層を表し、「／」の右側は第１磁性層を表す。従って、例えば「ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ」と表した場合、第１磁性層はＦｅＰｔからなる層であり、第２磁性層はＦｅＰｔＲｈからなる層であることを意味する。

（実施例２）及び（比較例）
本実施例は、第１磁性層にＦｅＰｔ−Ｃ（２ｎｍ）を成膜し、第２磁性層にＦｅＰｔ−Ｒｈ（３ｎｍ）、又は、ＦｅＰｔ（３ｎｍ）を成膜した磁気記録媒体を作成し、室温（ＲＴ）での飽和磁化（Ｍｓ）及び保磁力（Ｈｃ）と、４５０Ｋでの保磁力（Ｈｃ）及び３００Ｋでの熱安定性を測定した。

実施例１と同様にして、ガラス基板（ＨＯＹＡ社製Ｎ−１０ガラス基板）を準備し、膜厚５ｎｍのＴａ密着層２０、膜厚２０ｎｍのＣｒ下地層３０、及び、膜厚５ｎｍのＭｇＯシード層４０を形成した。

＜第１磁性層の成膜＞
次に、ＭｇＯシード層４０を形成した積層体を４５０℃に加熱し、圧力１．５ＰａのＡｒガス中でＦｅＰｔ−Ｃターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により、６０vol%Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０−４０vol%ＣからなるＦｅＰｔ−Ｃ層を形成した。ＦｅＰｔ−Ｃ層の膜厚は２ｎｍであった。ＦｅＰｔ−Ｃ層を形成する時のターゲットに印加した電力は、３００Ｗであった。ＦｅＰｔ−Ｃからなる層の各元素の含有量を第３表に記載した。ＦｅＰｔ−Ｃ層は、ＦｅＰｔと磁性結晶粒とし、Ｃ（カーボン）を非磁性粒界材料とするグラニュラー構造を有している。

＜第２磁性層の成膜＞
第２磁性層として、ＦｅＰｔＲｈからなる層（実施例２）またはＦｅＰｔからなる層（比較例）を形成した。ＦｅＰｔＲｈからなる層は、ＭｇＯシード層４０を形成した積層体を４５０℃に加熱し、圧力１．５ＰａのＡｒガス中でＦｅＰｔＲｈターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により、成膜した。ＦｅＰｔＲｈからなる層を形成する時のターゲットに印加した電力は、３００Ｗであった。また、ＦｅＰｔからなる層は、上記ＦｅＰｔＲｈからなる層と同様にして、ＦｅＰｔターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜した。ＦｅＰｔからなる層を形成する時のターゲットに印加した電力は、３００Ｗであった。ＦｅＰｔＲｈからなる層及びＦｅＰｔからなる層の膜厚は３ｎｍであった。ＦｅＰｔＲｈからなる層、または、ＦｅＰｔからなる層の各元素の含有量を第３表に記載した。

最後に、実施例１と同様にして膜厚５ｎｍのＰｔ保護層６０を形成して、磁気記録媒体を得た。表３に層構成を示す。

ここで、本実施例では、第１磁性層の材料としてＦｅＰｔ−Ｃを用いた。これは、第１磁性層の材料にＦｅＰｔ用い、第２磁性層の材料にＦｅＰｔＲｈを用いて成膜を行うと、規則性が悪くなるためである。なお、ＦｅＰｔ−ＣとＦｅＰｔの間で、Ｋｕ等は変わらない。従って、第１磁性層の材料としてＦｅＰｔ−Ｃを用い、第２磁性層の材料としてＦｅＰｔＲｈ又はＦｅＰｔを用いて磁気記録層を形成し、熱安定性等の特性を検証した。

振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて得られた磁気記録媒体の飽和磁化Ｍｓを、室温（ＲＴ：２９８Ｋ（２５℃））で測定した。また、得られた磁気記録媒体を室温（ＲＴ：２９８Ｋ（２５℃））及び４５０Ｋに加熱して、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温及び４５０Ｋにおける保磁力（Ｈｃ）を測定した。熱安定性と、従来より低温の４５０Ｋでの書き込み性を４５０ＫでのＨｃで評価した。結果を表４に示す。

ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ−Ｃの磁気記録層を含む磁気記録媒体は、熱安定性が６０より大きく、良好な長期信頼性が得られる。また、４５０ＫにおけるＶＳＭ測定による保磁力も６．６ｋＯｅと小さく、実際のヘッド書き込み時の反転磁界が２０ｋＯｅ以下になると想定される。また、Ｍｓが大きかった。そのため、磁気記録媒体での信号強度が大きくなり都合がよいと考えられる。

一方、第１磁性層と第２磁性層のＫｕがほぼ同じＦｅＰｔ／ＦｅＰｔ−Ｃの磁気記録層を含む磁気記録媒体は、熱安定性が６０より大きく、良好な長期信頼性が得られるものの、４５０ＫにおけるＶＳＭ測定による保磁力（Ｈｃ）が９．７ｋＯｅと大きく、実際のヘッド書き込み時の反転磁界が２０ｋＯｅより大きくなってしまうと想定される。

以上のとおり、実際の磁気記録媒体においても、シミュレーションと同じ結果が得られた。ＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ−ＣをＦｅＰｔ／ＦｅＰｔ−Ｃと比較すると、反転磁界に対応する保磁力（Ｈｃ）がＦｅＰｔＲｈ／ＦｅＰｔ−Ｃで低下した。また、熱安定性は、ＦｅＰｔＲｈで若干の低下が観測されたが、ＦｅＰｔ／ＦｅＰｔ−Ｃとほぼ同程度の安定性が実現できた。

１０ 基板
２０ 密着層
３０ 下地層
４０ シード層
５０ 磁気記録層
５２ 第１磁性層
５４ 第２磁性層
６０ 保護層

Claims (3)

1. 基板と、第１磁性層及び第２磁性層を含む磁気記録層とを含む磁気記録媒体であって、
   前記第２磁性層は、ＦｅＰｔＲｈ規則合金を含み、
   前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、基板側に第１磁性層が形成され、第１磁性層の上層に第２磁性層が形成されており、
   前記第１磁性層は、その室温における磁気異方性定数（Ｋｕ）が、第２磁性層の室温におけるＫｕよりも大きいことを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記第１磁性層は、ＦｅＰｔ規則合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 前記第１磁性層及び第２磁性層は、磁性結晶粒と、該磁性結晶粒を取り囲む非磁性結晶粒界とを含むグラニュラー構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記録媒体。