JP6442978B2

JP6442978B2 - 磁気記録再生装置

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Publication number: JP6442978B2
Application number: JP2014217213A
Authority: JP
Inventors: 青山　勉; 勉青山; 明政海津; 哲人篠原; 添野　佳一; 佳一添野
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Description

本発明は、磁気記録再生装置に関し、マイクロ波アシスト記録方式を用いた磁気記録再生装置に関する。

ハードディスク装置においては、磁気記録密度の向上に向け磁気記録媒体および磁気ヘッドの性能向上が要求されている。磁気記録媒体においては、記録密度を増加させる場合、再生に必要な信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保するため、磁気記録媒体の記録層を構成する磁性粒子の寸法を小さくする必要がある。しかし、磁性粒子の寸法を小さくすると、磁性粒子の体積が減少し、熱揺らぎによる磁化消失を起こしやすくなる。

これを防止し安定な記録状態を維持するために、磁気記録媒体の記録層を構成する磁性粒子の磁気異方性エネルギー（以下、単にＫｕという場合がある）を高める必要がある。一軸磁気異方性を有する磁性粒子において、磁化反転をさせるために必要な磁界の大きさは異方性磁界Ｈｋと呼ばれ、飽和磁化ＭｓとＫｕからＨｋ＝２Ｋｕ／Ｍｓと表される。従って、Ｋｕの大きな材料を用いた場合、Ｈｋが大きくなり、磁気記録媒体に記録を行うために強い記録磁界が必要となる。

一方、磁気ヘッドが発生する磁界の強度は、磁気ヘッドの材料および形状で制限されるため、記録が困難になる可能性がある。

この技術課題を解決するために、ＥＣＣ媒体（ＥｘｃｈａｎｇｅＣｏｕｐｌｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅ媒体）が検討されている。ＥＣＣ媒体とは磁気特性の異なる磁性層、すなわち高Ｋｕ磁性層と低Ｋｕ磁性層を有し、両磁性層間の結合力を制御することで、熱安定性を維持しつつ磁気記録媒体の記録反転磁界を低減するものである。（特許文献１および２）

また、記録時の磁気記録媒体に補助的にエネルギーを与えて実効的な記録磁界強度を低下させるエネルギーアシスト記録が提案されている。補助的なエネルギー源としてマイクロ波磁界を用いた記録方式は、マイクロ波アシスト磁気記録（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｓｓｉｓｔｅｄＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｃｏｒｄｉｎｇ：ＭＡＭＲ）と呼ばれ、実用化に向けた研究開発が進められている。

マイクロ波アシスト磁気記録方式の一例としては、磁気ヘッドの記録素子を構成する主磁極と後端（トレーリング）シールドの磁気ギャップ内に多層の磁性薄膜で構成されたＳＴＯ（ＳｐｉｎＴｏｒｑｕｅＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を形成し、ＳＴＯの自励発振により面内方向のマイクロ波磁界を発生させて磁気記録媒体に印加して磁化の歳差運動を誘起し、垂直方向の磁化反転をアシストしようとするものがある。具体的には多層の磁性薄膜から構成されたＳＴＯのＦＧＬ（ＦｉｅｌｄＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＬａｙｅｒ）を高周波で自励発振させ、その表面から発生する漏れ磁界を磁気記録媒体に印加してマイクロ波アシストするものである。本アシスト方式を自励方式と呼ぶ（特許文献３）。

自励方式に対して、磁気ヘッドの主磁極の近傍に線路を配置し、その線路に外部からマイクロ波帯域の高周波電流を通電して主磁極近傍に高周波面内磁界を発生させ、これを主磁極が発生する垂直記録磁界に重畳させて磁化反転をアシストする装置が考案された。本アシスト方式を他励方式と呼ぶ。（特許文献４）

特開２００５−２２２６７５号公報特開２０１１−１１３６０４号公報特開２００９−０６４４８７号公報特開２００７−２９９４６０号公報

Ｔ．Ｔａｎａｋａ，Ｎ．Ｎａｒｉｔａ，Ａ．Ｋａｔｏ，Ｙ．Ｎｏｚａｋｉ，Ｙ．Ｈｏｎｇ，ａｎｄＫ．Ｍａｔｓｕｙａｍａ， ‘ＭｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｔｕｄｙｏｆＭｉｃｒｏｗａｖｅ−ＡｓｓｉｓｔｅｄＭａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎＲｅｖｅｒｓａｌｓｏｆＥｘｃｈａｎｇｅ−ＣｏｕｐｌｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＮａｎｏｐｉｌｌａｒｓ’ ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１，５６２（２０１３）．Ｙ．ＴａｎｇａｎｄＪ．Ｇ．Ｚｈｕ， ‘ＮａｒｒｏｗｔｒａｃｋｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｂｙＡＣｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｌａｙｅｒｉｎｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｒｅｃｏｒｄｉｎｇ’ ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１１，３３７６（２００８）．

記録密度を向上させるためには、記録信号のビット長（磁化反転間隔）を短くし、記録トラック幅を狭くすることが必要である。ＥＣＣ媒体とマイクロ波アシスト磁気記録方式の組合せによって微粒子化した高磁気異方性エネルギー媒体の磁化反転に必要な磁界強度を低減させることが可能であることが知られている（非特許文献１）。しかしながら、磁化反転に必要な磁界強度を低減することにより、磁気異方性エネルギーの高い媒体への記録が可能となるが、同時にトラック幅方向への記録の広がりが生じ易くなり、トラック密度を向上させることが困難になってしまう問題が生じる。また、狭い記録トラック幅を実現させる方法については、マイクロ波を発生する素子の寸法を小さくし、マイクロ波の強度分布を極小化すること以外、有用な手段が見出されていない。（非特許文献２）

具体的には、磁気ヘッドの主磁極近傍に配置されたマイクロ波線路が発生するマイクロ波を利用する他励式マイクロ波アシスト磁気記録方式において、高いＳＮＲおよび狭い記録トラック幅を同時に実現させるＥＣＣ媒体の記録層の好適な仕様およびマイクロ波の印加方法が明らかではなかった。

本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、マイクロ波アシスト磁気記録において、適したＥＣＣ媒体とマイクロ波の印加方法を最適化し、高いＳＮＲと狭トラック幅を同時に実現する磁気記録再生装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気記録再生装置は、非磁性基板上に、少なくとも２層以上の磁性層を積層した記録層を有する磁気記録媒体と、磁気記録媒体の記録面に対して略垂直方向に記録磁界を印加する主磁極と、マイクロ波磁界を発生するマイクロ波発生素子とを有する磁気ヘッドとを備え、磁気記録媒体の記録層を構成する２層以上の磁性層のうち、最も磁気異方性エネルギーが低い磁性層の厚みＴｓと記録層の厚みＴｔとの関係が、Ｔｓ／Ｔｔ≦０．２であり、マイクロ波発生素子が、磁気ヘッドの主磁極が発生する記録磁界よりも広い幅のマイクロ波磁界を磁気記録媒体に対して直接印加することを第１の特徴とする。

上記特徴の本発明によれば、磁気媒体記録面の略水平方向にヘッドの主磁極が発生する記録磁界よりも広い幅のマイクロ波磁界を畳重させることにより、高いＳＮＲと狭いトラック幅を両立することが可能である。

さらに本発明に係る磁気記録再生装置は、マイクロ波発生素子は媒体対向面側の先端部のトラック幅方向の幅が主磁極のトラック幅方向の幅よりも長い線路であることを第２の特徴とする。

上記特徴の本発明によれば、記録領域のトラック幅方向において、マイクロ波電流を通電することにより、強度および振動方向が均一なマイクロ波磁界を印加することができ、高いＳＮＲを向上させることが可能である。

さらに本発明に係る磁気記録再生装置は、記録層の厚み方向の中心位置における前記主磁極の後縁部の中心位置に対応する位置のマイクロ波磁界強度（Ｈａｃ）と記録層の実効的異方性磁界（Ｈｋ＿ｅｆｆ）の関係がＨａｃ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ／１０であることを第３の特徴とする。

上記特徴の本発明によれば、ヘッドの主磁極が発生する記録磁界にマイクロ波磁界を畳重させて連続してトラックを記録した際に、高いＳＮＲを維持して、隣接するトラックへの影響を抑制することが可能である。

さらに本発明に係る磁気記録再生装置は、記録層のＨｋ＿ｅｆｆが１０ｋＯｅ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ≦３０ｋＯｅであることを第４の特徴とする。

上記特徴の本発明によれば、ヘッドの主磁極が発生する記録磁界にマイクロ波磁界を畳重させて記録した際に、熱揺らぎによる記録情報の消失を防止して、高いＳＮＲでの情報記録が可能である。

本発明によれば、マイクロ波アシスト記録に適したＥＣＣ媒体とマイクロ波の印加方法を最適化することにより、高いＳＮＲと狭いトラック幅を同時に実現することが可能な磁気記録再生装置を提供することができる。

本実施形態における磁気記録再生装置の構成図である図１Ａの磁気記録再生装置における駆動アーム１２と磁気ヘッド１５の詳細構成を示す図である。図１Ａの磁気記録再生装置における磁気ヘッド１５の一部である再生ヘッド部１８と記録ヘッド部１９の詳細構成を示す図である。図１Ａの磁気記録再生装置における磁気記録媒体１１の断面模式図である。図１Ｃの再生ヘッド部１８および記録ヘッド部１９の断面図である。図３ＡのＡ方向から見た主磁極２１および線路２８の先端の形状を示す図である。図３ＡのＢ方向から見た主磁極２１および線路２８の媒体対向面側の形状を示す図である。ＴｓとＴｔの比率を変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果を示す図である。ＴｓとＴｔの比率を変化させた場合の実効記録トラック幅のシミュレーション結果を示す図である。Ｈａｃを変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果（Ｈｋ＿ｅｆｆ＝８ｋＯｅ）を示す図である。Ｈａｃを変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果（Ｈｋ＿ｅｆｆ＝１０ｋＯｅ）を示す図である。Ｈａｃを変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果（Ｈｋ＿ｅｆｆ＝２０ｋＯｅ）を示す図である。Ｈａｃを変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果（Ｈｋ＿ｅｆｆ＝３０ｋＯｅ）を示す図である。Ｈａｃを変化させた場合のＳＮＲのシミュレーション結果（Ｈｋ＿ｅｆｆ＝４０ｋＯｅ）を示す図である。

本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１Ａは第１の実施形態に係る磁気記録再生装置１０の全体構成を示す図である。垂直記録式の磁気記録媒体１１と、磁気記録媒体１１に対して磁気信号の記録および再生を行うために磁気記録媒体１１の表面に近接して浮上可能であるように設置された垂直記録式の磁気ヘッド１５と、を備えている。制御回路１４は、ボイスコイルモータ１３を駆動源として駆動アーム１２を旋回させることにより、磁気記録媒体１１の所定の領域まで磁気ヘッド１５を移動させ、所定の記録および再生動作を行う。

図１Ｂに示されるように、駆動アーム１２の先端部に磁気ヘッド１５が磁気記録媒体１１に対向するように設けられている。

図１Ｃは、磁気ヘッド１５を媒体対向面側から見た図である。磁気ヘッド１５は、略直方体構造のスライダ基体１６を有する。スライダ基体１６は、浮上特性に直接関与する空気摺動面１７を有しており、磁気記録媒体１１の進行方向Ｍに対向する磁気ヘッド１５の進行方向の後ろ側に存在する側端面に、再生ヘッド部１８、記録ヘッド部１９を備えている。

磁気記録媒体１１は、図２に示すとおり、非磁性基板上３０に軟磁性裏打ち層３１、非磁性下地層３２を介し垂直磁気異方性を有する第１の磁性層３３、第１の磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い垂直磁気異方性を有する第２の磁性層３４、保護層３５で形成されている。

基板３０の材料としては、ガラス、ＮｉＰで被覆したＡｌ合金、Ｓｉ、Ａｌ_２Ｏ_３等の非磁性材料を用いることができる。

軟磁性裏打ち層３１の材料としては、Ｆｅ合金、Ｃｏアモルファス合金、フェライト等を用いることができる。なお、軟磁性裏打ち層３２は、軟磁性を有する層と非磁性層との積層構造であってもよい。

第１の磁性層３３および第２の磁性層３４の材料としては、ＣｏＣｒＰｔ合金等のＣｏ及びＣｒを含む合金、Ｃｏ及びＰｔを含む合金、Ｃｏ及びＰｄを含む合金、Ｆｅ及びＰｔを含む合金、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、これらの積層体、ＳｉＯ２等の酸化物材料の中にＣｏＰｔ等の強磁性粒子をマトリックス状に含ませた材料等を用いることができる。第１の磁性層３３、および第２の磁性層３４からなる記録層３６は、磁気記録媒体１１の表面に垂直な方向に磁化されるように配向されている。これらの磁性層を構成する元素の比率を変更することにより磁性層の磁気異方性エネルギーの大きさを制御することができる。例えばＣｏＰｔＣｒ合金の場合、Ｐｔの比率を高めることによって磁気異方性エネルギーは大きくなる。また、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｎ、Ｃｕなどの非磁性元素を添加することによって磁性層を構成する強磁性粒子の結晶性および配向性が変化するため、磁気異方性エネルギーを任意の大きさに制御することができる。このようにして、第１の磁性層３３および第２の磁性層３４の磁気異方性エネルギーをそれぞれに適した大きさに調整することができる。高異方性磁性層である第１の磁性層３３の異方性磁界をＨｋ＿ｈ、低異方性磁性層である第２の磁性層３４の異方性磁界をＨｋ＿ｓとしたとき、これらは、１５ｋＯｅ≦Ｈｋ＿ｈ≦５０ｋＯｅ、１０Ｏｅ≦Ｈｋ＿ｓ≦１０００Ｏｅであることが好ましい。

磁気ヘッド１５は図３Ａに示すとおり、再生ヘッド部１８と記録ヘッド部１９から構成される。再生ヘッド部１８は、記録ヘッド部１９の前側（磁気記録媒体１１の進行方向Ｍに対向する相対的な磁気ヘッド１５の進行方向の前側）に設置されている。再生ヘッド部１８は、ＭＲ素子２５と、ＭＲ素子２５よりも前側に設置された前部リードシールド２６と、ＭＲ素子２５よりも後ろ側（磁気記録媒体１１の進行方向Ｍに対向する相対的な磁気ヘッド１５の進行方向の後側）に設置された後部リードシールド２７とを備えている。

記録ヘッド部１９は、磁気記録媒体１１の記録面に対して略垂直方向に記録磁界を印加するための主磁極２１と、主磁極２１を励磁するための励磁コイル２３と、主磁極２１よりも前側に設置されたリーディングシールド２４と、主磁極２１よりも後側に設置されたトレーリングシールド２２を備えている。

主磁極２１の材料としては、Ｃｏを含む合金、Ｆｅを含む合金、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、Ｆｅ及びＮｉを含む合金、Ｆｅ及びＮを含む合金、Ｆｅ及びＡｌを含む合金等の軟磁性材料を用いることができる。

線路２８はマイクロ波発生素子であり、線路２８にマイクロ波電流を通電することによって、線路先端部２８Ａから磁気記録媒体１２の面内方向に振動するマイクロ波磁界が発生する。

図３Ｂは図３Ａを媒体対向面であるＡ方向から見た主磁極２１と線路２８の先端部２８ａの位置および寸法関係を示した図である。Ｐｗは主磁極２１の媒体対向面におけるトラック幅方向の幅を示し、Ｗｗは線路先端部２８ａの媒体対向面に平行な部分のトラック幅方向の長さを示す。

図３Ｃは図３Ａを媒体進行方向Ｍに対向するＢ方向から見た主磁極２１と線路２８の位置および寸法関係を示した図である。Ｐｗは主磁極２１の媒体対向面におけるトラック幅方向の幅を示し、Ｗｗは線路先端部２８ａの媒体対向面に平行な部分のトラック幅方向の長さを示す。

マイクロ波発生素子である線路２８は、主磁極２１が発生する記録磁界よりも広い幅のマイクロ波磁界を磁気記録媒体１１に印加する。主磁極幅Ｐｗより長さＷｗが長い線路先端部２８ａにマイクロ波電流を通電することにより、記録トラック幅の領域に強度および振動方向が均一な、主磁極２１の発生する磁界よりも広い幅のマイクロ波磁界を発生させることができる。強度および振動方向が均一であることは主磁極２１が発生する記録磁界分布に沿った磁化反転領域を形成する観点で重要である。主磁極幅より線路端部が短い場合、線路の折れ曲がり部から強度および振動方向が均一でないマイクロ波が発生してしまうため好ましくない。

磁気記録媒体１１は、最も磁気異方性エネルギーが低い第２の磁性層３４の厚みをＴｓ、記録層３６の厚みをＴｔと定義した場合、次の（式１）を満足するように設計されている。

Ｔｓ／Ｔｔ≦０．２・・・・（式１）

この厚みの範囲において、マイクロ波磁界を印加して記録した場合、狭い記録トラック幅と高いＳＮＲを実現することができる。

また、マイクロ波磁界を印加した場合のＳＮＲの向上と狭い記録トラック幅を実現するために、記録層３６の厚み方向の中心位置における主磁極２１の後縁部の中心位置Ａに対応する位置（中心位置Ａの直下の位置）のマイクロ波磁界強度（Ｈａｃ）と記録層３６の実効的異方性磁界（Ｈｋ＿ｅｆｆ）の関係が、次の（式２）を満足していることが望ましい。

Ｈａｃ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ／１０・・・・（式２）

ここで、主磁極２１の後縁部の中心位置Ａとは、図３Ｂに示すように、主磁極２１の後ろ側（磁気記録媒体１１の進行方向Ｍに対向する相対的な磁気ヘッド１５の進行方向の後ろ側）の縁部である後縁部におけるトラック幅方向の中心位置である。

また、マイクロ波磁界を印加した場合の狭い記録トラック幅と高いＳＮＲを実現するために、記録層３６のＨｋ＿ｅｆｆが、次の（式３）を満足していることが望ましい。

１０ｋＯｅ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ≦３０ｋＯｅ・・・・（式３）

次に（式１）〜（式３）に示した範囲が望ましい理由を説明する。

（シミュレーション例１）
磁気記録媒体１１の磁化反転におけるマイクロ波アシスト効果を調べるために、磁気記録媒体１１の記録層３６の磁化状態をＬＬＧ方程式（式４）を用いて解析した。

・・・・（式４）

ここで、γはジャイロ磁気定数、αはダンピング定数であり、有効磁界Ｈｅｆｆは、異方性磁界Ｈａ（＝Ｈｋｃｏｓθ、θは磁化と磁化容易軸のなす角）、反磁界Ｈｄ、外部磁界Ｈｄｃ、熱磁界Ｈｈおよびマイクロ波磁界Ｈａｃの５成分の和で構成される。磁気記録媒体１１に平行な面をｘ−ｙ平面とし、ヘッドの進行方向をｘ、トラック幅方向をｙとした。マイクロ波磁界Ｈａｃは、ｘ−ｙ平面のｘ方向に振動する直線偏光磁界として印加した。

記録層３６は、２０４８個の磁性粒子の集合体で、異方性磁界Ｈｋの大きさに１０％、角度に２度の分散を持たせたモデルとした。Ｈｋ＿ｅｆｆは、記録層３６トータルの実効的な異方性磁界で、外部磁界Ｈｄｃを、磁化困難軸である記録層の面内方向に印加し、記録層３６の磁化が面内方向に飽和する磁界強度として定義した。

記録層３６は磁気異方性エネルギーの異なる２つの磁性層を積層した構成とし、最も磁気異方性エネルギーが低い第２の磁性層３４（低異方性磁性層）の厚みをＴｓ、最も磁気異方性エネルギーの高い第１の磁性層３３（高異方性磁性層）の厚みをＴｈとし、層間の交換結合定数Ｊは２ｅｒｇ／ｃｍ２とした。また、それぞれの磁性層の磁気特性は、高異方性磁性層は、Ｈｋ＿ｈ＝２０ｋＯｅ、Ｍｓ＿ｈ＝６００ｅｍｕ／ｃｃ、低異方性磁性層は、Ｈｋ＿ｓ＝５０Ｏｅ、Ｍｓ＿ｓ＝１０００ｅｍｕ／ｃｃを基本として、Ｈｋ＿ｈ、Ｍｓ＿ｈ、Ｈｋ＿ｓ、Ｍｓ＿ｓおよびＪの値は、解析内容に応じてＨｋ＿ｅｆｆが所定の値となるように、１５ｋＯｅ≦Ｈｋ＿ｈ≦５０ｋＯｅおよび１０Ｏｅ≦Ｈｋ＿ｓ≦１０００Ｏｅの範囲内で変化させた。また、平均粒子間隔は７．５ｎｍとし、粒子サイズは９％の分散を持たせ、充填率は７０％とした。

記録シミュレーションでは、単磁極型の垂直記録用ヘッドをモデル化し、有限要素法で三次元の磁界分布を求め、ヘッド記録磁界として使用した。マイクロ波磁界は主磁極２１のトラック幅方向の幅よりも長い線路に高周波電流を通電することによって発生する磁界であり、解析領域（４８０ｎｍ×９６０ｎｍ）内で強度が一様なヘッド進行方向に振動する直線偏光磁界として与えた。再生シミュレーションは、ＴＭＲ再生ヘッドをモデル化し、有限要素法で計算した再生感度分布を用いて行った。

記録再生シミュレーションは、以下に述べる手順で行った。
１）記録層３６の初期磁化をランダム（交流消磁状態）とし、解析領域の中央に、
５２５ｋｆｃｉ（磁化反転間隔：４８．４ｎｍ）の信号を記録する。
２）記録層３６の記録後の磁化パターンから５２５ｋｆｃｉの信号が記録された領域の幅を解析し、磁気記録幅（ＭＷＷ）を求める。
３）再生シミュレーションで出力電圧Ｓおよびノイズ電圧Ｎを解析し、ＳＮＲを２０ｌｏｇ（Ｓ／Ｎ）として求め、単トラック記録ＳＮＲとする。
４）最初に記録したトラックの中央から±５０ｎｍずらした位置に３６８ｋｆｃｉ（磁化反転間隔：６９．０ｎｍ）の信号を記録する。
５）最初に記録したトラックを再生シミュレーションで出力電圧Ｓおよびノイズ電圧Ｎを解析し、ＳＮＲを２０ｌｏｇ（Ｓ／Ｎ）として求め、３トラック記録ＳＮＲとする。
６）単トラック記録ＳＮＲと３トラック記録ＳＮＲの差から、隣接トラックの記録によって生じる信号品質の変化量を求める。これにより、各記録条件における実効的な記録トラック幅を評価する。

図４は、ＴｓとＴｔの比率を変えた場合の、ＳＮＲのシミュレーション結果である。高異方性磁性層の厚みＴｈが、７ｎｍ、９ｎｍ、１１ｎｍの場合に、低異方性磁性層および高異方性磁性層のそれぞれの異方性磁界Ｈｋ＿ｓおよびＨｋ＿ｈの大きさと層間の交換定数Ｊを調整して、記録層３６トータルのＨｋ＿ｅｆｆが１０ｋＯｅになるように設定した。マイクロ波磁界は、主磁極２１のトラック幅方向の幅よりも長い線路から発生する直線偏光の高周波磁界であり、強度は５００Ｏｅ、周波数は１０ＧＨｚとして解析領域全域に印加した。

なお、ＳＮＲのＴｓ／Ｔｔ依存性から、マイクロ波の印加によってＳＮＲの改善効果を得るためには適したＴｓ／Ｔｔの範囲があり、（式１）の場合に有効であることが分かる。

さらに、高異方性磁性層の厚みＴｈを７ｎｍ、９ｎｍおよび１１ｎｍとして解析した結果は、（式１）の範囲で、ほぼ同様の結果であり、本結果がＴｈの大きさによらず成立することがわかる。

また、Ｔｓ／Ｔｔが０．２より大きい領域では、Ｔｓ／Ｔｔが大きくなる程、ＳＮＲが低下している。低異方性磁性層の厚みＴｓが増加すると、同じＨｋ＿ｅｆｆであっても低異方性磁性層の影響が大きくなる。Ｔｓ／Ｔｔが大きくなると、低異方性磁性層の磁化反転確率が増加し、ヘッド記録磁界の低磁界成分での磁性粒子の磁化反転が発生し、磁性粒子の磁化方向が逆極性に反転する磁化遷移領域の拡大が生じるためＳＮＲが低下してしまうことから、Ｔｓ／Ｔｔの値に最適値が発生する。Ｔｓ／Ｔｔが０．２より小さい領域では、Ｔｓ／Ｔｔが小さくなるとＳＮＲは低下するが、Ｔｓ／Ｔｔ＝０．０５でもＴｓ／Ｔｔ＝０に比べて高いＳＮＲが得られており本発明の効果が得られていることが分かる。

図５はＴｓとＴｔの比率を変えた場合の、磁気記録幅（ＭＷＷ）のシミュレーション結果である。（式１）の範囲では、Ｔｓ／Ｔｔが大きくなる程ＭＷＷも増加するが、その変化量はＴｓ／Ｔｔ＝０に比べて最大で約１０％である。

Ｔｓ／Ｔｔが０．２より大きい領域では、Ｔｓ／Ｔｔの増加に対するＭＭＷの増加の割合は（式１）の範囲より大きくなる。低異方性磁性層の厚みが増加すると、同じＨｋ＿ｅｆｆであっても磁気記録媒体の低異方性磁性層の影響が大きくなる。同じＨｋ＿ｅｆｆであっても低異方性磁性層の磁化反転確率が増加し、記録トラック幅の拡大が生じる。このような理由でＴｓ／Ｔｔの値に最適値が発生する。

（シミュレーション例２）
シミュレーション例１で示した手法を用いて、磁気記録媒体１１の記録層３６の実効的な磁気異方性Ｈｋ＿ｅｆｆが、８ｋＯｅ、１０ｋＯｅ、２０ｋＯｅ、３０ｋＯｅおよび４０ｋＯｅである５種類の媒体モデルについて、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係を解析した。５水準のＨｋを有する高異方性磁性層（Ｈｋ＝１５ｋＯｅ、２０ｋＯｅ、３０ｋＯｅ、４０ｋＯｅおよび５０ｋＯｅ）に積層する低異方性磁性層の厚みＴｓ、異方性磁界Ｈｋ＿ｓおよび層間の交換結合定数Ｊを、Ｈｋ＿ｅｆｆがそれぞれ、８ｋＯｅ、１０ｋＯｅ、２０ｋＯｅ、３０ｋＯｅおよび４０ｋＯｅとなるように設定した。

図６は、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝８ｋＯｅの磁気記録媒体モデルにおける、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係をシミュレーションした結果である。マイクロ波の強度によらず、得られるＳＮＲは１０ｄＢ以下である。Ｈｋ＿ｅｆｆ＝８ｋＯｅの磁気記録媒体では、記録層３６の異方性エネルギーが低いため、磁性粒子の磁化が熱揺らぎの影響で不安定になり、磁化遷移領域の磁性粒子の磁化がランダムに変化してしまうことが要因であると考えられる。

図７は、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝１０ｋＯｅの磁気記録媒体モデルにおける、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係をシミュレーションした結果である。マイクロ波磁界強度Ｈａｃが１０００Ｏｅまでは、Ｈａｃの増加に対して、ＳＮＲは単トラック記録、３トラック記録どちらの場合も増加する。しかし、Ｈａｃが１０００Ｏｅを超えると、単トラック記録ではＳＮＲの変化は小さいが、３トラック記録ではＨａｃの増加に対してＳＮＲは低下する。Ｈａｃが大きくなると、磁性粒子の磁化反転確率が高くなり、記録トラック幅が増大することが要因であると考えられる。

図８は、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝２０ｋＯｅの磁気記録媒体モデルにおける、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係をシミュレーションした結果である。マイクロ波磁界強度Ｈａｃが２０００Ｏｅまでは、Ｈａｃの増加に対して、ＳＮＲは単トラック記録、３トラック記録どちらの場合も増加する。しかし、Ｈａｃが２０００Ｏｅを超えると、単トラック記録、３トラック記録共に、Ｈａｃの増加に対してＳＮＲは低下する。ＳＮＲの低下の割合は、３トラック記録の方が大きい。Ｈａｃが大きくなると、磁性粒子の磁化反転確率が高くなり、記録トラック幅が増大することが要因であると考えられる。

図９は、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝３０ｋＯｅの磁気記録媒体モデルにおける、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係をシミュレーションした結果である。マイクロ波磁界強度Ｈａｃが２０００Ｏｅまでは、Ｈａｃの増加に対して、ＳＮＲは単トラック記録、３トラック記録どちらの場合も増加する。Ｈａｃが２０００Ｏｅを超えると、単トラック記録ではＳＮＲの値はほぼ一定値となる。一方、３トラック記録では、Ｈａｃが３０００ＯｅでＳＮＲはやや低下し、Ｈａｃが３５００ＯｅではＳＮＲは大きく低下する。Ｈａｃが３０００Ｏｅを超えると、磁性粒子の磁化反転確率が高くなり、記録トラック幅が増大することが要因であると考えられる。

図１０は、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝４０ｋＯｅの磁気記録媒体モデルにおける、マイクロ波磁界強度ＨａｃとＳＮＲの関係をシミュレーションした結果である。ＳＮＲはＨａｃにかかわらず１０ｄＢ以下であり、磁化遷移が十分に形成されていないと考えられる。これは、記録層３６のＨｋ＿ｅｆｆに対してヘッドの記録磁界強度が不足して、マイクロ波のアシスト効果が得られていないことが要因であると考えられる。

ＨａｃとＨｋ＿ｅｆｆの関係が、（式２）を満たす場合に、マイクロ波の印加により、ＳＮＲの向上が得られる記録層３６のＨｋ＿ｅｆｆの範囲は、１０〜３０ｋＯｅであった。このＨｋ＿ｅｆｆの範囲では、ＳＮＲがＨａｃ＝０に比べて大きく改善している。一方、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝８ｋＯｅでは記録層３６の異方性エネルギーが不足して、熱揺らぎの影響で磁化反転を形成できない、またマイクロ波の印加によるＳＮＲの改善も殆どないことが分かった。また、Ｈｋ＿ｅｆｆ＝４０ｋＯｅでは、ヘッド磁界強度が不十分で、マイクロ波の印加によるＳＮＲの改善効果を得ることができないことが分かった。

本発明の磁気録再生装置は、従来の記録方式では実現が困難である高密度の記録再生が可能であり、情報通信産業における大容量記憶装置に利用することができる。

１０磁気記録再生装置
１１磁気記録媒体
１２駆動アーム
１３ボイスコイルモータ
１４制御回路
１５磁気ヘッド
１６スライダ基体
１７空気摺動面
１８再生ヘッド部
１９記録ヘッド部
２１主磁極
２２トレーリングシールド
２３励磁コイル
２４リーディングシールド
２５ＭＲ素子
２６前部リードシールド
２７後部リードシールド
２８線路
３０非磁性基板
３１軟磁性裏打ち層
３２非磁性下地層
３３第１の磁性層
３４第２の磁性層
３５保護層
３６記録層

Claims

非磁性基板上に、少なくとも２層以上の磁性層を積層した記録層を有する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体の記録面に対して略垂直方向に記録磁界を印加する主磁極と、マイクロ波磁界を発生するマイクロ波発生素子とを有する磁気ヘッドと、
を備え、
前記磁気記録媒体の記録層を構成する２層以上の磁性層のうち、最も磁気異方性エネルギーが低い磁性層の厚みＴｓと記録層の厚みＴｔとの関係が、Ｔｓ／Ｔｔ≦０．２であり、
前記マイクロ波発生素子が、前記磁気ヘッドの前記主磁極が発生する前記記録磁界よりも広い幅の前記マイクロ波磁界を前記磁気記録媒体に対して直接印加することを特徴とする磁気記録再生装置。
前記マイクロ波発生素子は、媒体対向面側の先端部のトラック幅方向の幅が前記主磁極のトラック幅方向の幅よりも長い線路であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録再生装置。
前記記録層の厚み方向の中心位置における前記主磁極の後縁部の中心位置に対応する位置のマイクロ波磁界強度（Ｈａｃ）と前記記録層の実効的異方性磁界（Ｈｋ＿ｅｆｆ）の関係がＨａｃ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ／１０であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気記録再生装置。
前記磁気記録媒体の前記記録層のＨｋ＿ｅｆｆが、１０ｋＯｅ≦Ｈｋ＿ｅｆｆ≦３０ｋＯｅであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。