JP6586251B2 - 磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。

磁気記録ヘッドを用いて、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記憶媒体に情報が記録される。磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置において、記録密度の向上が望まれる。

特開２０１３−１２０６１０号公報

本発明の実施形態は、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、磁極と、積層体と、第１非磁性層と、を含む。前記積層体は、面内磁化膜の第１磁性層と、前記第１磁性層と前記磁極との間に設けられた第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた非磁性の中間層と、を含む。前記第１非磁性層は、前記第２磁性層と前記磁極との間に設けられ前記磁極及び前記第２磁性層と接する。前記第１磁性層は、前記第２磁性層から前記第１磁性層に向かう第１方向に沿った第１厚さと、第１飽和磁束密度と、を有する。前記第２磁性層は、前記第１方向に沿った第２厚さと、第２飽和磁束密度と、を有する。前記第２厚さと前記第２飽和磁束密度との第２積は、前記第１厚さと前記第１飽和磁束密度との第１積よりも大きい。前記第２磁性層から前記第１磁性層に向かって電流が流れる。前記第１磁性層の磁化の向きは、前記電流の大きさによって変化する。前記磁極は媒体対向面を有する。前記第１磁性層が前記媒体対向面に対して垂直な方向において前記媒体対向面を含む平面と前記中間層との間にあるように、前記第１方向は、前記媒体対向面に対して傾斜している。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第３参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図８は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図９は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図１０は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。 図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の磁気記録ヘッド及び別の磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第２の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、第３の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。 図１５は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。 図１６は、実施形態に係る磁気記録再生装置を例示する模式的斜視図である。 図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の状態（動作）を例示している。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、本実施形態に係る磁気記録ヘッド１１０と、磁気記録媒体８０と、を含む。磁気記録ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０に情報を記録する。

磁気記録ヘッド１１０は、磁極２０と、積層体１０と、第１非磁性層１５と、を含む。

磁極２０は、磁気記録媒体８０に磁界（記録磁界）を印加する。磁極２０は、例えば、主磁極である。

積層体１０は、第１磁性層１１と、第２磁性層１２と、中間層１３と、を含む。第２磁性層１２は、第１磁性層１１と磁極２０との間に設けられる。中間層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。中間層１３は、非磁性である。後述するように、積層体１０は、高周波磁界を発生する。高周波磁界は、磁気記録媒体８０に印加される。磁極２０による磁気記録媒体８０への情報の記録が、高周波磁界によりアシストされる。磁気記録ヘッド１１０においては、例えば、高周波アシスト記録が行われる。積層体１０は、例えば、スピントルク発振子（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）として機能する。

第１非磁性層１５は、第２磁性層１２と磁極２０との間に設けられる。第１非磁性層１５は、磁極２０及び第２磁性層１２と接する。磁極２０と第２磁性層１２との間には、磁性層は設けられない。第１非磁性層１５は、例えば、金属層である。この金属層は、合金を含んでも良い。第１非磁性層１５は、複数の積層膜（金属膜）を含んでも良い。

この例では、シールド２０ｓと、第２非磁性層１６と、がさらに設けられている。磁極２０とシールド２０ｓとの間に積層体１０が配置される。磁極２０と積層体１０との間に第１非磁性層１５が配置される。シールド２０ｓと積層体１０との間に、第２非磁性層１６が設けられる。この例では、第１磁性層１１とシールド２０ｓとの間に、第２非磁性層１６が配置される。

第２非磁性層１６は、例えば、金属層である。この金属層は、合金を含んでも良い。第２非磁性層１６は、複数の積層膜（金属膜）を含んでも良い。

磁気記録ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０に対向する。磁気記録ヘッド１１０は、媒体対向面５１（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）を有する。磁気記録媒体８０は、磁気記録ヘッド１１０の媒体対向面５１に対して、相対的に移動する。磁気記録媒体８０の媒体移動方向８５は、媒体対向面５１に対して実質的に平行である。磁気記録媒体８０の移動に伴って磁気記録媒体８０の異なる位置のそれぞれに、磁極２０から記録磁界が印加される。記録磁界により、磁気記録媒体８０の磁化８４の向きが変更される。

磁気記録媒体８０は、例えば、垂直磁化膜である。磁化８４が上向きの状態が、例えば、”１”及び”０”の一方の情報に対応する。磁化８４が下向きの状態が、例えば、”１”及び”０”の他方の情報に対応する。

シールド２０ｓは、例えば、トレーリングシールドである。例えば、磁気記録媒体８０の１つの位置は、磁極２０に対向した後に、シールド２０ｓに対向する。

磁気記録ヘッド１１０には、コイル２５が設けられる。コイル２５は、磁極２０から磁界を発生させる。例えば、コイル２５に流れる電流の方向に応じて、磁極２０で生じる磁界（例えば記録磁界）の方向が変化する。コイル２５に流れる電流の方向は、例えば、記録する情報に対応する。

この例では、制御部５５がさらに設けられている。制御部５５は、磁気記録再生装置１５０に含まれる。制御部５５は、磁気記録ヘッド１１０に付属されても良い。

制御部５５は、コイル２５に電気的に接続される。例えば、制御部５５からコイル２５に電流が供給される。電流の方向が、制御部５５により制御される。

制御部５５は、例えば、第１非磁性層１５及び第２非磁性層１６と電気的に接続される。後述するように、積層体１０に電流が流れる。この電流は、例えば、制御部５５により供給される。第１非磁性層１５及び第２非磁性層１６は、例えば、電極として機能する。制御部５５と第１非磁性層１５との間の電気的接続は、磁極２０を介して行われても良い。制御部５５と第２非磁性層１６との間の電気的接続は、シールド２０ｓを介して行われても良い。

磁気記録媒体８０から磁気記録ヘッド１１０に向かう方向をＺ方向とする。Ｚ方向に対して垂直な１つの方向をＸ方向とする。Ｚ方向及びＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向とする。Ｚ方向は、ハイト方向である。Ｘ方向は、ダウントラック方向に沿う。Ｙ方向は、トラック幅方向に沿う。

磁気記録ヘッド１１０において、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう方向を第１方向Ｄ１とする。第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して反平行である。第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、例えば、Ｘ方向に沿う。第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２及びＸ方向は、積層体１０の積層方向に沿う。

第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１に沿った第１厚さｔ１を有する。第２磁性層１２は、第１方向Ｄ１に沿った第２厚さｔ２を有する。中間層１３は、第１方向Ｄ１に沿った第３厚さｔ３を有する。例えば、積層体１０の厚さは、例えば、第１厚さｔ１、第２厚さｔ２及び第３厚さｔ３の合計に依存する。

例えば、媒体対向面５１において、磁極２０とシールド２０ｓとの間の距離（第１方向Ｄ１に沿った距離）をギャップ長ｇ２０とする。ギャップ長ｇ２０を小さくすることで、記録密度が向上できる。積層体１０の厚さを薄くすることで、ギャップ長ｇ２０を小さくできる。

実施形態においては、第１磁性層１１の第１厚さｔ１は、比較的薄く設定される。これにより、積層体１０の厚さが薄くでき、ギャップ長ｇ２０を小さくできる。

磁性膜において、磁気膜厚が定義される。磁気膜厚は、磁性膜の厚さｔと、磁性膜の飽和磁束密度Ｂｓと、の積である。

実施形態において、第２磁性層１２の磁気膜厚は、第１磁性層１１の磁気膜厚よりも大きい。第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１に沿った第１厚さｔ１と、第１飽和磁束密度Ｂｓ１と、を有する。第２磁性層１２は、第１方向Ｄ１に沿った第２厚さｔ２と、第２飽和磁束密度Ｂｓ２と、を有する。実施形態においては、第２厚さｔ２と第２飽和磁束密度Ｂｓ２との第２積（ｔ２・Ｂｓ２）は、第１厚さｔ１と第１飽和磁束密度Ｂｓ１との第１積（ｔ１・Ｂｓ１）よりも大きい。

さらに、実施形態においては、積層体１０に流れる電流を特殊な条件とする。すなわち、実施形態においては、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かって電流が流れる。以下、実施形態に係る動作について、説明する。

図１（ｂ）は、第１動作ＯＰ１を例示している。第１動作ＯＰ１は、磁気記録ヘッド１１０における第１状態に対応する。第１動作ＯＰ１において、コイル２５に第１コイル電流Ｃ１が流れる。磁極２０とシールド２０ｓとの間の領域において、第１コイル電流Ｃ１の方向は、例えば、Ｙ方向に対して逆（反平行）である。

第１動作ＯＰ１（第１状態）において、磁極２０から生じる第１磁極磁界Ｈｇ１は、第１方向Ｄ１に沿う成分を有する。このとき、積層体１０に、第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流れる。このとき、第１電子流Ｊｅ１が流される。第１電子流Ｊｅ１の方向は、第１電流Ｊｃ１の向きと逆である。この第１電流Ｊｃ１は、積層体１０が発振するしきい値電流以上である。このとき、積層体１０において、高周波磁界Ｈａｃが発生する。高周波磁界Ｈａｃは、磁気記録媒体８０に印加される。高周波磁界Ｈａｃにより、磁気記録媒体８０の磁化８４が反転し易くなる。

第１動作ＯＰ１において、磁極２０から第１記録磁界Ｈｒ１が生じる。第１記録磁界Ｈｒ１は、第１コイル電流Ｃ１に基づく。第１記録磁界Ｈｒ１が、磁気記録媒体８０に印加される。磁気記録媒体８０の磁化８４は、第１記録磁界Ｈｒ１の方向に沿う。例えば、磁化８４が反転する。例えば、高周波アシスト記録が行われる。これにより、第１情報（例えば”１”及び”０”の一方）の記録が行われる。

図１（ｃ）は、第２動作ＯＰ２を例示している。第２動作ＯＰ２は、磁気記録ヘッド１１０における第２状態に対応する。第２動作ＯＰ２において、コイル２５に第２コイル電流Ｃ２が流れる。磁極２０とシールド２０ｓとの間の領域において、第２コイル電流Ｃ２の方向は、例えば、Ｙ方向である。

第２動作ＯＰ２（第２状態）において、磁極２０から生じる第２磁極磁界Ｈｇ２は、第２方向Ｄ２（第１方向Ｄ１の逆、反平行）に沿う成分を有する。このときも、積層体１０に、第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流される。この第１電流Ｊｃ１は、積層体１０が発振するしきい値電流以上である。このとき、積層体１０において、高周波磁界Ｈａｃが発生する。高周波磁界Ｈａｃは、磁気記録媒体８０に印加される。高周波磁界Ｈａｃにより、磁気記録媒体８０の磁化８４が反転し易くなる。

第２動作ＯＰ２において、磁極２０から第２記録磁界Ｈｒ２が生じる。第２記録磁界Ｈｒ２は、第２コイル電流Ｃ２に基づく。第２記録磁界Ｈｒ２が、磁気記録媒体８０に印加される。磁気記録媒体８０の磁化８４は、第２記録磁界Ｈｒ２の方向に沿う。例えば、磁化８４が反転する。例えば、高周波アシスト記録が行われる。これにより、第２情報（例えば”１”及び”０”の他方）の記録が行われる。

上記のように、実施形態においては、第１磁性層１１の第１厚さｔ１が薄く設定される。さらに、積層体１０には、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かって電流（第１電流Ｊｃ１）が流れる。これにより、積層体１０から高周波磁界Ｈａｃが発生することがわかった。

実施形態においては、薄い第１磁性層１１により、ギャップ長ｇ２０が小さい。そして、この構成において、上記の方向の電流を積層体１０に流すことで、積層体１０から高周波磁界Ｈａｃが生じる。この高周波磁界Ｈａｃにより、例えば、高周波アシスト記録が実施される。ギャップ長ｇ２０が小さくても、高周波アシスト記録が可能である。

実施形態によれば、小さいギャップ長ｇ２０及び高周波磁界Ｈａｃにより、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供できる。

実施形態における積層体１０の動作の例について説明する。
図１（ａ）は、例えば、コイル２５に電流が供給されていないときの状態（初期状態）に対応する。この状態において、第２磁性層１２の磁化１２ｍの向きは、Ｚ方向である。第２磁性層１２は、例えば、面内磁化膜である。このとき、第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きは、−Ｚ方向（Ｚ方向と逆（反平行）方向）である。第１磁性層１１は、例えば、面内磁化膜である。第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きは、変化し易い。これにより、第１状態及び第２状態が生じる。

図１（ｂ）に例示した第１状態(第１動作ＯＰ１）において、第２方向Ｄ２の第１電子流Ｊｅ１により、第２磁性層１２と中間層１３との界面において、スピンが反射する。反射したスピンは、第１磁性層１１に進む。第２磁性層１２から第１磁性層１１に向けて、反射のスピントルクが注入される。第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第１磁極磁界Ｈｇ１の方向とは逆になる。第２方向Ｄ２の第１電子流Ｊｅ１により、第１磁性層１１から第２磁性層１２に向けて、スピンが注入される。第２磁性層１２において、磁化１２ｍが回転する。これにより、高周波磁界Ｈａｃが生じる。

図１（ｃ）に例示した第２状態(第２動作ＯＰ２）において、第２方向Ｄ２の第１電子流Ｊｅ１により、第２磁性層１２と中間層１３との界面において、スピンが反射する。反射したスピンは、第１磁性層１１に進む。第２磁性層１２から第１磁性層１１に向けて、反射のスピントルクが注入される。第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第２磁極磁界Ｈｇ２の方向とは逆になる。第２方向Ｄ２の第１電子流Ｊｅ１により、第１磁性層１１から第２磁性層１２に向けて、スピンが注入される。第２磁性層１２において、磁化１２ｍが回転する。これにより、高周波磁界Ｈａｃが生じる。

第１磁性層１１は、例えば、スピン注入層として機能する。第２磁性層１２は、例えば、磁界発生層として機能する。

実施形態においては、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かって電流を流す。これにより、第１磁性層１１を薄くしても、良好な発振特性が得られることが分かった。

以下、実施形態の特性の例について、参考例とともに説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第１参考例の磁気記録ヘッド１１９ｘにおける構成及び動作を示している。

磁気記録ヘッド１１９ｘにおいても第１磁性層１１、第２磁性層１２及び中間層１３が設けられる。これらの磁性層の構成は、磁気記録ヘッド１１０と同じである。磁気記録ヘッド１１９ｘにおいては、動作における電流が、磁気記録ヘッド１１０のそれとは異なる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２において、第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう第２電流Ｊｃ２が流れる。このとき、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう第２電子電流Ｊｅ２が流れる。磁気記録ヘッド１１９ｘにおいては、第１磁性層１１が薄いため、ギャップ長ｇ２０が小さくできる。しかしながら、後述するように、良好な高周波磁界が発生しない。高周波アシスト記録が困難である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第２参考例の磁気記録ヘッド１１９ｙにおける構成及び動作を示している。

磁気記録ヘッド１１９ｙにおいても第１磁性層１１、第２磁性層１２及び中間層１３が設けられる。磁気記録ヘッド１１９ｙにおいては、第１磁性層１１は、磁気記録ヘッド１１０におけるそれよりも厚い。一方、磁気記録ヘッド１１９ｙにおいては、動作における電流が、磁気記録ヘッド１１０のそれと同じである。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２において、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう第１電流Ｊｃ１が流れる。このとき、第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう第１電子電流Ｊｅ１が流れる。磁気記録ヘッド１１９ｙにおいては、第１磁性層１１が厚いため、ギャップ長ｇ２０が大きい。後述するように、良好な高周波磁界が発生しない。高周波アシスト記録が困難である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第３参考例の磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第３参考例の磁気記録ヘッド１１９ｚにおける構成及び動作を示している。

磁気記録ヘッド１１９ｚにおいても第１磁性層１１、第２磁性層１２及び中間層１３が設けられる。磁気記録ヘッド１１９ｚにおいては、第１磁性層１１は、磁気記録ヘッド１１０におけるそれよりも厚い。さらに、磁気記録ヘッド１１９ｚにおいては、動作における電流が、磁気記録ヘッド１１０のそれとは異なり、磁気記録ヘッド１１９ｘのそれと同じである。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２において、第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう第２電流Ｊｃ２が流れる。このとき、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう第２電子電流Ｊｅ２が流れる。磁気記録ヘッド１１９ｚにおいては、第１磁性層１１が厚いため、ギャップ長ｇ２０が大きい。後述するように、良好な高周波磁界が発生する。磁気記録ヘッド１１９ｚは、従来から知られている一般的な構成である。磁気記録ヘッド１１９ｚにおいては、高周波アシスト記録が可能である。しかしながら、ギャップ長ｇ２０が大きい。このため、記録密度を十分に向上できない。

以下、これらの磁気記録ヘッドの特性（磁気記録再生装置の特性）のシミュレーション結果の例について説明する。シミュレーションのモデルは、以下である。

磁気記録ヘッド１１０及び１１９ｘにおいて、第１磁性層１１のＺ方向の長さは３５ｎｍであり、Ｙ方向の長さは３５ｎｍである。第１磁性層１１のＸ方向の厚さ（第１厚さｔ１）は、４ｎｍである。第１磁性層１１の飽和磁束密度Ｂｓ（第１飽和磁束密度Ｂｓ１）は、１．２Ｔ（テスラ）である。第１磁性層１１の異方性磁界Ｈｋは、２ｋＯｅ（キロエルステッド）である。第１磁性層１１における交換スティフネス定数は、１．４×１０^−６ｅｒｇ／ｃｍ（エルグ／センチメートル）である。第１磁性層１１におけるスピン偏極率Ｐｏは、０．４８である。

磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおいて、第１磁性層１１のＸ方向の厚さ（第１厚さｔ１）は、１１ｎｍである。磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおいて、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界Ｈｋは、１８ｋＯｅである。磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおける第１磁性層１１のこれら以外の条件は、磁気記録ヘッド１１０及び１１９ｘのそれらと同じである。

第１磁性層１１を除いて、積層体１０の構成は、磁気記録ヘッド１１０、１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにおいて、同じである。

第２磁性層１２のＺ方向の長さは３５ｎｍであり、Ｙ方向の長さは３５ｎｍである。第２磁性層１２のＸ方向の厚さ（第２厚さｔ２）は、１０ｎｍである。第２磁性層１２の飽和磁束密度Ｂｓ（第２飽和磁束密度Ｂｓ２）は、２．２Ｔである。第２磁性層１２の垂直磁気異方性磁界Ｈｋは、−４ｋＯｅである。第２磁性層１２における交換スティフネス定数は、２×１０^−６ｅｒｇ／ｃｍである。第２磁性層１２におけるスピン偏極率Ｐｏは、０．４８である。

第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の距離（中間層１３の第３厚さｔ３）は、２ｎｍである。中間層１３において、交換結合係数は、０である。

積層体１０に加わる磁界において、Ｙ方向成分磁界のＸ方向成分磁界に対する比（Ｈｙ／Ｈｘ）は、−１０％である。積層体１０に加わる磁界は、０ｋＯｅ〜２０ｋＯｅの範囲で変更される。この磁界は、ギャップ磁界（第１磁極磁界Ｈｇ１及び第２磁極磁界Ｈｇ２など）に対応する。

以下の例は、初期状態から第１状態（第１動作ＯＰ１）に移行する場合に関するシミュレーション結果である。初期状態においては、積層体１０に電流が流されない。第２磁性層１２においては、磁気膜厚が比較的大きいため、第２磁性層１２の磁化１２ｍは安定である。そして、第２磁性層１２の垂直磁気異方性は、正の小さい値または負の値を有する。このため、初期状態の磁気記録ヘッド１１０、１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにおいて、磁化１２ｍの方向は、＋Ｚ方向である。

磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおいては、第１磁性層１１の磁気膜厚は比較的大きい。そして、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界は、正の大きな値を有する。このため、第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きは安定である。初期状態の磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおいて、磁化１１ｍの方向は、第１方向Ｄ１である。

これに対して、磁気記録ヘッド１１０及び１１９ｘにおいては、第１磁性層１１の磁気膜厚は比較的小さい。そして、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界が小さい。このため、第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きは、積層体１０の積層面に平行になる。初期状態の磁気記録ヘッド１１０及び１１９ｚにおいて、磁化１１ｍの方向は、−Ｚ方向である。電流を流さない場合において、積層体１０に第１方向Ｄ１に沿う磁界が印加されると、磁化１１ｍの平均の方向は、第１方向Ｄ１になる。

シミュレーションにおいて、積層体１０に加わる磁界（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）の向きは、略第１方向Ｄ１である。

第１状態（第１動作ＯＰ１）の積層体１０に流される電流の向きは、磁気記録ヘッドによって異なる。磁気記録ヘッド１１０及び１１９ｙにおいては、第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流される。磁気記録ヘッド１１９ｘ及び１１９ｚにおいては、第２方向Ｄ２の第２電流Ｊｃ２が流される。これらの電流において、電流の大きさ（絶対値）が変更される。

磁気記録ヘッド１１９ｚは、一般的なＳＴＯであり、電流の向きも一般的な場合に対応する。磁気記録ヘッド１１９ｙは、一般的なＳＴＯにおいて、電流の向きが一般とは逆の場合に対応する。磁気記録ヘッド１１９ｘは、一般的なＳＴＯにおける電流の向きにおいて、第１磁性層１１が薄い場合に対応する。磁気記録ヘッド１１０は、第１磁性層１１が薄く、電流の向きが一般的なＳＴＯの電流とは逆の場合に対応する。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、磁気記録ヘッド１１０、１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにそれぞれ対応する。横軸は、ギャップ磁界Ｈｇａｐの強度（ｋＯｅ）を示す。縦軸は、積層体１０で生じる高周波磁界Ｈａｃの強度（ｋＯｅ）を示す。これらの図中には、４つの電流密度Ｊの場合が示されている。

図５（ｄ）に示すように、磁気記録ヘッド１１９ｚにおいては、高い電流密度Ｊにおいても、高い強度の高周波磁界Ｈａｃが得られる。このように、磁気記録ヘッド１１９ｚ（一般的なＳＴＯにおいて、一般的な電流の向きの場合）においては、高周波磁界Ｈａｃが得られる。

図５（ｃ）に示すように、磁気記録ヘッド１１９ｙにおいては、どの電流密度Ｊにおいても、高周波磁界Ｈａｃの強度は、実質的に０である。このように、磁気記録ヘッド１１９ｙ（一般的なＳＴＯにおいて電流の向きが逆の場合）においては、高周波磁界Ｈａｃが得られない。このため、一般的なＳＴＯ（第１磁性層１１が厚い場合）においては、第２電流Ｊｃ２が適用される。すなわち、磁気記録ヘッド１１９ｚの構成が用いられる。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、磁気記録ヘッド１１９ｘにおいては、電流密度Ｊの絶対値が大きくても、高周波磁界Ｈａｃの強度は低い。このように、第１磁性層１１が薄い場合は、一般的なＳＴＯにおいて適用される電流の向き（第２電流Ｊｃ２）を用いると、高周波磁界Ｈａｃが実質的に得られない。このため、従来は、第１磁性層１１を薄くすることが困難であると考えられていた。

しかしながら、図５（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気記録ヘッド１１０においては、電流密度Ｊが大きい場合に、高い強度の高周波磁界Ｈａｃが得られる。このように、実施形態においては、一般的なＳＴＯにおける電流の向き（第２電流Ｊｃ２）ではなく、それとは逆の向き（第１電流Ｊｃ１）を用いる。これにより、第１磁性層１１が薄い場合においても、良好な高周波磁界Ｈａｃが得られる。

一般的なＳＴＯで採用される電流の向きとは逆の向きの電流を用いることは、本願発明者の独自な新しい発想である。これにより、第１磁性層１１を用いて高周波磁界Ｈａｃを発生させことができる。これにより、ギャップ長ｇ２０を小さくでき、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供できる。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、磁気記録ヘッド１１０、１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにそれぞれ対応する。横軸は、ギャップ磁界Ｈｇａｐの強度（ｋＯｅ）を示す。縦軸は、積層体１０における抵抗Ｒ１を示す。抵抗Ｒ１は相対値である。抵抗Ｒ１は、第１磁性層１１の磁化１１ｍの方向と、第２磁性層１２の磁化１２ｍの方向と、の間の角度に対応する。抵抗Ｒ１が高いとき(例えば１）、第１磁性層１１の磁化１１ｍの方向は、第２磁性層１２の磁化１２ｍの方向に対して反平行である。抵抗Ｒ１が低いとき(例えば０）、第１磁性層１１の磁化１１ｍの方向は、第２磁性層１２の磁化１２ｍの方向に対して平行である。

図６（ｂ）〜図６（ｄ）に示すように、磁気記録ヘッド１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにおいては、ギャップ磁界Ｈｇａｐの増大とともに、抵抗Ｒ１は、減少する。このことは、ギャップ磁界Ｈｇａｐの増大とともに、第１磁性層１１の磁化１１ｍと、第２磁性層１２の磁化１２ｍと、の間の角度が小さくなることに対応する。ギャップ磁界Ｈｇａｐが増大すると、これらの磁化が互いに平行になる程度が高くなる。

これに対して、図６（ａ）に示すように、磁気記録ヘッド１１０においては、電流密度Ｊの絶対値が大きいときに、ギャップ磁界Ｈｇａｐの増大とともに抵抗Ｒ１が増大している。このことは、ある程度高い絶対値の電流密度（ある程度大きい電流）を流した場合には、ギャップ磁界Ｈｇａｐが大きくなると、第１磁性層１１の磁化１１ｍが、初期状態から反転することに対応する。このような電流密度Ｊにおいて、図５（ａ）に示す高い強度の高周波磁界Ｈａｃが得られる。

実施形態において、例えば、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を流しつつ、上記の第１方向Ｄ１の成分を有する第３磁界（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）を印加する。このとき、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗（抵抗Ｒ１）は、第３磁界の強度とともに上昇する。すなわち、積層体１０に電流（第１電流Ｊｃ１）を流したときの第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗は、第１方向Ｄ１の成分を有する磁界の強度とともに上昇する。

例えば、実施形態に係る磁気記録ヘッド１１０において、第１範囲の大きさを有し第１方向Ｄ１の第３電流を積層体１０に流しつつ第１方向Ｄ１の成分を有する第３磁界（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）を印加する。第３電流は、図６（ａ）における電流密度Ｊに対応する電流である。このとき、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗（抵抗Ｒ１）は、第３磁界の強度とともに上昇する。図６（ａ）の例では、第３電流の範囲は、電流密度Ｊの絶対値が４×１０^８Ａ／ｃｍ^２以上の範囲に対応する。このような範囲に第１電流Ｊｃ１が設定される。すなわち、第１電流Ｊｃ１の大きさは、この第１範囲にある。これにより、第１動作ＯＰ１において、良好な高周波磁界Ｈａｃが得られる。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、磁気記録ヘッド１１０、１１９ｘ、１１９ｙ及び１１９ｚにそれぞれ対応する。横軸は、ギャップ磁界Ｈｇａｐの強度（ｋＯｅ）を示す。縦軸は、第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きＭ１を示す。向きＭ１が”１”のときは、磁化１１ｍが、第１方向Ｄ１であることに対応する。向きＭ１が”−１”のときは、磁化１１ｍが、第２方向Ｄ２であることに対応する。

図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すようには、磁気記録ヘッド１１９ｙ及び１１９ｚにおいては、第１磁性層１１の磁化１１ｍの向きＭ１は、１である。これらの磁気記録ヘッドヘッドにおいては、電流及びギャップ磁界Ｈｇａｐに依存せず、磁化１１ｍの向きＭ１は、第１方向Ｄ１である。これらの磁気記録ヘッドにおいては、磁化１１ｍの向きは変化しない。

図７（ｂ）に示すように、磁気記録ヘッド１１９ｘにおいては、どの電流密度Ｊのときも、ギャップ磁界Ｈｇａｐが０の場合、磁化１１ｍの向き（平均の向き）は、０である。ギャップ磁界Ｈｇａｐを大きくすると、向きＭ１は、１に近づく。すなわち、磁化１１ｍの向きＭ１が、第１方向Ｄ１に沿うようになる。

図７（ａ）に示すように、磁気記録ヘッド１１０においては、電流密度Ｊが０でギャップ磁界Ｈｇａｐが０の場合、磁化１１ｍの向き（平均の向き）は、０である。電流密度Ｊが０のときに、ギャップ磁界Ｈｇａｐを大きくすると、向きＭ１は、１に近づく。すなわち、磁化１１ｍの向きＭ１が、第１方向Ｄ１に沿うようになる。一方、電流密度Ｊが０ではない場合に、ギャップ磁界Ｈｇａｐを大きくすると、向きＭ１は、−１に近づく。すなわち、磁化１１ｍの向きＭ１は、第２方向Ｄ２に変化する。この特性は、磁気記録ヘッド１１０に特有である。

このように、実施形態においては、第１磁性層１１の磁化１１ｍは、特有の特性を有する。これにより、第１磁性層１１が薄い場合においても、良好な高周波磁界Ｈａｃが得られる。

図８は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図８は、磁気記録ヘッド１１０において発生する高周波磁界Ｈａｃの周波数を示している。横軸は、ギャップ磁界Ｈｇａｐの強度（ｋＯｅ）を示す。縦軸は、高周波磁界Ｈａｃの周波数ｆ１（ＧＨｚ：ギガヘルツ）を示す。

実施形態において、ギャップ磁界Ｈｇａｐを例えば７ｋＯｅ〜２０ｋＯｅとする。このとき、安定した高周波磁界Ｈａｃが得られる。この高周波磁界Ｈａｃの周波数ｆ１は、例えば、５ＧＨｚ以上２５ＧＨｚ以下である。

このように、本実施形態においても、第１磁性層１１を薄くしても、高周波磁界Ｈａｃが得られる。

例えば、第１状態（第１動作ＯＰ１）において、第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第２方向Ｄ２の成分を有する。第１状態において、磁化１１ｍの方向は、第１磁極磁界Ｈｇ１の方向に対して反平行である。一方、第２状態（第２動作ＯＰ２）において、第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第１方向Ｄ１の成分を有する。第２状態において、磁化１１ｍの方向は、第２磁極磁界Ｈｇ２の方向に対して反平行である。

実施形態においては、このような第１状態及び第２状態において、積層体１０は、高周波磁界Ｈａｃを発生する。

既に説明したように、第１磁性層１１の第１積（ｔ１・Ｂｓ１）は、第２磁性層１２の第２積（ｔ２・Ｂｓ２）よりも小さい。例えば、第２積は、第１積の４倍以上である。例えば、第２厚さｔ２は、第１厚さｔ１の２倍以上である。

図９は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図９は、磁気記録ヘッド１１０における発振特性を示す。横軸は、第１磁性層１１の厚さ（第１厚さｔ１）を示す。縦軸は、電流密度Ｊ（任意目盛り）を示す。図９において、発振開始電流密度Ｊｓと、８０％電流密度Ｊ８０％と、が示されている。発振開始電流密度Ｊｓは、積層体１０において高周波磁界Ｈａｃが生じる最小の電流密度Ｊである。８０％電流密度Ｊ８０％は、高周波磁界Ｈａｃの最大値の８０％の高周波磁界Ｈａｃが生じる電流密度Ｊである。図９に示す例においては、積層体１０に印加される磁界（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）は、１０ｋＯｅである。ギャップ磁界Ｈｇａｐは、例えば、第１磁極磁界Ｈｇ１または第２磁極磁界Ｈｇ２に対応する。

図９に示すように、第１磁性層１１の第１厚さｔ１が２ｎｍ以上９ｎｍ以下において、低い発振開始電流密度Ｊｓが得られる。そして、この範囲において、低い８０％電流密度Ｊ８０％が得られる。実施形態において、第１磁性層１１の第１厚さｔ１は、２ｎｍ以上９ｎｍ以下が好ましい。第１磁性層１１の第１厚さｔ１は、２．５ｎｍ以上７．５ｎｍ以下が、さらに好ましい。さらに、低い発振開始電流密度Ｊｓ、及び、さらに低い８０％電流密度Ｊ８０％が得られる。

図１０は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
図１０は、磁気記録ヘッド１１０における発振特性を示す。横軸は、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１（ｋＯｅ）である。縦軸は、電流密度Ｊ（任意目盛り）を示す。垂直磁気異方性磁界ＭＡ１は、垂直結晶磁気異方性である。垂直磁気異方性磁界ＭＡ１が負のとき、積層方向と垂直な面への磁化が容易となる。垂直磁気異方性磁界ＭＡ１が正のとき、積層方向と平行方向への磁化が容易となる。図１０において、発振開始電流密度Ｊｓと、８０％電流密度Ｊ８０％と、が示されている。図１０に示す例においては、積層体１０に印加される磁界（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）は、１０ｋＯｅである。

図１０に示すように、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１が−７ｋＯｅ以上８ｋＯｅ以下において、低い発振開始電流密度Ｊｓが得られる。そして、この範囲において、低い８０％電流密度Ｊ８０％が得られる。実施形態において、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１が−７ｋＯｅ以上８ｋＯｅ以下が好ましい。第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１が−５ｋＯｅ以上７ｋＯｅ以下がさらに、好ましい。さらに、低い発振開始電流密度Ｊｓ、及び、さらに低い８０％電流密度Ｊ８０％が得られる。例えば、第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１の絶対値は、７ｋＯｅ以下でも良い。第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１の絶対値は、５ｋＯｅ以下でも良い。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、磁気記録ヘッド１１０における発振特性を示す。図１１（ａ）において、横軸は、第２磁性層１２の磁気ダンピング体積の、第１磁性層１１の磁気ダンピング体積に対する比Ｒ２／１である。第１磁性層１１は第１ダンピング定数α１を有する。第２磁性層１２は、第２ダンピング定数α２を有する。既に説明したように、第１磁性層１１は、第１厚さｔ１及び第１飽和磁束密度Ｂｓ１を有する。第２磁性層１２は、第２厚さｔ２及び第２飽和磁束密度Ｂｓ２を有する。比Ｒ２／１は、（α２・ｔ２・Ｂｓ２）／（α１・ｔ１・Ｂｓ１）である。図１１（ｂ）の縦軸は、積層体１０から発生する高周波磁界Ｈａｃの規格化した強度Ｈａｃｎである。

図１１（ａ）に示すように、比Ｒ２／１が４以上１６以下において、高い強度Ｈａｃｎが得られる。比Ｒ２／１は、４以上１６以下が好ましい。比Ｒ２／１は、５以上１４以下がさらに好ましい。

実施形態においては、例えば、第２積（ｔ２・Ｂｓ２）と第２ダンピング定数α２との積は、第１積（ｔ１・Ｂｓ１と第１ダンピング定数α１の積の４倍以上１６倍以下であることが好ましい。

図１１（ｂ）において、横軸は、第２磁性層１２の磁気膜厚の、第１磁性層１１の磁気膜厚に対する比ＲｔＢｓである。比ＲｔＢｓは、（ｔ２・Ｂｓ２）／（ｔ１・Ｂｓ１）に対応する。図１１（ｂ）の縦軸は、強度Ｈａｃｎである。この例において、第１ダンピング定数α１は、０．０３であり、第２ダンピング定数α２は、０．０４である。

図１１（ｂ）に示すように、比ＲｔＢｓが３以上１１以下において、高い強度Ｈａｃｎが得られる。実施形態においては、比ＲｔＢｓは、例えば、３以上１１以下であることが好ましい。特に、比ＲｔＢｓは、例えば、４以上１０以下であることがさらに好ましい。

図１１（ｃ）において、横軸は、第２磁性層１２の第２厚さｔ２、第１磁性層１１の第１厚さｔ１に対する比Ｒｔである。比Ｒｔは、ｔ２／ｔ１に対応する。図１１（ｃ）の縦軸は、強度Ｈａｃｎである。この例において、第１ダンピング定数α１は、０．０３であり、第２ダンピング定数α２は、０．０４である。第１飽和磁束密度Ｂｓ１は、１．２Ｔであり、第２飽和磁束密度Ｂｓ２は、２．２Ｔである。

図１１（ｃ）に示すように、比Ｒｔが１．５以上７以下において、高い強度Ｈａｃｎが得られる。実施形態においては、比Ｒｔは、例えば、１．５以上７以下であることが好ましい。特に、比Ｒｔは、例えば、２以上６以下であることが好ましい。

実施形態において、磁極２０は、例えば、ＦｅＣｏ合金、または、ＦｅＣｏＮｉ合金などを含む。

シールド２０ｓは、例えば、ＦｅＣｏ合金またはＦｅＣｏＮｉ合金などを含む。

第１磁性層１１及び第２磁性層１２の少なくともいずれかは、例えば、ＦｅＣｏ合金、ホイッスラー合金、［Ｆｅ／Ｃｏ］人工格子、［ＦｅＣｏＮｉ／Ｎｉ］人工格子、及び、［Ｃｏ／Ｐｔ］人工格子の少なくともいずれかを含む。を含む。第１磁性層１１及び第２磁性層１２の少なくともいずれかは、ＦｅＣｏ合金膜、ホイッスラー合金膜、［Ｆｅ／Ｃｏ］人工格子膜、［ＦｅＣｏＮｉ／Ｎｉ］人工格子膜、及び、［Ｃｏ／Ｐｔ］人工格子膜の少なくとも２つを含む積層膜を含んでも良い。

中間層１３は、例えば、Ｃｕ及びＡｇの少なくともいずれかを含む。中間層１３は、例えば、Ｃｕを含む合金、及び、Ａｇを含む合金の少なくともいずれかを含んでも良い。中間層１３は、例えば、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ｃｕを含む合金膜、及び、Ａｇを含む合金膜の少なくとも２つを含む積層膜を含んでも良い。

第１非磁性層１５及び第２非磁性層１６の少なくともいずれかは、例えば、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれかを含む。第１非磁性層１５及び第２磁性層１２の少なくともいずれかは、それらのいずれかを含む合金を含んでも良い。第１非磁性層１５及び第２磁性層１６の少なくともいずれかは、それらの膜の少なくとも２つを含む積層膜を含んでも良い。

磁気記録媒体８０は、例えば、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２グラニュラ膜を含む。

図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の磁気記録ヘッド及び別の磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の状態（動作）を例示している。

図１２（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０ａは、本実施形態に係る磁気記録ヘッド１１０ａと、磁気記録媒体８０と、を含む。本実施形態においては、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の積層方向が、媒体対向面５１に対して傾斜している。これ以外は、磁気記録ヘッド１１０と同様である。

磁気記録ヘッド１１０ａ及び磁気記録再生装置１５０ａにおいても、第２厚さｔ２と第２飽和磁束密度との第２積は、第１厚さｔ１と第１飽和磁束密度との第１積よりも大きい。例えば、第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２よりも薄い。

そして、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かって電流（第１電流Ｊｃ１）が流れる。磁気記録ヘッド１１０ａ及び磁気記録再生装置１５０ａにおいても、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供できる。

（第２の実施形態）
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第２の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置の状態（動作）を例示している。

図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５１は、本実施形態に係る磁気記録ヘッド１１１と、磁気記録媒体８０と、を含む。本実施形態においては、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の配置が、磁気記録ヘッド１１０における配置とは異なる。以下の磁気記録ヘッド１１１の説明において、磁気記録ヘッド１１０と同様の部分は、適宜省略される。

磁気記録ヘッド１１１は、磁極２０と、シールド２０ｓと、積層体１０と、第１非磁性層１５と、を含む。シールド２０ｓは、例えば、トレーリングシールドである。積層体１０は、第１磁性層１１、第２磁性層１２及び中間層１３を含む。第１磁性層１１は、磁極２０とシールド２０ｓとの間に設けられる。第２磁性層１２は、第１磁性層１１とシールド２０ｓとの間に設けられる。中間層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられ、非磁性である。

第１非磁性層１５は、第２磁性層１２とシールド２０ｓとの間に設けられる。第１非磁性層１５は、シールド２０ｓ及び第２磁性層１２と接する。

第２非磁性層１６は、第１磁性層１１と磁極２０との間に設けられる。

第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向Ｄ１は、Ｘ方向とは逆である。第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２は、Ｘ方向と同じである。

この例においても、第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１に沿った第１厚さｔ１と、第１飽和磁束密度Ｂｓ１と、を有する。第２磁性層１２は、第１方向Ｄ１に沿った第２厚さｔ２と、第２飽和磁束密度Ｂｓ２と、を有する。この例でも、第２厚さｔ２と第２飽和磁束密度Ｂｓ２との第２積は、第１厚さｔ１と第１飽和磁束密度Ｂｓ１との第１積よりも大きい。

図１３（ｂ）は、第１動作ＯＰ１（第１状態）に対応する。第１状態において、磁極２０から生じる第１磁極磁界Ｈｇ１は、第２方向Ｄ２に沿う成分を有する。このとき、積層体１０に第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流れる。このとき、第１電子流Ｊｅ１の向きは、第１電流Ｊｃ１の向きと逆である。

図１３（ｃ）は、第２動作ＯＰ２（第２状態）に対応する。第２状態において、磁極２０から生じる第２磁極磁界Ｈｇ２は、第１方向Ｄ１に沿う成分を有する。このときも、積層体１０に第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流れる。

このような動作により、第１磁性層１１を薄くしても、良好な高周波磁界Ｈａｃが得られる。これにより、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供できる。

本実施形態において、第２積は、第１積の４倍以上であることが好ましい。第２厚さｔ２は、第１厚さの２倍以上であることが好ましい。

第１厚さｔ１は、例えば、２ｎｍ以上９ｎｍ以下であることが好ましい。第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１は、例えば、−７ｋＯｅ以上８ｋＯｅ以下であることが好ましい。

本実施形態において、第１磁性層１１は、第１ダンピング定数α１を有する。第２磁性層１２は、第２ダンピング定数α２を有する。このとき、第２積と第２ダンピング定数α２との積は、第１積と第１ダンピング定数α１の積の４倍以上１６倍以下であることが好ましい。

本実施形態において、第１状態において、第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第２方向Ｄ２の成分を有する。第２状態において、第１磁性層１１の磁化１１ｍは、第１方向Ｄ１の成分を有する。

第１状態及び第２状態において、積層体１０は、高周波磁界Ｈａｃを発生する。高周波磁界Ｈａｃの周波数は、５ＧＨｚ以上２５ＧＨｚ以下である。

積層体１０に第１電流Ｊｃ１を流しつつ第１方向Ｄ１の成分を有する第３磁界を印加したときに、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗は、第３磁界の強度とともに上昇する。

第１範囲の大きさを有し第１方向Ｄ１の第３電流を積層体１０に流しつつ第１方向Ｄ１の成分を有する第３磁界を印加したときに、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗は、第３磁界の強度とともに上昇する。上記の第１電流Ｊｃ１の大きさは、このような第１範囲にある。

本実施形態において、コイル２５が設けられても良い。第１状態においてコイル２５に第１コイル電流Ｃ１が供給されて磁極２０から、第１磁極磁界Ｈｇ１が発生する。第２状態においてコイル２５に第２コイル電流Ｃ２が供給されて、磁極２０から第２磁極磁界Ｈｇ２が発生する。

本実施形態にいて、制御部５５をさらに設けられても良い。制御部５５は、第１状態においてコイル２５に第１コイル電流Ｃ１を供給し、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を供給する。制御部５５は、第２状態においてコイル２５に第２コイル電流Ｃ２を供給し、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を供給する。

（第３の実施形態）
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、第３の実施形態に係る磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置を例示する模式的断面図である。
図１４（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５２は、本実施形態に係る磁気記録ヘッド１１２と、磁気記録媒体８０と、を含む。本実施形態においては、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の配置が、磁気記録ヘッド１１０における配置とは異なる。以下の磁気記録ヘッド１１２の説明において、磁気記録ヘッド１１０と同様の部分は、適宜省略される。

磁気記録ヘッド１１２は、磁極２０と、シールド２０ｓと、積層体１０と、を含む。シールド２０ｓは、例えば、トレーリングシールドである。積層体１０は、磁極２０とシールド２０ｓとの間に設けられる。積層体１０は、第１磁性層１１、第２磁性層１２及び中間層１３を含む。第１磁性層１１は、磁極２０とシールド２０ｓとの間に設けられる。第２磁性層１２は、磁極２０からシールド２０ｓに向かう方向と交差する方向（この例では、Ｚ方向）において、第１磁性層１１と離れている。中間層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられ、非磁性である。

磁極２０は媒体対向面５１を有している。媒体対向面５１と第１磁性層１１との間の距離は、媒体対向面５１と第２磁性層１２との間の距離よりも長い。例えば、第１磁性層１１と磁気記録媒体８０との間に、第２磁性層１２が位置する。

第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向Ｄ１は、Ｚ方向に対応する。第１磁性層１１から第２磁性層１２に向かう方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２は、Ｚ方向に対して逆（反平行）である。

この例においても、第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１に沿った第１厚さｔ１と、第１飽和磁束密度Ｂｓ１と、を有する。第２磁性層１２は、第１方向Ｄ１に沿った第２厚さｔ２と、第２飽和磁束密度Ｂｓ２と、を有する。この例でも、第２厚さｔ２と第２飽和磁束密度Ｂｓ２との第２積は、第１厚さｔ１と第１飽和磁束密度Ｂｓ１との第１積よりも大きい。

この例では、第１絶縁層１７及び第２絶縁層１８がさらに設けられている。第１絶縁層１７は、磁極２０と積層体１０との間に設けられる。第２絶縁層１８は、シールド２０ｓと積層体１０との間に設けられる。

この例においても、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かって電流（第１電流Ｊｃ１）が流れる。

図１４（ｂ）は、第１動作ＯＰ１（第１状態）に対応する。第１状態において、磁極２０から生じる第１磁極磁界Ｈｇ１は、磁極２０からシールド２０ｓに向かう方向（＋Ｘ方向）に沿う成分を有する。積層体１０に第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流れる。このとき、第１電子流Ｊｅ１の向きは、第１電流Ｊｃ１の向きと逆である。

図１４（ｃ）は、第２動作ＯＰ２（第２状態）に対応する。第２状態において、磁極２０から生じる第２磁極磁界Ｈｇ２は、シールド２０ｓから磁極２０に向かう方向（−Ｘ方向）に沿う成分を有する。このときも、積層体１０に第１方向Ｄ１の第１電流Ｊｃ１が流れる。

このような動作により、第１磁性層１１を薄くしても、良好な高周波磁界Ｈａｃが得られる。これにより、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供できる。

本実施形態において、第２積は、第１積の４倍以上であることが好ましい。第２厚さｔ２は、第１厚さの２倍以上であることが好ましい。

例えば、第１厚さｔ１は、例えば、２ｎｍ以上９ｎｍ以下であることが好ましい。第１磁性層１１の垂直磁気異方性磁界ＭＡ１は、例えば、−７ｋＯｅ以上８ｋＯｅ以下であることが好ましい。

本実施形態において、第１磁性層１１は、第１ダンピング定数α１を有する。第２磁性層１２は、第２ダンピング定数α２を有する。このとき、第２積と第２ダンピング定数α２との積は、第１積と第１ダンピング定数α１の積の４倍以上１６倍以下であることが好ましい。

本実施形態において、第１状態において、第１磁性層１１は、磁化１１ｍを有する。第２状態において、第１磁性層１１は、磁化１１ｍを有する。

第１状態及び第２状態において、積層体１０は、高周波磁界Ｈａｃを発生する。高周波磁界Ｈａｃの周波数は、５ＧＨｚ以上２５ＧＨｚ以下である。

積層体１０に第１電流Ｊｃ１を流しつつＸ方向の成分を有する第３磁界を印加したときに、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗は、第３磁界の強度とともに上昇する。

本実施形態において、コイル２５が設けられても良い。第１状態においてコイル２５に第１コイル電流Ｃ１が供給されて磁極２０から、第１磁極磁界Ｈｇ１が発生する。第２状態においてコイル２５に第２コイル電流Ｃ２が供給されて、磁極２０から第２磁極磁界Ｈｇ２が発生する。

本実施形態にいて、制御部５５をさらに設けられても良い。制御部５５は、第１状態においてコイル２５に第１コイル電流Ｃ１を供給し、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を供給する。制御部５５は、第２状態においてコイル２５に第２コイル電流Ｃ２を供給し、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を供給する。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、磁気記憶装置に係る。本実施形態に係る磁気記憶装置は、第１〜第３の実施形態のいずれか、及び、その変形の磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体８０と、を含む。磁気記録媒体８０は、磁極２０により情報が記録される。制御部５５がさらに設けられても良い。

制御部５５は、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２を実施する。第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２においは、制御部５５は、積層体１０に第１電流Ｊｃ１を供給する。

本実施形態において、磁気記録ヘッドは、コイル２５をさらに含む。制御部５５は、第１動作ＯＰ１において、コイル２５に第１コイル電流Ｃ１を供給して磁極２０から第１磁極磁界Ｈｇ１を発生させる。制御部５５は、第２動作ＯＰ２において、コイル２５に第２コイル電流Ｃ２を供給して磁極２０から第２磁極磁界Ｈｇ２を発生させる。

以下では、磁気記録ヘッド１１０が用いられる場合について、説明する。
図１５は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図１５は、磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダを例示している。
磁気記録ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３に搭載される。ヘッドスライダ３には、例えばＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＣなどが用いられる。ヘッドスライダ３は、磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。

ヘッドスライダ３は、例えば、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。磁気記録ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３の空気流出側３Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気記録ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。

図１６は、実施形態に係る磁気記録再生装置を例示する模式的斜視図である。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図１６に示したように、実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４に装着され、駆動装置制御部からの制御信号に応答するモータにより矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。磁気記録再生装置１５０は、記録媒体１８１を含んでもよい。例えば、磁気記録再生装置１５０は、ハイブリッドＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。記録媒体１８１は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。記録媒体１８１には、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。

記録用媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ３は、既に説明したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが搭載される。

記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押し付け圧力とヘッドスライダ３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ３の媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。

サスペンション１５４は、アーム１５５（例えばアクチュエータアーム）の一端に接続されている。アーム１５５は、例えば、駆動コイルを保持するボビン部などを有する。アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アーム１５５のボビン部に巻き上げられた駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とを含むことができる。サスペンション１５４は、一端と他端とを有し、磁気記録ヘッドは、サスペンション１５４の一端に搭載され、アーム１５５は、サスペンション１５４の他端に接続されている。

アーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられたボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気記録ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動可能となる。

図１７（ａ）は、磁気記録再生装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
また、図１７（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気記録ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ：ＨＧＡ）１５８を例示する斜視図である。

図１７（ａ）に示したように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、ヘッドジンバルアセンブリ１５８と、支持フレーム１６１と、を含む。ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延びる。支持フレーム１６１は、軸受部１５７からＨＧＡと反対方向に延びる。支持フレーム１６１は、ボイスコイルモータのコイル１６２を支持する。

また、図１７（ｂ）に示したように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延びたアーム１５５と、アーム１５５から延びたサスペンション１５４と、を有している。

サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ３には、実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが搭載される。

すなわち、実施形態に係る磁気記録ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、実施形態に係る磁気記録ヘッドと、磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、ヘッドスライダ３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアーム１５５と、を備える。

サスペンション１５４は、信号の記録及び再生用、浮上量調整のためのヒーター用、及び、例えばスピントルク発振子用などのためのリード線（図示しない）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ３に組み込まれた磁気記録ヘッドの各電極と、が電気的に接続される。

また、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の記録及び再生を行う信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、例えば、磁気記録再生装置１５０の一部（図１６参照）に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８の電極パッドに接続され、磁気記録ヘッドと電気的に結合される。

このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体と磁気記録ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とした可動部と、磁気記録ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の記録及び再生を行う信号処理部と、を備える。

すなわち、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク１８０が用いられる。
上記の可動部は、ヘッドスライダ３を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含むことができる。

このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気記録ヘッドアセンブリと、磁気記録ヘッドアセンブリに搭載された磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の記録及び再生を行う信号処理部と、を備える。

実施形態によれば、記録密度が向上できる磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置が提供される。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記録ヘッドに含まれるシールド、磁極、中間層及び絶縁部、並びに、磁気記録再生装置に含まれる磁気記録媒体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３…ヘッドスライダ、 ３Ａ…空気流入側、 ３Ｂ…空気流出側、 ４…スピンドルモータ、 １０…積層体、 １１…第１磁性層、 １１ｍ…磁化、 １２…第２磁性層、 １２ｍ…磁化、 １３…中間層、 １５…第１非磁性層、 １６…第２非磁性層、 １７…第１絶縁層、 １８…第２絶縁層、 ２０…磁極、 ２０ｓ…シールド、 ２５…コイル、 ５１…媒体対向面、 ５５…制御部、 ８０…磁気記録媒体、 ８４…磁化、 ８５…媒体移動方向、 １１０、１１０ａ、１１１、１１２、１１９ｘ〜１１９ｙ…磁気記録ヘッド、 １５０、１５０ａ、１５１、１５２、…磁気記録再生装置、 １５４…サスペンション、 １５５…アクチュエータアーム、 １５６…ボイスコイルモータ、 １５７…軸受部、 １５８…ヘッドジンバルアセンブリ、 １６０…ヘッドスタックアセンブリ、 １６１…支持フレーム、 １６２…コイル、 １８０…記録用媒体ディスク、 １８１…記録媒体、 １９０…信号処理部、 Ａ…矢印、 Ｃ１、Ｃ２…第１、第２コイル電流、 Ｄ１、Ｄ２…第１、第２方向、 Ｈａｃ…高周波磁界、 Ｈａｃｎ…強度、 Ｈｇ１、Ｈｇ２…第１、第２磁極磁界、 Ｈｇａｐ…ギャップ磁界、 Ｈｒ１、Ｈｒ２…第１、第２記録磁界、 Ｊ…電流密度、 Ｊ８０％…８０％電流密度、 Ｊｃ１、Ｊｃ２…第１、第２電流、 Ｊｅ１、Ｊｅ２…第１、第２電子流、 Ｊｓ…発振開始電流密度、 Ｍ１…向き、 ＭＡ１…垂直磁気異方性磁界、 ＯＰ１、ＯＰ２…第１、第２動作、 Ｒ１…抵抗、 Ｒ２／１…比、 Ｒｔ…比、 ＲｔＢｓ…比、 ｆ１…周波数、 ｇ２０…ギャップ長、 ｔ１〜ｔ３…第１〜第３厚さ

Claims (7)

1. 磁極と、
   積層体であって、
   面内磁化膜の第１磁性層と、
   前記第１磁性層と前記磁極との間に設けられた第２磁性層と、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた非磁性の中間層と、
   を含む前記積層体と、
   前記第２磁性層と前記磁極との間に設けられ前記磁極及び前記第２磁性層と接する第１非磁性層と、
   を備え、
   前記第１磁性層は、前記第２磁性層から前記第１磁性層に向かう第１方向に沿った第１厚さと、第１飽和磁束密度と、を有し、
   前記第２磁性層は、前記第１方向に沿った第２厚さと、第２飽和磁束密度と、を有し、
   前記第２厚さと前記第２飽和磁束密度との第２積は、前記第１厚さと前記第１飽和磁束密度との第１積よりも大きく、
   前記第２磁性層から前記第１磁性層に向かって電流が流れ、前記第１磁性層の磁化の向きは、前記電流の大きさによって変化し、
   前記磁極は媒体対向面を有し、
   前記第１磁性層が前記媒体対向面に対して垂直な方向において前記媒体対向面を含む平面と前記中間層との間にあるように、前記第１方向は、前記媒体対向面に対して傾斜した、磁気記録ヘッド。
2. 前記積層体に前記電流を流したときの前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の電気抵抗は、前記第１方向の成分を有する磁界の強度とともに上昇する、請求項１記載の磁気記録ヘッド。
3. 第１状態において、前記第１方向に沿う成分を有する第１磁極磁界が前記磁極から発生し、
   第２状態において、前記第１磁性層から前記第２磁性層に向かう第２方向に沿う成分を有する第２磁極磁界が前記磁極から生じ、
   前記第１状態において、前記第１磁性層の前記磁化は、前記第２方向の成分を有する、請求項１または２に記載の磁気記録ヘッド。
4. 前記第２状態において、前記第１磁性層の前記磁化は、前記第１方向の成分を有する、請求項３記載の磁気記録ヘッド。
5. トレーリングシールドをさらに備え、
   前記磁極と前記トレーリングシールドとの間に前記積層体がある、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
   前記磁極により情報が記録される磁気記録媒体と、
   前記積層体に前記電流を流す制御部と、
   を備えた磁気記録再生装置。
7. 請求項３または４記載の磁気記録ヘッドと、
   前記磁極により情報が記録される磁気記録媒体と、
   前記積層体に前記電流を流す制御部と、
   を備え、
   前記磁気記録ヘッドは、コイルをさらに含み、
   前記制御部は、第１動作において、前記コイルに第１コイル電流を供給して前記磁極に、前記第１方向に沿う成分を有する前記第１磁極磁界を発生させ、
   前記制御部は、第２動作において、前記コイルに第２コイル電流を供給して前記磁極に、前記第１磁性層から前記第２磁性層に向かう第２方向に沿う成分を有する第２磁極磁界を発生させる、磁気記録再生装置。

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