JPWO2006049259A1 - パターンド磁気記録媒体の設計方法およびパターンド磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

垂直方向に磁気異方性を持ち，ドット状にパターン化された磁性膜を含むパターンド磁気記録媒体を設計する方法であって，ドットパターン周期Ｐｘ，Ｐｙ，膜厚ｔ，熱磁気安定性指数Ｋｎ，最小ドット間スペーシングＳｏ，最大記録磁界Ｈｍを設定し，飽和磁化Ｍｓの初期値を設定し，磁化反転開始磁界Ｈｎを求め，抗磁力Ｈｃおよび飽和磁界Ｈｓを見積もり，飽和磁界Ｈｓが最大記録磁界Ｈｍ未満となるように前記ステップを繰り返し，所望の条件を満足する磁気特性Ｍｓ，Ｈｎ，Ｈｃを決定する。

Description

本発明は，パターン化された磁性膜を有するパターンド磁気記録媒体を設計する方法，およびパターンド磁気記録媒体に関する。このようなパターンド磁気記録媒体は，コンピュータ，ビデオレコーダ等の各種記録機器に搭載される磁気記録装置に適用される。

磁気記録装置の記録密度を高める技術として，垂直磁気記録方式が注目されている。この方式では垂直方向に磁気異方性を持つ微粒子構造の磁性薄膜が記録媒体として用いられ，情報が磁気ヘッドにより微小な磁化パターンとして記録される。垂直磁気記録方式は，磁化転移を境に隣接する磁化が反平行に結合するため，面内磁気記録方式と比較すると，熱磁気緩和に対してより安定な記録状態を維持することが可能となり，より高密度化が可能となる。

しかし，垂直磁気記録方式といえども面内磁気記録方式と同様に，記録ビット長が小さくなるのに対応して，記録媒体の微粒子の寸法もその１／１０ほどに小さくする必要があり，これに伴い磁性粒子が保持する磁気エネルギーの低下により熱磁気緩和の影響が現れてくる。磁性粒子の磁気エネルギーを大きくするには磁性体の磁気異方性を大きくすることが有効であるが，記録の際の磁化反転に必要な磁界強度も大きくなってしまい，現実の磁気ヘッドでの記録が出来なくなってしまうという問題があった。

この磁気記録媒体の熱磁気緩和現象による限界をブレークスルーする方法として，磁性ドットの面積をビットの大きさとするパターンド磁気記録媒体が提案されている（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｔ．Ｒｅｔｔｎｅｒ，Ｍａｒｇａｒｅｔ Ｅ．Ｂｅｓｔ，ａｎｄ Ｂｒｕｃｅ Ｄ．Ｔｅｒｒｉｓ，“Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｏｆ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｅｄｉａ ｗｉｔｈ ａ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｔｏ Ｐｒｏｄｕｃｅ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｉｓｌａｎｄｓ ａｔ ＞ １４０ Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．３７，ｎｏ．４，ｐｐ．１６４９−１６５１，Ｊｕｌｙ ２００１；および青山勉，佐藤勇武，石尾俊二，「パターンド磁気記録媒体の作製方法と磁気的特性」，応用物理，第７２巻，第３号，２００３年参照）。パターンド磁気記録媒体は，磁性ドットの面積をビットの大きさとすることで磁気エネルギーを飛躍的に大きくでき，磁気異方性を大きくすることなしに熱磁気安定性を確保できるようになる。しかし，従来，パターンド磁気記録媒体に関して，熱磁気安定性，記録容易性，作製の容易さ，および記録時のヘッドのトラック幅方向のシフト許容量を総合的に考慮した設計手法は知られておらず，またパターンド磁気記録媒体の最適な構造も知られていない。パターンド磁気記録媒体では，よりトラック幅が小さくなりトラッキング精度が要求される。にもかかわらず，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２を目指したパターンド磁気記録媒体でも，単に熱磁気安定性と記録条件を満たすことが検討されているだけであるか，または目的の密度を満たす磁性ドットの寸法が検討されているだけにすぎない。

上述したように，パターンド磁気記録媒体では，所望の記録密度を実現する磁性ドットパターンが熱磁気安定性，記録の容易性，および作製の容易さを兼ね備え，かつ記録時のヘッドのトラック幅方向のシフト許容量を広くするように，磁性膜の磁気特性，寸法，膜厚を設計する必要がある。

本発明の目的は，所望の記録密度を実現する磁性ドットパターンが熱磁気安定性，記録の容易性，および作製の容易さを兼ね備え，かつ記録時のヘッドのトラック幅方向のシフト許容量を広くするように，磁性膜の磁気特性を簡易に決定することができる設計方法を提供することにある。本発明の他の目的は，上述した特性を兼ね備えたパターンド磁気記録媒体を提供することにある。

本発明によれば，垂直方向に磁気異方性を持ち，ドット状にパターン化された磁性膜を含むパターンド磁気記録媒体を設計する方法であって，
ｘ方向およびｙ方向のドットパターン周期Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ，膜厚ｔ，熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ，最小ドット間スペーシングＳ_ｏ，最大記録磁界Ｈ_ｍを設定し，
飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を設定し，
ドットのｘ方向寸法ａと磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを，次式ａ＝Ｐ_ｘ−Ｓ_ｏ，Ｈ_ｎ＝２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（ａ^２＊Ｍ_ｓ＊γ＊ｔ）［ここに，ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，γ：ｘ方向のドット寸法に対するｙ方向のドット寸法の比である］に従って求め，（ａ，γａ，ｔ）なる形状の磁性体ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きαを，次式α＝４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）［ここに，Ｎ_ｄは磁性ドットの垂直方向の反磁界係数，ΔＨ_ｃは抗磁力Ｈ_ｃのパターンド磁気記録媒体内での分布幅である］に従って求め，抗磁力Ｈ_ｃ＝Ｈ_ｎ＋（４πＭ_ｓ／α）と飽和磁界Ｈ_ｓ＝Ｈ_ｎ＋（８πＭ_ｓ／α）を見積もり，
求めた飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満であるか否かを判断し，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ以上である場合には，飽和磁化Ｍ_ｓの値を増加させて前記ステップを繰り返し，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定する方法が提供される。

また，本発明によれば，垂直方向に磁気異方性を持つ磁性ドットがパターン化されて記録トラックを形成しているパターンド磁気記録媒体であって，前記磁性ドットは，膜厚ｔが１５ｎｍ以下であり，トラック幅方向のドット寸法ａがトラック幅方向のドットパターン周期の１／２以下であり，飽和磁化Ｍ_ｓが６５０ｅｍｕ／ｃｍ^３より大きく，飽和磁界Ｈ_ｓが１８ｋＯｅより小さく，かつ磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ（Ｏｅ）が下記式
Ｈ_ｎ≧１４０＊ｋ_Ｂ＊３００／Ｍ_ｓＶ＝４．２×１０^４ｋ_Ｂ／Ｍ_ｓＶ
［ｋ_Ｂはボルツマン定数（ｅｒｇ／ｄｅｇ），Ｖは磁性ドットの体積（ｃｍ^３）である］
の関係を満たすパターンド磁気記録媒体が提供される。

本発明のパターンド磁気記録媒体において，前記磁性ドットは，トラック長手方向のドット寸法ｂがトラック幅方向のドット寸法ａより大きい，という異方形状を有していることが好ましい。

垂直磁気異方性膜の垂直方向Ｍ−Ｈループを示す図。 本発明方法を示すフローチャート図。 種々の寸法の正方ドットを含むパターンド磁気記録媒体について，飽和磁界Ｈ_ｓの飽和磁化Ｍ_ｓ依存性を示す図。 実施例４におけるパターンド磁気記録媒体および磁気ヘッドを示す断面図。 正方ドットを有するパターンド磁気記録媒体の平面図。 参照例のシミュレーションにより得られた垂直方向残留磁化曲線と残留磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎ，残留飽和磁界Ｈ_ｒｓ，および残留抗磁力Ｈ_ｒｃを説明する図。 記録シミュレーションに用いたヘッド磁界のｘ，ｙ方向の分布を示す図。 参照例，Ｎｏ．１およびＮｏ．２のパターンド磁気記録媒体について，記録磁界の反転位置のトラック長手方向シフト量による記録ビットの誤り率の変化を示す図。 参照例，Ｎｏ．１およびＮｏ．２のパターンド磁気記録媒体について，記録磁界の反転位置のトラック幅方向シフト量による隣接トラックのビット誤り率の変化を示す図。 磁性ドット膜厚を１０ｎｍ，残留磁化反転開始磁界Ｈ_ｍを１１ｋＯｅと仮定した場合に，３００Ｋで熱磁気安定性指数Ｅ_ｍ／ｋ_ＢＴを７０より大きくするのに必要なドット寸法の飽和磁化依存性を示す図。 異方形状の磁性ドットを有するパターンド磁気記録媒体の平面図。 参照例およびＮｏ．４〜８のパターンド磁気記録媒体について，記録磁界の反転位置のトラック長手方向シフト量による記録ビットの誤り率の変化を示す図。 参照例およびＮｏ．４〜８のパターンド磁気記録媒体について，記録磁界の反転位置のトラック幅方向シフト量による隣接トラックのビット誤り率の変化を示す図。 参照例およびＮｏ．１〜８のパターンド磁気記録媒体について，トラック長手方向およびトラック幅方向におけるシフト許容量のドット寸法依存性を示す図。 異方形状の磁性ドットを有するパターンド磁気記録媒体について，トラック長手方向およびトラック幅方向における印加磁界の角度依存性を説明する図。

以下，本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るパターンド磁気記録媒体の設計方法においては，初めに面記録密度を決めるｘ方向およびｙ方向のドットパターン周期Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ熱磁気安定性を決定する熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ，ならびにドットパターンの作り易さを決定する膜厚ｔおよび最小ドット間スペーシングＳ_ｏを設定する。その後，飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を設定する。

次いで，熱磁気特性を満たす磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ（より正確には残留磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎ）を求め，これを満足する異方性磁界Ｈ_ｋを求める。さらに飽和磁界Ｈ_ｓを求め，Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ以下となるようにＭ_ｓ，Ｈ_ｃ，Ｈ_ｎ（またはＨ_ｒｎ）を求める。ここで，垂直磁気異方性膜の垂直方向のＭ−Ｈループを図１に示す。この図１には磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ，抗磁力Ｈ_ｃおよび飽和磁界Ｈ_ｓ表示している。以下，これらの磁気特性の簡易な求め方を説明する。

まず，ドットのｘ方向寸法ａと磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを次式
ａ＝Ｐ_ｘ−Ｓ_ｏ，および
Ｈ_ｎ≧２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（ａ^２＊Ｍ_ｓ＊γ＊ｔ），または
Ｈ_ｒｎ≧２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（Ｍ_ｓＶ）
［ここに，ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，γ：ｘ方向のドット寸法に対するｙ方向のドット寸法の比，Ｖ：磁性ドットの体積である］に従って求める。

次に，（ａ，γａ，ｔ）なる形状の磁性体ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きαを次式
α＝４π（ｄＭ／ｄＨ）〜４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）
［ここに，Ｎ_ｄは磁性ドットの垂直方向の反磁界係数，ΔＨ_ｃは抗磁力Ｈ_ｃのパターンド磁気記録媒体内での分布幅である］に従って求める。

さらに，抗磁力Ｈ_ｃ＝Ｈ_ｎ＋（４πＭ_ｓ／α）と飽和磁界Ｈ_ｓ＝Ｈ_ｎ＋（８πＭ_ｓ／α）を見積もる。

なお，異方性磁界Ｈ_ｋを設定してシミュレーションによりＭ−Ｈループ，または残留磁化曲線を求め，磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ，または残留磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎを求め，このＨ_ｎまたはＨ_ｒｎが上記の式によって求められた値となるようにＨ_ｋを調整し，再度のシミュレーションにより得られたＭ−ＨループよりＨ_ｃとＨ_ｓを求めてもよい。

次いで，求めた飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満であるか否かを判断する。飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満である場合には，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定して終了する。一方，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ以上である場合には，飽和磁化Ｍ_ｓの値を増加させて前記ステップを繰り返し，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満となるようにして，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定して終了する。

図２に本発明方法をフローチャートとして示す。図２を参照して，パターンド磁気記録媒体の設計方法をより具体的に説明する。

（Ｓ１）面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２を正方格子ドットパターンで実現しようとすると，パターン周期はＰ_ｘ＝Ｐ_ｙ＝２５ｎｍとなる。３年間以上の熱磁気安定性を十分確保しようとすると，熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ＝Ｅ_ｍ／ｋ_ＢＴ［Ｅ_ｍは磁性ドットの磁気エネルギーである］を６０から８０の値とすればよいことが知られている（Ｎａｏｋｉ ＨＯＮＤＡ ａｎｄ Ｋａｚｕｈｉｒｏ ＯＵＣＨＩ，“Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｍｅｄｉａ，”ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．Ｅ８０−Ｃ，ｎｏ．９，ｐｐ．１１８０−１１８６，Ｓｅｐ．１９９７．参照）。磁性膜の加工プロセスを考慮すると，膜厚ｔとして１０ｎｍ程度，最小ドット間スペーシングＳ_ｏとして１０ｎｍ程度がおよその制限値と考えられる。

（Ｓ２）飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を設定する。この初期値は任意に設定できる。たとえば磁性膜としてＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系合金を用いる場合，Ｍ_ｓの初期値として４００〜６００ｅｍｕ／ｃｍ^３の値を設定する。

（Ｓ３）磁性ドットのｘ方向寸法ａと磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを次式（１），（２）に従って求める。

ａ＝Ｐ_ｘ−Ｓ_ｏ （１）
Ｈ_ｎ＝２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（ａ^２＊Ｍ_ｓ＊γ＊ｔ） （２）
［ここに，ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，γ：ｘ方向のドット寸法に対するｙ方向のドット寸法の比であり，正方ドットの場合はγ＝１である］。なお，Ｔについては，室温から実際に使用が想定される上限温度の７０℃の間の値を絶対温度で用いる。

（Ｓ４）磁性ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きαを次式
α＝４π（ｄＭ／ｄＨ）〜４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）
［ここに，Ｎ_ｄは磁性ドットの垂直方向の反磁界係数，ΔＨ_ｃは抗磁力Ｈ_ｃのパターンド磁気記録媒体内での分布幅である］に従って求める。

垂直方向反磁界係数Ｎ_ｄは四角柱を近似的に回転楕円体として簡易に見積もることができる。即ち，
ε＝ｔ／（γａ^２）^１／２とした時，ε＞１，ε＝１，ε＜１に応じて，
ε＞１の場合：Ｎ_ｄ＝４π［１／（ε^２−１）］｛［ε／（ε^２−１）^１／２］ｌｎ（ε＋（ε^２−１）^１／２）−１｝
ε＝１の場合：Ｎ_ｄ＝４π／３
ε＜１の場合：Ｎ_ｄ＝４π−４π｛［ε／（１−ε^２）^３／２］ｓｉｎ^−１（１−ε^２）^１／２−［ε^２／（１−ε^２）］｝
として求めることができる（例えば，近角總信，「強磁性体の物理（上）」，裳華房，東京，昭和５３年，ｐ．１５参照）。

また，抗磁力Ｈ_ｃの分布幅ΔＨ_ｃは，磁化反転開始磁界Ｈ_ｎの２０％程度と見積もることができる。

そして，Ｈ_ｃ＝Ｈ_ｎ＋（４πＭ_ｓ／α）とＨ_ｓ＝Ｈ_ｎ＋（８πＭ_ｓ／α）として，抗磁力Ｈ_ｃと飽和磁界Ｈ_ｓを見積もる。

上述したように，このステップでは，異方性磁界Ｈ_ｋを設定してシミュレーションによりＭ−Ｈループを求め，磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを求め，このＨ_ｎが設定値となるようにＨ_ｋを調整する方法によりＨ_ｃとＨ_ｓを求めてもよい。

（Ｓ５）求まった飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満かどうか判断する。飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満である場合には，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定して終了する。一方，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ以上である場合には，ステップＳ２へ戻り，飽和磁化Ｍ_ｓの値を適度に増加させ，その後の各ステップを繰り返すことにより，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満となるようにして，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定して終了する。これにより磁気特性を設計することができる。即ち，熱磁気安定性および記録と加工の容易さを兼ね備えた目標記録密度のパターンド記録媒体の磁気特性（飽和磁化Ｍ_ｓ，磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ，抗磁力Ｈ_ｃ）が決定される。

以上のように本設計法によれば，熱磁気安定性および記録と加工の容易さを兼ね備えた目標記録密度のパターンド記録媒体の磁気特性と寸法を容易に見出すことができる。

なお，本発明においては，膜厚ｔが１５ｎｍ以下であり，トラック幅方向での最小ドット間スペーシングＳ_ｏがドットパターン周期の１／２より大きく，かつ飽和磁化Ｍ_ｓが６５０ｅｍｕ／ｃｍ^３より大きいという条件でパターンド磁気記録媒体を設計することが好ましい。ここで，膜厚ｔの下限値は磁性膜として有効に機能する厚さで規定され，２ｎｍ以上であることが好ましい。最小ドット間スペーシングＳ_ｏのドットパターン周期に対する比率の上限値は，実際的な磁気特性となる最小ドットサイズが５ｎｍ×５ｎｍとして，所望の記録密度が得られる範囲によって規定される。飽和磁化Ｍ_ｓの上限値は特に限定されず，使用できる磁性材料の最大飽和磁化によって制限される。

実施例
以下，本発明を実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
正方ドットを含む，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２のパターンド磁気記録媒体を設計した例について説明する。

まず，パターン周期Ｐ_ｘおよびＰ_ｙを２５ｎｍ，３年間以上の熱磁気安定性を確保するため熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ＝Ｅ_ｍ／ｋ_ＢＴを６０（Ｅ_ｍは磁性ドットの磁気エネルギー），膜厚ｔを１１ｎｍ，最小ドット間スペーシングＳ_ｏを１８ｎｍ，最大記録磁界Ｈ_ｍを２０ｋＯｅと設定した。また，飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を６００ｅｍｕ／ｃｍ^３と設定した。

次に，磁性ドットの寸法ａと磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを，それぞれ次式（３），（４）
ａ＝Ｐ_ｘ−Ｓ_ｏ＝７（ｎｍ） （３）
Ｈ_ｎ＝２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（ａ^２＊Ｍ_ｓ＊γ＊ｔ） （４）
［ここに，ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，γ：ｘ方向のドット寸法に対するｙ方向のドット寸法の比であり，正方ドットなのでγ＝１である］に従って求めた。Ｔが２９３Ｋ（２０℃）のとき，Ｋ_ｎ≧６０に必要なＨ_ｎは１５ｋＯｅとなった。

次に，（ｘ方向寸法７ｎｍ，ｙ方向寸法７ｎｍ，膜厚１１ｎｍ）なる形状の磁性ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きαを，次式
α＝４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）
［ここに，Ｎ_ｄは磁性ドットの垂直方向の反磁界係数，ΔＨ_ｃは抗磁力Ｈ_ｃのパターンド磁気記録媒体内での分布幅である］に従って求めた。このとき，垂直方向反磁界係数Ｎ_ｄは，四角柱ドットを近似的に回転楕円体として見積もった。即ち，ε＝ｔ／（γａ^２）^１／２としたとき，ε＞１であるので次式
Ｎ_ｄ＝４π［１／（ε^２−１）］｛［ε／（ε^２−１）^１／２］ｌｎ（ε＋（ε^２−１）^１／２）−１｝
に従って，Ｎ_ｄは２．８となった。また，抗磁力Ｈ_ｃの分布幅ΔＨ_ｃをＨ_ｎの２０％とした。これらの値を用いたとき，α＝４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）＝１．６となった。さらに，Ｈ_ｃ＝Ｈ_ｎ＋（４πＭ_ｓ／α），Ｈ_ｓ＝Ｈ_ｎ＋（８πＭ_ｓ／α）として抗磁力Ｈ_ｃと飽和磁界Ｈ_ｓを見積もった。この結果，Ｈ_ｃは１９．７ｋＯｅ，Ｈ_ｓは２４．４ｋＯｅと見積もられた。

ここで求まった飽和磁界Ｈ_ｓは，目標とした最大記録磁界Ｈ_ｍ＝２０ｋＯｅより大きいので，飽和磁化Ｍ_ｓを大きくする必要があることが分かった。

そこで，図２のＳ２に戻り，Ｍ_ｓを７００ｅｍｕ／ｃｍ^３に再設定して，再びＨ_ｎ，α，Ｈ_ｃ，Ｈ_ｓを求めると，それぞれ１２．９ｋＯｅ，１．９，１７．４ｋＯｅ，２１．９ｋＯｅとなった。このように，まだＨ_ｓ＜Ｈ_ｍの条件は満たせないので，飽和磁化Ｍ_ｓをより大きくする必要があることが分かった。

そこで，図２のＳ２に戻り，Ｍ_ｓを８５０ｅｍｕ／ｃｍ^３に再設定して，再びＨ_ｎ，α，Ｈ_ｃ，Ｈ_ｓを求めると，Ｈ_ｎ，α，Ｈ_ｃ，Ｈ_ｓがそれぞれ１０．６ｋＯｅ，２．４，１５．１ｋＯｅ，１９．６ｋＯｅとなった。この場合，Ｈ_ｓ＜Ｈ_ｍの条件を満たすので，磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定することができる。

即ち，パターン周期２５ｎｍ，ドット寸法７ｎｍ×７ｎｍ，膜厚１１ｎｍで，磁気特性をＭ_ｓ＝８５０ｅｍｕ／ｃｍ^３，Ｈ_ｎ＝１０．６ｋＯｅ，Ｈ_ｃ＝１５．４ｋＯｅとしてパターンド磁気記録媒体を設計できた。これが熱磁気安定性，および記録と加工の容易さを兼ね備えた目標記録密度のパターンド磁気記録媒体の仕様となる。

なお，以上のような条件を満たす磁性材料としては，Ｃｏ−Ｐｔ系合金たとえばＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系合金や，Ｆｅ−Ｐｔ規則合金が挙げられる。

Ｃｏ−Ｐｔ系合金たとえばＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系合金は，組成を調整することにより，飽和磁化Ｍ_ｓを約３００〜１４００ｅｍｕ／ｃｍ^３の範囲，高い抗磁力Ｈ_ｃまたは残留抗磁力Ｈ_ｒｃを実現するのに必要な磁気異方性定数Ｋ_ｕを約５×１０^５〜１．４×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３の範囲で調整することができ，飽和磁化Ｍ_ｓが１０００ｅｍｕ／ｃｍ^３でも異方性磁界Ｈ_ｋ（＝２Ｋ_ｕ／Ｍ_ｓ）が２５ｋＯｅ以上を示すことが知られており，上記の設計を実現するのに十分な磁気特性を有する。

Ｆｅ−Ｐｔ規則合金は，飽和磁化Ｍ_ｓが１０００ｅｍｕ／ｃｍ^３以上，磁気異方性定数Ｋ_ｕが５×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３以上であり，異方性磁界Ｈ_ｋは１００ｋＯｅ以上を示し得ることが知られており，上記の設計を実現するのに十分な磁気特性を有する。

次に，上記で設計したパターンド磁気記録媒体の磁気特性仕様をマイクロマグネティックシミュレーションで調べた。シミュレーションソフトとしてＥｕｘｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ，ＵＳＡ）の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ，ｖｅｒ．６」を使用した。膜面垂直方向に磁気異方性を持つ膜厚１１ｎｍの７ｎｍ正方ドットをドット間スペーシング１８ｎｍで６４×６４の格子状に配置し，飽和磁化Ｍ_ｓを８５０ｅｍｕ／ｃｍ^３，垂直異方性磁界Ｈ_ｋの分散を１０％，異方性軸の配向分散を１．５度として垂直方向のＭ−Ｈループをシミュレーションで得た。このとき，記録磁界を高めるために用いられる軟磁性裏打層はミラーイメージ層として取り込んだ。また，計算はエネルギー平衡法で行い，時間依存性は考慮していない。したがって，得られたＭ−Ｈループは記録過程に相当する短時間での磁化挙動と見做すことができる。

垂直異方性磁界Ｈ_ｋを１９ｋＯｅとしたシミュレーションにより，抗磁力Ｈ_ｃ＝１４．７ｋＯｅ，ループ傾きα＝２．１，磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ＝９．６ｋＯｅ，飽和磁界Ｈ_ｓ＝１９．８ｋＯｅが得られ，ほぼ上記で求めた値に近い磁気特性を得ることができた。

［実施例２］
正方ドットを含む，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２のパターンド磁気記録媒体を，最大記録磁界Ｈ_ｍをより実際的な１８ｋＯｅとして設計した例について説明する。

実施例１と同じく，パターン周期Ｐ_ｘおよびＰ_ｙを２５ｎｍ，熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ＝Ｅ_ｍ／ｋ_ＢＴを６０，膜厚ｔを１１ｎｍ，最小ドット間スペーシングＳ_ｏを１８ｎｍとした。本実施例でも飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を６００ｅｍｕ／ｃｍ^３に設定した。

この条件で，式（３），（４）により，Ｔが２９３Ｋ（２０℃）のとき，Ｋ_ｎ≧６０に必要な磁化反転磁界Ｈ_ｎは１５ｋＯｅとなった。

次に，（７ｎｍ，７ｎｍ，１１ｎｍ）なる形状を有する磁性ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きα＝４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）を求め，さらにＨ_ｃおよびＨ_ｓを見積もったところ，Ｈ_ｃ＝１９．７ｋＯｅ，Ｈ_ｓ＝２４．４ｋＯｅとなった。この飽和磁界Ｈ_ｓは仮定した最大記録磁界Ｈ_ｍ＝１８ｋＯｅより遥かに大きいので，飽和磁化Ｍ_ｓを大幅に増す必要があることがわかる。

そこで，Ｍ_ｓを１０５０ｅｍｕ／ｃｍ^３に増加させて，再びＨ_ｎ，Ｈ_ｃ，Ｈ_ｓを求めると，Ｈ_ｎ＝８．６ｋＯｅ，Ｈ_ｃ＝１３．２ｋＯｅ，Ｈ_ｓ＝１７．９ｋＯｅとなった。即ち，パターン周期２５ｎｍ，ドット寸法７ｎｍ×７ｎｍ，膜厚１１ｎｍで，磁気特性をＭ_ｓ＝１０５０ｅｍｕ／ｃｍ^３，Ｈ_ｎ＝８．６ｋＯｅ，Ｈ_ｃ＝１３．２ｋＯｅとしてパターンド磁気記録媒体を設計できた。

［実施例３］
種々の寸法の正方ドットを含む，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２のパターンド磁気記録媒体を設計し，飽和磁界Ｈ_ｓの飽和磁化Ｍ_ｓ依存性を調べた例について説明する。

パターン周期を２５ｎｍ，膜厚ｔを１１−１５ｎｍ，ドット間スペーシングＳ_ｏを１５−１６ｎｍとした。一方，実施例１より厳しい条件として熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ＝Ｅ_ｍ／ｋ_ＢＴを７０，温度を３４３Ｋ（７０℃）とした。そして，飽和磁化Ｍ_ｓによる飽和磁界Ｈ_ｓの違いを逐次的に求めた。図３に，膜厚ｔおよびドット間スペーシングＳ_ｏを以下の３つの場合に設定したときの，Ｈ_ｓのＭ_ｓ依存性を示す。

（ａ）ｔ＝１１ｎｍ，Ｓ_ｏ＝１５ｎｍ，
（ｂ）ｔ＝１２ｎｍ，Ｓ_ｏ＝１６ｎｍ，および
（ｃ）ｔ＝１５ｎｍ，Ｓ_ｏ＝１８ｎｍ。

飽和磁化Ｍ_ｓを６５０ｅｍｕ／ｃｍ^３より大きくすることで，膜厚ｔが１５ｎｍ以下で，かつドット間スペーシングＳ_ｏがドットパターン周期の１／２よりも大きな範囲で，本発明方法に従って飽和磁界Ｈ_ｓを１８ｋＯｅ未満に設計できる領域があることがわかる。

即ち，膜厚ｔが１５ｎｍ以下とできることは，パターン形成でのエッチング加工を容易にすることができる。また，ドット間スペーシングをパターン周期の１／２よりも大きくできることは，微細加工の分解能による制限を緩和できることになる。

［実施例４］
トラック幅方向のドット寸法ａがトラック幅方向のドットパターン周期の１／２以下であり，トラック長手方向のドット寸法ｂがトラック幅方向のドット寸法ａより大きい，という異方形状を有する磁性ドットを含むパターンド磁気記録媒体について説明する。

本実施例のパターンド磁気記録媒体は，磁性ドットについてトラック幅方向のドット寸法をトラック幅方向のドットパターン周期の１／２以下と規定することにより，（１）記録時の隣接トラックへの影響を抑えられるという効果を有する。さらに，本実施例のパターンド磁気記録媒体は，磁性ドットについてトラック長手方向のドット寸法がトラック幅方向のドット寸法より大きい異方形状を有すると規定することにより，（２）正方ドットよりも体積を増加させることで熱磁気安定性を維持しながらも必要な磁化反転磁界を抑えられるという効果，（３）正方ドットと等しい体積を維持しつつ膜厚を抑えることで磁気ヘッドの発生磁界を高めることができ，ヘッドの設計が容易になるという効果，（４）トラック長手方向とトラック幅方向とで残留抗磁力に差が生じ，トラック幅方向のシフト許容量を増加できる効果を有する。

図４に本実施例に係るパターンド磁気記録媒体の概略断面図を示す。図４において，基板１上には軟磁性裏打層２が形成されており，軟磁性裏打層２上にピッチＰで規則的に垂直記録層である磁性ドット３が形成されている。磁性ドットは２次元的に規則的に配列され，記録トラックを形成している。図４は説明を目的としているため基板，軟磁性裏打層，および磁性ドットしか示していないが，他の層を設けてもよい。例えば，基板と軟磁性裏打層との間に下地層を設けてもよいし，軟磁性裏打層と磁性ドットとの間に中間層を設けてもよい。磁性ドット間には，非磁性体を埋め込んでもよい。磁性ドット上には，通常，保護層および潤滑層が形成される。

以下，本実施例のパターンド磁気記録媒体の設計をマイクロマグネティックシミュレーションに基づいて行った手法について説明する。

図２を参照してすでに説明したように，パターンド磁気記録媒体の設計においては，初めに面記録密度を決めるｘ，ｙ方向（トラック長手方向をｘ方向，トラック幅方向をｙ方向とする）のドットパターン周期Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ，飽和磁化Ｍ_ｓ，熱磁気安定性を決定する熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ，および磁気ヘッドの発生磁界を制限する膜厚ｔを設定する。

まず，所望の面記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２の正方格子ドットでは，ドットパターン周期Ｐ_ｘおよびＰ_ｙは２５ｎｍとなる。

次に，熱磁気安定性を決定する熱磁気安定性指数Ｋ_ｎを設定する。Ｋ_ｎは垂直方向の残留磁化反転開始磁界をＨ_ｍ，磁性ドットの体積をＶとすると，下記式（Ａ）
（１／２）Ｍ_ｓＨ_ｍＶ／ｋ_ＢＴ＞Ｋ_ｎ （Ａ）
（ここで，ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度である）で表される。式（Ａ）の左辺の分子は磁性ドットの磁気エネルギーＥ_ｍ（Ｅ_ｍ＝（１／２）Ｍ_ｓＨ_ｍＶ）であり，式（Ａ）の左辺はＥ_ｍ／ｋ_ＢＴとも表される。式（Ａ）の左辺の分母は熱擾乱エネルギーである。この熱磁気安定性指数Ｋ_ｎを６０以上とすることにより，設定室温での３年間以上の熱磁気安定性が確保される，即ち熱擾乱によるビットエラー率か１０^−５以下となる（既述のＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．Ｅ８０−Ｃ，ｎｏ．９，ｐｐ．１１８０−１１８６，Ｓｅｐ．１９９７．参照。ただし，ここではより正確な指標となる残留磁化での磁化反転開始磁界Ｈ_ｍを用いる。）。シミュレーションにおいては，実装置で要求される，より高温の７０℃での熱磁気安定性を得るためにＴ＝３００Ｋに対してのＫ_ｎを７０以上と設定する。これにより，７０℃でもＫ_ｎ＞６０が確保される。式（Ａ）から，磁性ドットの体積Ｖを増加させることで，熱磁気安定性指数Ｋ_ｎを維持しつつ必要な磁化反転開始磁界Ｈ_ｍを抑えることができることがわかる。

式（Ａ）において磁性ドットの体積Ｖは，磁性ドットのｘ方向（トラック長手方向）の寸法をｂ，ｙ方向（トラック幅方向）の寸法をａ，膜厚をｔとしたとき，Ｖ＝ａｂｔとなる（楕円体形状などの場合は体積をそのまま用いる）。ここで膜厚ｔを設定する。図４にはパターンド磁気記録媒体上に配置される磁気ヘッド１１を示している。磁気ヘッドの発生磁界を大きくするためには，ヘッド磁極先端面と軟磁性裏打層表面との距離を磁極幅の半分程度以下とする必要がある。このため，磁極幅を２５ｎｍとして，記録層の膜厚を１２ｎｍ以下に設定する。

最初に，図５に示すように，正方磁性ドットを形成したパターンド磁気記録媒体について記録特性をマイクロマグネティックシミュレーションで調べた。図５の媒体は，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２，即ちｘ，ｙ方向のパターン周期Ｐ_ｘおよびＰ_ｙを２５ｎｍとして，正方格子状に，ｘ方向の寸法ｂ，ｙ方向の寸法ａが共に７．５ｎｍ，膜厚が１０ｎｍである正方磁性ドットを形成したものである。図５で示されるスケールの単位はμｍである。ｘ方向の寸法ｂおよびｙ方向の寸法ａを７．５ｎｍとしたのは，このような寸法の磁性ドットであれば記録時の隣接トラックへの影響を抑えられると予測したためである。以下，このパターンド磁気記録媒体を参照例と呼ぶ。

この参照例の媒体を，上記と同様に，Ｅｕｘｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ，ＵＳＡ）の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ，ｖｅｒ．６」を使用してシミュレーションした。各磁性ドットを一辺２．５ｎｍの立方体要素に分割してモデル化した。各立方体要素間には交換スティフネス定数Ａ〜１×１０^−６ｅｒｇ／ｃｍで交換結合が働くとした。これにより，ドット内で磁化の向きが異なる非一斉磁化回転モードも含んだ現実に近いシミュレーションとなっている。立方体要素のパラメーターは，飽和磁化Ｍ_ｓ＝１０００ｅｍｇ／ｃｍ^３，垂直異方性磁界Ｈ_ｋ＝１５ｋＯｅ，その分散（標準偏差）σＨ_ｋ＝１５％，異方性軸の配向分散σθ＝２度とした。これらの条件の下で垂直方向残留磁化曲線および単磁極磁気ヘッドによる記録磁化をシミュレーションで得た。このとき，軟磁性裏打層はミラーイメージ層として取り込んだ。また，計算はエネルギー平衡法で行い，時間依存性は考慮していない。したがって，得られた磁化曲線は記録過程に相当する短時間での磁化挙動と見做すことができる。また記録磁化も記録直後の状態を表すが，磁性ドットの磁気エネルギーＥ_ｍと熱擾乱エネルギーｋ_ＢＴの比Ｋ_ｎを７０以上としているので熱磁気緩和による経時変化は無視できる。

図６に，このシミュレーションで得られた垂直方向残留磁化曲線を示す。図６において，Ｈ_ｍは残留磁化反転開始磁界，Ｈ_ｒｃは残留抗磁力，Ｈ_ｒｓは残留飽和磁界をそれぞれ示す。図６から，参照例の媒体の残留磁化反転磁界Ｈ_ｒｎは１２ｋＯｅであることがわかる。

参照例の媒体について磁極寸法が２５ｎｍ×２５ｎｍの単磁極型記録ヘッドを用いたときの記録特性を調べた。ヘッド磁界の一例を図７に示す。このヘッド磁界により，中央トラックの中心に沿って移動量１２．５ｎｍ毎に磁界を反転させて一定周期のビットパターンを記録する。ドット間の中央で磁界を反転させることで，中央トラック上の磁性ドットの磁化を一つ置きに反転させることができる。即ち，ビット長１２．５ｎｍで２５個の磁化パターンを誤りなく記録できる。

次に，寸法ｂおよびａをそれぞれ１２．５ｎｍ，１５ｎｍ，１７．５ｎｍと変化させた正方磁性ドット（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２およびＮｏ．３）を有する媒体を３種類想定した。これら３種の正方磁性ドットについて，膜厚ｔをそれぞれ５ｎｍ，２．５ｎｍ，２．５ｎｍとし，垂直異方性磁界Ｈ_ｋをそれぞれ１５ｋＯｅ，２２ｋＯｅ，１９ｋＯｅとした。それ以外のパラメーターについては参照例と同様とし，シミュレーションを行って記録特性を調べた。表１に，参照例を含む４種類の磁性ドットの寸法およびそれぞれの磁気特性をまとめて示す。これらのドットの体積Ｖとシミュレーションによって得た残留磁化曲線より求めた残留磁化反転磁界Ｈ_ｒｎとの積Ｈ_ｒｎＶは全て６１９０ｎｍ^３ｋＯｅ以上となっており，室温での熱磁気安定性指数Ｋ_ｎが７０以上となるように選定している。

次に，ヘッド磁界の反転位置をトラック長手方向にずらせた時のビット誤り率を，参照例及びＮｏ．１〜３のパターンド磁気記録媒体について調べたところ図８のようになった。図８において，ｘ方向の寸法（ｂ）をＤ_ｘ，ｙ方向の寸法（ａ）をＤ_ｙと表示している（他の図においても図８と同様に表示している場合がある）。図８から明らかなように，ドット寸法がドット周期の１／２まで（Ｎｏ．１）はビット誤りがゼロの範囲は参照例と同じ１５ｎｍであった。しかし，ドット寸法がドット周期の１／２より大きくなると，Ｎｏ．２では誤りのない範囲は狭くなり，Ｎｏ．３ではビット誤り率がゼロとなる場合がなかった。

同様に，記録磁界をトラック幅方向にずらした場合の隣接トラックの磁化反転による隣接トラックでのビット誤り率を調べた。図９に示すように，トラック幅方向では２．５ｎｍ以上の記録磁界のずれに対しても隣接トラックの磁化が影響を受けており，位置ずれに対する許容量は±２．５ｎｍほどしかなく，参照例も含めトラック長手方向に比べて非常に小さい。なお，図８に示したようにＮｏ．３は目的トラックでのビット誤りがゼロとなる場合がなかったので，図９では除外している。また，やはりドットのトラック幅方向の寸法ａがドット周期の１／２を超えると隣接トラックへの影響も大きくなることがわかる。

このように，トラック幅方向の位置ずれ許容量は小さいので，トラック幅方向のドット寸法ａはトラック幅方向のドットパターン周期Ｐ_ｙの１／２以下とすべきであることがわかる。それに対し，トラック長手方向の位置ずれに対する許容量はトラック幅方向の位置ずれに対する許容量よりも大きいため，トラック長手方向の寸法をトラック幅方向の寸法よりも大きくすることができる。

さらに，Ｈ_ｒｎ＝１１ｋＯｅとしてＥ_ｍ／ｋ_ＢＴ＞７０（Ｔ＝３００Ｋ）を満たす正方ドット寸法ａの飽和磁化Ｍ_ｓ依存性を図１０に示す。図１０から，ｙ方向のドット寸法ａをパターン周期２５ｎｍの１／２程度以下とするには，飽和磁化Ｍ_ｓが３００ｅｍｕ／ｃｍ^３以上であればよいことがわかる。ただし，ドット寸法が参照例と等しい７．５ｍｍでは６５０ｅｍｕ／ｃｍ^３以上の飽和磁化が必要である。

次に，上記の正方磁性ドットでの結果を考慮して，トラック幅方向の寸法ａをトラック幅方向のドットパターン周期Ｐ_ｙの１／２以下（ここでは参照例と等しい７．５ｎｍ）とし，トラック長手方向の寸法ｂをトラック幅方向の寸法ａより長い１２．５〜２２．５ｎｍとした異方形状の磁性ドットを有するパターンド磁気記録媒体（Ｎｏ．４〜８）を想定し，その記録特性をマイクロマグネティックシミュレーションで調べた。シミュレーションの対象となる７．５ｎｍ×１５ｎｍの異方形状の磁性ドットを有するＮｏ．５のパターンド磁気記録媒体の概略図を図１１に示す。図１１で示されるスケールの単位はμｍである。シミュレーション条件はドット形状を除き，上記と同様とした。表２に，参照例を含む６種類のパターンド磁気記録媒体のドット寸法および磁気特性を示す。

以下，上記のシミュレーションに基づいて，参照例を基準として，Ｎｏ．４〜８のドット寸法および体積Ｖと，磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎとの関係を評価する。

参照例とＮｏ．４を比較する。Ｎｏ．４は，参照例のドットのｙ方向の寸法および膜厚の寸法を変えることなく，ｘ方向の寸法を１２．５ｎｍに変えたものである。Ｎｏ．４は参照例の約１．６７倍（５／３）の体積を有し，それに伴い熱磁気安定性に必要な磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎを１２ｋＯｅから７．２ｋＯｅに減少させることができる。このように，トラック長手方向の寸法ｂをトラック幅方向の寸法ａよりも大きな値に設定することにより，ｘ，ｙ方向のドット寸法が等しくａである場合に比べ，面積が概略ｂ／ａ倍となるのでその分ドットの体積が増し，体積の増分に相当する量だけ磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎを小さくしても熱磁気安定性は変わらない。

参照例とＮｏ．５〜８を比較する。Ｎｏ．５は，参照例のドットのｙ方向の寸法を変えることなく，ｘ方向の寸法を１５ｎｍ，つまり参照例の２倍にし，膜厚を参照例の半分にしたものである。Ｎｏ．５は膜厚が参照例の半分であるものの，参照例の体積を維持し，磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎの増加を抑えることができる。Ｎｏ．６〜８も体積をほぼ一定としてＨ_ｒｎをできるだけそろえたものである。このように，ｘ，ｙ方向のドット寸法が等しくａである場合に比べ，面積が概略ｂ／ａ倍となるので，体積を元とほぼ同じに保ったまま膜厚を薄くすることができ，磁気ヘッドの発生磁界を高めることができる。

表２に示すＮｏ．４〜８の異方形状ドットを有するパターンド磁気記録媒体について，上述したのと同じ磁極寸法を持つ単磁極ヘッドによる記録を行った。中央トラックの中心に沿ってビット長１２．５ｎｍの信号を記録するにあたり，磁界反転位置をトラック長手方向にずらした時のビット誤り率の変化を図１２に示す。Ｎｏ．４はドットの膜厚が参照例と同じで，長手方向の寸法を１２．５ｎｍとして体積を増しているが，参照例と同じく１５ｎｍのトラック長手方向のシフト許容量が確保されている。即ち，シフト許容量が変わらずに，熱磁気安定性に必要な残留磁化反転開始磁界Ｈ_ｒｎを７．２ｋＯｅと小さくでき，必要な記録磁界強度を低減できる。Ｎｏ．５はトラック長手方向の寸法を参照例の２倍とし，体積を同じとするため膜厚を半分の５ｎｍとしているが，参照例と同じく１５ｎｍのトラック長手方向のシフト許容量が確保されている。この場合，膜厚の減少分だけ記録ヘッドの先端部分と媒体の軟磁性裏打層までの距離が縮まるため，高い記録磁界を発生しやすく，ヘッドの設計が容易となる。Ｎｏ．６〜８は膜厚をＮｏ．５と同じにしてｂを大きくし，体積増加に応じてＨ_ｒｎを小さくしたものである。図１２に示すように，シフト許容量の減少は２．５ｎｍとわずかである。

また，トラック幅方向への記録磁界のシフトによる隣接トラックへの影響を調べたところ，図１３に示すように，いずれの異方形状ドットの場合も参照例と同等以上のシフト許容量が得られることがわかった。

図１４に，表１および表２に示した磁性ドットについて，トラック長手方向およびトラック幅方向におけるシフト許容量のドット寸法依存性をまとめて示す。図１４において，実線は正方ドット，破線は異方形状ドットを示している。正方ドットの場合，ドット寸法を大きくすると，トラック長手方向のシフト許容量が急激に低下する。これに対して，異方形状ドットの場合，ドット寸法を大きくしても，実質的にトラック長手方向のシフト許容量を維持できる。正方ドットの場合，ドット寸法にかかわらず，トラック幅方向のシフト許容量はほぼ一定である。これに対して，異方形状ドットの場合，ドット寸法の大きさに応じてトラック幅方向のシフト許容量を参照例の１〜２倍にすることができる。ここで，Ｎｏ．８はトラック幅方向のシフト許容量が参照例と同じであるが，表２に示すように膜厚を半分にでき，かつ磁化反転開始磁界Ｈｒｎも７０％以下にできる点で有利である。要するに，磁性ドットを異方形状とすることで，熱磁気安定性とトラック長手方向シフト許容量を維持でき，かつ，トラック幅方向のシフト許容量を１〜２倍にでき，一方で磁化反転開始磁界Ｈｒｎを小さくして記録し易い媒体とするか，または膜厚を薄くして記録ヘッドの磁界を発生しやすくすることができることが分かる。

以上のようにトラック長手方向に伸びたドット形状とした場合にシフト許容量が増加する原因について説明する。図１５に印加磁界角度θ，φ（ｄｅｇ）と残留磁化抗磁力Ｈ_ｒｃ（ｋＯｅ）の関係を示す（ドット寸法：７．５ｎｍ×１５ｎｍ×５ｎｍ）。印加磁界角度θ，φは図１１に示すように，それぞれトラック幅方向およびトラック長手方向への印加磁界の傾きを示す。図１５から明らかなように，異方性形状のパターンド記録媒体において，残留抗磁力Ｈ_ｒｃの印加磁界角度依存性はトラック幅方向とトラック長手方向で異なる。つまり，ドットが異方形状であれば，トラック長手方向ではＨ_ｒｃが低下し記録しやすくなる一方，トラック幅方向では逆にＨ_ｒｃが増加して隣接トラックの磁化反転が起きにくくなり，トラック幅方向のシフト許容量が増すことになる。この効果は磁性ドットの形状異方性が増すほど大きくなるので，ドット形状の寸法比が増すほど，また磁性ドットの材料の飽和磁化Ｍ_ｓが大きくなるほど大きくなる。つまり，ドットのｘ方向の寸法ｂをドットのｙ方向の寸法ａよりも大きくするに伴い，記録ヘッドによる隣接トラックへの記録が生じないトラック幅方向の変動許容量をより増加させることが可能となる。なお，本実施例では長方形の磁性ドットを例に示したが，磁性ドットの異方形状は長方形に限られるものではなく，楕円形や半円形などであっても，トラック幅方向と長手方向で形状に差が生じるものであればよい。形状異方性による効果はドット形状を回転楕円体と見做して簡易に凡その値を見積もることができる（既述の近角總信，「強磁性体の物理（上）」，裳華房，東京，昭和５３年，ｐ．１５参照）。また，トラック長手方向のずれ許容量が相対的に大きいので，トラック長手方向にパターン周期を小さくして高密度化することもできる。

以上説明したように本実施例によれば，パターンド記録媒体の磁性ドットについて，ドットのｙ方向（トラック幅方向）の寸法ａをａ≦Ｐ_ｙ／２（Ｐ_ｙはｙ方向のドットパターン周期）とし，ドットのｘ方向（トラック長手方向）の寸法ｂをａよりも大きくすることにより，所望の記録密度を実現する磁性ドットパターンが所望の熱磁気安定性と記録の容易性および記録時のトラック幅方向のシフト許容量の広さを兼ね備えたパターンド磁気記録媒体を提供することができる。形状異方性については，トラック幅方向のドット寸法ａに対するトラック長手方向のドット寸法ｂの比ｂ／ａが１．１５以上であれば１０％以上の効果を期待できる。一方，ａ＜Ｐｙ／３と小さくした場合でも，ｂ／ａは３以下に制限される。

Claims (5)

1. 垂直方向に磁気異方性を持ち，ドット状にパターン化された磁性膜を含むパターンド磁気記録媒体を設計する方法であって，
   ｘ方向およびｙ方向のドットパターン周期Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ，膜厚ｔ，熱磁気安定性指数Ｋ_ｎ，最小ドット間スペーシングＳ_ｏ，最大記録磁界Ｈ_ｍを設定し，
   飽和磁化Ｍ_ｓの初期値を設定し，
   ドットのｘ方向寸法ａと磁化反転開始磁界Ｈ_ｎを，次式
   ａ＝Ｐ_ｘ−Ｓ_ｏ，
   Ｈ_ｎ＝２Ｋ_ｎ＊ｋ_ＢＴ／（ａ^２＊Ｍ_ｓ＊γ＊ｔ）
   ［ｋ_Ｂ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，γ：ｘ方向のドット寸法に対するｙ方向のドット寸法の比である］
   に従って求め，
   （ａ，γａ，ｔ）なる形状の磁性体ドットの垂直方向Ｍ−Ｈループの傾きαを，次式
   α＝４π／（Ｎ_ｄ＋ΔＨ_ｃ／Ｍ_ｓ）
   ［Ｎ_ｄは磁性ドットの垂直方向の反磁界係数，ΔＨ_ｃは抗磁力Ｈ_ｃのパターンド磁気記録媒体内での分布幅である］
   に従って求め，抗磁力Ｈ_ｃ＝Ｈ_ｎ＋（４πＭ_ｓ／α）と飽和磁界Ｈ_ｓ＝Ｈ_ｎ＋（８πＭ_ｓ／α）を見積もり，
   求めた飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ未満であるか否かを判断し，飽和磁界Ｈ_ｓが最大記録磁界Ｈ_ｍ以上である場合には，飽和磁化Ｍ_ｓの値を増加させて前記ステップを繰り返し，所望の条件を満足する磁気特性Ｍ_ｓ，Ｈ_ｎ，Ｈ_ｃを決定することを特徴とするパターンド磁気記録媒体の設計方法。
2. 垂直方向に磁気異方性を持つ磁性ドットがパターン化されて記録トラックを形成しているパターンド磁気記録媒体であって，前記磁性ドットは，膜厚ｔが１５ｎｍ以下であり，トラック幅方向のドット寸法ａがドットパターン周期の１／２以下であり，飽和磁化Ｍ_ｓが６５０ｅｍｕ／ｃｍ^３より大きく，飽和磁界Ｈ_ｓが１８ｋＯｅより小さく，かつ磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ（Ｏｅ）が下記式
   Ｈ_ｎ≧４．２×１０^４ｋ_Ｂ／Ｍ_ｓＶ
   ［ｋ_Ｂはボルツマン定数（ｅｒｇ／ｄｅｇ），Ｖは磁性ドットの体積（ｃｍ^３）である］
   の関係を満たすことを特徴とするパターンド磁気記録媒体。
3. 前記磁性ドットは，トラック長手方向のドット寸法ｂがトラック幅方向のドット寸法ａより大きい，という異方形状を有することを特徴とする請求項２に記載のパターンド磁気記録媒体。
4. 前記磁性ドットは，トラック幅方向の寸法ａに対するトラック長手方向の寸法ｂの比ｂ／ａが１．１５≦ｂ／ａ≦３を満たすことを特徴とする請求項３に記載のパターンド磁気記録媒体。
5. 前記磁性ドットは，Ｃｏ−Ｐｔ系合金またはＦｅ−Ｐｔ規則合金で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のパターンド磁気記録媒体。

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