WO2010053187A1 - 情報記録装置 - Google Patents

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WO2010053187A1
WO2010053187A1 PCT/JP2009/069083 JP2009069083W WO2010053187A1 WO 2010053187 A1 WO2010053187 A1 WO 2010053187A1 JP 2009069083 W JP2009069083 W JP 2009069083W WO 2010053187 A1 WO2010053187 A1 WO 2010053187A1
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magnetic
recording
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magnetic pole
fgl
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PCT/JP2009/069083
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五十嵐万壽和
宮本治一
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
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    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3109—Details
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    • H—ELECTRICITY
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    • G11B2005/0002—Special dispositions or recording techniques
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    • G11B2005/0024—Microwave assisted recording

Definitions

  • the present invention relates to an information recording apparatus having a function of recording information by irradiating a magnetic recording medium with a high frequency magnetic field to excite magnetic resonance and inducing magnetization reversal of the recording medium.
  • Patent Document 1 discloses a recording method in which a magnetic recording medium is subjected to Joule heating or magnetic resonance heating with a high frequency magnetic field to locally reduce the coercive force of the medium.
  • microwave assisted recording a strong microwave band high frequency magnetic field is irradiated to a nanometer order region to locally excite the recording medium and reduce the magnetization reversal magnetic field to record information. Since magnetic resonance is used, a large magnetization reversal magnetic field reduction effect cannot be obtained unless a high-frequency magnetic field having a strong frequency proportional to the anisotropic magnetic field of the recording medium is used.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-025831
  • Patent Document 2 has a structure in which a laminated film having a structure similar to a GMR element (giant magnetoresistive effect element) is sandwiched between electrodes as a high-frequency oscillation element intended for microwave-assisted recording.
  • An element is disclosed.
  • the element can generate a minute high-frequency oscillating magnetic field by injecting conduction electrons having a spin fluctuation generated in the GMR structure into a magnetic material via a non-magnetic material.
  • Nature 425, 380 (2003) reports microwave oscillation by spin torque.
  • Microwave Assisted Magnetic Recording described in the TMRC2007-B7 lecture draft (Non-patent Document 2) includes a high-speed rotating magnet that rotates at high speed by spin torque in the vicinity of the magnetic recording medium adjacent to the main pole of the perpendicular magnetic head.
  • a technique for recording information on a magnetic recording medium having a large magnetic anisotropy by arranging a field generation layer (hereinafter abbreviated as FGL) to generate a microwave (high frequency magnetic field) is disclosed.
  • the recording density required in magnetic recording has exceeded about 1 Tbit per square inch.
  • a strong high-frequency magnetic field is applied to a nanometer. It is necessary to record the information by irradiating the order region to bring the magnetic recording medium into a local magnetic resonance state and reducing the magnetization reversal field.
  • Patent Documents 1 and 2 or Non-Patent Document 1 it is difficult to achieve a high recording density of 1 Tbit / square inch because the frequency of the oscillating high-frequency magnetic field is too low or the magnetic field strength is too weak. is there.
  • Non-Patent Document 2 If the technique disclosed in Non-Patent Document 2 is used, it is possible to generate a strong magnetic field to some extent, but a magnetization rotating body (FGL) whose magnetization is rotated by spin torque is fixed in the direction of the leakage magnetic field from the main magnetic pole. Therefore, there is a drawback that high frequency oscillation is not sustained in practice. Even if the effect of reducing the leakage magnetic field from the main magnetic pole is devised, the magnetization direction of the spin source is fixed, so the main magnetic pole magnetic field component applied perpendicular to the FGL and the spin torque flowing into the FGL The relationship with the direction depends on the polarity of the main magnetic pole.
  • FGL magnetization rotating body
  • Non-Patent Document 2 Since the optimum drive current value is different, the frequency of the obtained high-frequency magnetic field is different and there is a disadvantage that good writing cannot be performed.
  • the inventors of the present invention as a result of research, have adopted a configuration in which a laminated film constituting an FGL is disposed adjacent to a protrusion (lip) portion provided on the main magnetic pole, so that the high frequency from the main magnetic pole.
  • the inflow magnetic field to the magnetic field generator was found to be perpendicular to the film surface.
  • the main magnetic pole or the counter magnetic pole is used as a spin source, it is not necessary to change the value of the drive current according to the polarity of the main magnetic pole, and to always obtain the maximum strength of the high frequency magnetic field according to the desired frequency. Design became possible.
  • the main magnetic pole or the counter magnetic pole as a spin source, the main magnetic pole magnetic field component applied perpendicularly to the FGL and the direction of the spin torque flowing into the FGL are simultaneously reversed in synchronization with the reversal of the main magnetic pole polarity. The state does not depend on the polarity of the main pole. Therefore, oscillation at an optimum high frequency magnetic field frequency determined according to the recording medium to be used is realized without changing the FGL drive current.
  • the present invention provides an information recording apparatus that performs high-frequency magnetic field generated by FGL and performs the magnetic recording to solve the above-mentioned problems that occur with narrowing of the track and has high recording / reproducing performance. With the goal.
  • the inventors of the present invention analyzed the high-frequency magnetic field generated from the FGL, it was found that not only the magnitude of the magnetic field but also the direction of the magnetic field changed with time. This variation in the direction of the magnetic field is not so much affected when the width of the FGL is larger than the length in the height direction, but cannot be ignored when the width of the FGL is narrowed.
  • the influence of the magnetic field generated from the side surface of the FGL is such that the direction of the magnetic field changes in synchronization with the rotation of the FGL magnetization on the recording medium because the phase of the generated magnetic field from the ABS surface of the FGL is shifted by 90 degrees. Appears. At this time, the high-frequency magnetic field felt by the recording medium loses the balance between the component that contributes to the desired magnetization reversal (rotation direction) and the component that reinverts the reversed magnetization (rotation direction).
  • the high frequency magnetic field felt by the recording medium does not rotate (linearly polarized light), so that the component that contributes to the desired magnetization reversal and the reversed magnetization reversal component are balanced.
  • the write magnetic field from the main magnetic pole is sufficient, it can be biased to a desired magnetization reversal.
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL is constant, if the magnetization reversal pattern is formed in a state where the balance between the two is lost, the probability that the reversed magnetization is reversed again increases. Even when the balance between the two is balanced, if the high-frequency magnetic field is too strong compared to the write magnetic field from the main magnetic pole, the effect of re-reversing the reversed magnetization becomes strong.
  • the magnetization transition width of the recording bit (boundary width between the self bit and the adjacent bit) is widened, and for bit pattern media (BPM). It is expected that the probability that the magnetization of the pattern cannot be reversed will increase.
  • a portion that is receded from the air bearing surface (ABS surface: the surface facing the information recording medium of the magnetic head) is the track width of the FGL. It has been found that by providing at the end of the direction, the variation in the direction of the magnetic field and the influence of the magnetic field from the side surface can be reduced.
  • the shape of the receding portion may be a simple step shape or a shape that recedes from the air bearing surface in a tapered shape. Alternatively, other more complicated shapes may be used.
  • An information recording apparatus having a recording density exceeding 1 Tbit per square inch can be realized, and at the same time, the reliability can be improved, and as a result, the cost can be reduced.
  • produces from FGL.
  • the figure of the simulation result which shows the change of the magnetization reversal state of a recording medium by the direction of precession of a high frequency magnetic field (clockwise oscillating magnetic field, one-way oscillating magnetic field, counterclockwise oscillating magnetic field).
  • the figure which shows FGL in which the taper part was formed also in the upper surface side in addition to the taper part on the ABS surface side.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the recording head and the recording medium of Example 1 as viewed from the track width direction.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the schematic diagram shown in FIG. 10A as seen from the direction cut by the line segment Z-Z ′. The schematic diagram which looked at the schematic diagram shown to FIG.
  • FIG. 10A from the upper surface side (surface opposite to the ABS surface side).
  • FIG. 10B is a diagram showing a slider and a recording / reproducing head on which the recording head shown in FIG. 10A is mounted.
  • the schematic diagram which shows the relationship between a slider and a head running direction.
  • the schematic diagram which shows the relationship between a slider and a head running direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic head.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic head.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic head.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic head.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic head.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the recording head and the recording medium of Example 2 as viewed from the track width direction.
  • the schematic diagram which looked at the schematic diagram shown to FIG. 11A from the upper surface side (surface opposite to the ABS surface side).
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the recording head and the recording medium of Example 3 as viewed from the track width direction.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the schematic diagram shown in FIG. 12A as seen from the direction cut along line Y-Y ′.
  • FIG. 3 is a plan view showing a basic configuration of a magnetic disk device in Examples 1 to 3.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 13A.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a recording / reproducing element of Example 4.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a recording / reproducing element of Example 4.
  • An example of an electrode pattern for integrating the recording / reproducing elements shown in FIGS. 14A and 14B The figure which shows an example of the electrode pattern for integrating the recording / reproducing element shown to FIG. 14A and 14B.
  • FIG. 1 shows an example of a magnetic field generated from the FGL.
  • the peripheral magnetic field was analyzed assuming that the magnetic field from the FGL has uniform magnetization inside the FGL and magnetization is generated on the end face perpendicular to the magnetization rotation plane.
  • Rectangular surface elements ⁇ (x 1 , y 1 , z 0 ), (x 1 , y 2 , z 0 ), (x 2 , y 1 , z 0 ), (x 2 , y 2 , z 0 ) ⁇ to the origin (A / m) is expressed by the following equation (1)
  • the rotation of the high-frequency oscillating magnetic field at the origin in FIG. 1 is in the yz plane with no x-directional component. Therefore, considering that the effective component of inversion of the magnetic material having the easy magnetization axis in the z-axis direction is only the high-frequency oscillating magnetic field component in the y-direction, the high-frequency oscillating magnetic field at the origin is considered to be substantially linearly polarized light. Since the magnetic field in the magnetization direction does not give torque to the magnetization, it does not affect the magnetization itself.
  • the “linearly polarized light” used in the present invention is defined as a situation where the vibration direction of the high-frequency oscillating magnetic field does not change with time.
  • substantially linearly polarized light is defined as a state in which the vibration direction does not change with time if the vibration magnetic field component in the magnetization direction is ignored when the magnetization direction of the magnetic material to be inverted is taken into consideration. . Further, in the present specification, when there is a magnetic material to be reversed, “substantially” is omitted.
  • R 11 , R 12 , R 21 , and R 22 are distances from the origin to the vertex of the rectangle.
  • the magnetic field distribution generated by the FGL and its change over time were obtained by weighting and adding the contribution from each surface of the FGL with the magnetization direction of the FGL.
  • the FGL magnetic field can be regarded as almost linearly polarized light when the track width is wide and only the magnetic field from the ABS surface needs to be considered.
  • the width w of the FGL is reduced to reduce the track pitch as the recording density is increased, the influence of the magnetic field from the side surface of the FGL cannot be ignored, and the FGL magnetic field becomes elliptically polarized light.
  • the z-axis and the y-axis should be read in Equation (1) and related equations.
  • the “elliptical polarization” used in the present invention is a situation in which the vibration direction and magnitude of the high-frequency oscillating magnetic field change with time, and the locus of the magnetic field vector forms an ellipse.
  • the trajectory of the magnetic field vector forms an ellipse and behaves as if precessing.
  • the plane element of Equation (1) is moved by X p in the x-axis direction. What is necessary is just to calculate the magnetic field to the origin.
  • the ellipticity r is defined by the ratio of the minor axis to the major axis (H ac-y / H ac-x ).
  • the high-frequency magnetic field generated at the recording bit formation position is changed from the ellipse to the circle gradually as the length of the FGL in the track width direction becomes smaller. I knew that I was approaching.
  • An oscillating magnetic field component perpendicular to the magnetization to be reversed contributes to the reversal.
  • the calculation is based on the assumption that magnetic particles having uniaxial magnetic anisotropy are reversed according to the simultaneous rotation model, and the behavior of the magnetization M was calculated using the following LLG equation.
  • the static magnetic field H d considered in this study is a static magnetic field created by the magnetic particles to be calculated, but in reality, it is necessary to consider the influence of adjacent particles and the like.
  • the external magnetic field H ext is a magnetic field applied to the magnetic body from the outside of the magnetic body.
  • FIG. 2 shows the application direction of the effective magnetic field.
  • H ext was applied in the direction opposite to the initial magnetization direction and inclined by ⁇ h from the vertical direction. Magnetization is reversed from the + z direction to the ⁇ z direction while rotating about the z axis.
  • the application direction of the high-frequency magnetic field H ac is shown only in the horizontal direction, z-H and linearly polarized light perpendicular to the linearly polarized light and z-H ext surface of ext plane, in a plane perpendicular to the z-axis
  • FIG. 3 shows the magnetization reversal when a magnetic field H ext and a high-frequency magnetic field H ac from the main pole are applied to a set of 1024 isolated magnetic particles whose easy magnetization axes are perpendicular to the film surface. It is a simulation result which shows a behavior.
  • ⁇ indicates a state in which magnetization reversal has been completed by 3 ns (95% or more of 1024 are reversed), and ⁇ indicates a state in which magnetization is not reversed (95% or more of 1024 are not reversed).
  • the intermediate color shows a partially inverted state. From the figure, it can be seen that when the AC magnetic field is small, the clockwise oscillating magnetic field component has no inversion to the Stoner-Wohlfarth magnetic field, and the assist effect is not observed.
  • the counterclockwise component is considered to have an effect of assisting magnetization reversal by causing magnetic resonance because the AC magnetic field rotates in the same direction as the precession of magnetization.
  • a point to note when using a linearly polarized oscillating magnetic field is that when the AC magnetic field is too large, the effect of re-inversion due to the clockwise oscillating magnetic field component becomes significant, and recording cannot be performed.
  • the AC magnetic field fixes the H ac-x component and changes the magnitude of the orthogonal H ac-y . In the case of counterclockwise elliptically polarized light, H ac-y is positive, and in the case of clockwise elliptically polarized light, H ac-y is negative.
  • H ac-y is, the larger H ac-x is, the smaller H sw is, and a larger assist effect is obtained.
  • H ac-y is negative, H sw is large even if the oscillating magnetic field component in the down-track direction is the same, and it can be seen that the assist effect is suppressed by H ac-y component. So flip
  • FIG. 5 shows the reversal magnetic field H sw of FIG. 4 with respect to H ac-eff again. From the figure, the reversal magnetic field H sw is on the same curve for various combinations of the H ac-x component and the H ac-y component, and the reversal assist effective AC magnetic field is expressed by equation (4). Is considered effective.
  • FIG. 6 shows the switch AC magnetic field width ⁇ H ac-sw at the plotted points in FIG. 4 with respect to the ellipticity.
  • the width ⁇ H ac-sw is smaller as the ellipticity is larger, and it is possible to form a favorable reversed magnetization pattern having a large ellipticity even with the same inversion assist effective AC magnetic field.
  • the assist effective AC magnetic field H ac-eff is shown.
  • the horizontal axis is 0 immediately below FGL, and the main magnetic pole side is a negative value.
  • the saturation magnetization of FGL is 2.4T.
  • the position where the ellipticity is maximized is 2 nm outside the edge of the FGL, whereas the H ac-eff is maximized 12 nm outside the FGL edge at a distance of 10 nm. If recording is performed at a point where H ac-eff is the maximum, the ellipticity at this time has dropped to 0.6 or less, and there is a possibility that sufficient writing cannot be performed. This is because when the ellipticity at the point where H ac-eff is maximum is 0.6 or less, the probability of magnetization reversal in a certain time is significantly reduced.
  • the FGL having a receding portion from the ABS surface at the track width direction end of the bottom surface specifically, an inverted trapezoid in which the shape of the cross section perpendicular to the current flowing through the FGL shown in FIG. 8A has an upper side on the ABS surface side.
  • the ellipticity and the reversal assist effective AC magnetic field H ac-eff were calculated. The calculation result is shown in FIG. 8B. The position where the ellipticity is maximum and the position where H ac-eff is maximum match in the vicinity of the FGL edge, and good writing can be expected.
  • the maximum value of the reverse assist effective AC magnetic field is 260 kA / m, it is 15% smaller than the maximum value of the reverse assist effective AC magnetic field of 310 kA / m in FIG. It is considered that the magnetic field generated is reduced because the area of the ABS surface of the FGL is reduced.
  • FIGS. 8C, 8D, and 8E show an FGL having a tapered portion formed on the ABS surface side as a receding portion
  • FIG. 8E shows an FGL having a stepped portion formed on the ABS surface side as the receding portion.
  • FIG. 8E shows an FGL having a shape in which a stepped portion is formed on the ABS surface side as a receding portion.
  • the length of the size w that determines the track width does not change during lapping from the ABS surface, so that a highly reliable head can be manufactured.
  • FIGS. 9A to 9F show configuration examples of FGLs having shapes different from those in FIGS. 8A and 8C to 8E.
  • the FGL is disposed between the main magnetic pole and the counter magnetic pole, and a drive current for generating a high frequency magnetic field flows from the main magnetic pole side or the counter magnetic pole side.
  • FIGS. 9A to 9F by using FGLs having different shapes in which the cross-sectional area on the main magnetic pole side is smaller than the cross-sectional area on the opposite magnetic pole side, the ellipticity and the peak position of the inversion assist effective AC magnetic field are used. Can be brought closer to the main magnetic pole side.
  • the cross-sectional area here means the cross-sectional area in the stacking direction of the multilayer film constituting the FGL.
  • FIG. 9A and 9B show a structure in which the difference in the cross-sectional area is formed by a tapered portion from the counter magnetic pole side to the main magnetic pole side (that is, the shape seen from the upper surface side and the ABS surface side is a tapered shape in the track width direction side) FGL of a structure having
  • the FGL having such a structure the ellipticity and the peak position of the inversion assist effective AC magnetic field can be brought closer to the main magnetic pole side, and a larger external (main magnetic pole) magnetic field can be used.
  • the reduction of the maximum value of the reversal assist effective AC magnetic field is about 5%, which is more effective in suppressing the reversal assist effective AC magnetic field decrease than the FGL of the structure shown in FIGS. 8A and 8C to 8E. It is getting bigger.
  • the difference in oscillation characteristics due to the stop timing of the lapping process from the ABS surface side is not so large.
  • the apex angle deletion portion is obtained by cutting two apex angles on the ABS surface side among the four apex angles on the main magnetic pole side with respect to the rectangular parallelepiped FGL shown in FIG.
  • the FGL of the provided structure is shown.
  • the ellipticity and the peak position of the inversion assist effective AC magnetic field almost coincide with each other, and the magnetic field is hardly attenuated.
  • production is difficult.
  • the structure of FIG. 9C and FIG. 9D protruding to the main magnetic pole side is also conceivable.
  • FIGS. 9E and 9F by providing a step structure on the main magnetic pole side (that is, a structure in which the shape seen from the upper surface side and the ABS surface side is a convex shape), the cross-sectional areas on the main magnetic pole side and the counter magnetic pole side are shown.
  • achieved these differences is shown.
  • the FGL shown in FIG. 9F includes a taper portion in the height direction on the ABS surface side in addition to the step structure on the main magnetic pole side.
  • the structures shown in FIGS. 9E and 9F have the advantage that the ellipticity and the peak position of the inversion assist effective AC magnetic field can be matched, and the manufacturing is easier than the FGL having the structure shown in FIGS. 9C and 9D. have. This is because, in order to manufacture the FGL having the structure shown in FIGS. 9E and 9F, the mask pattern used in lithography may be changed once.
  • the cross-sectional shape of the FGL May be a vertically long rectangle whose side on the ABS side is shorter than the side on the FGL side.
  • the shape magnetic anisotropy is generated in the direction of the leakage magnetic field from the main magnetic pole, the FGL is easily fixed in this direction, and there is a problem that oscillation frequency does not fluctuate and oscillation itself does not occur.
  • the cross-sectional shape is an average horizontally long shape, so that the shape magnetic anisotropy is a leakage magnetic field from the main pole. Therefore, the in-plane magnetization rotation of the FGL is smoothly performed.
  • the FGL shape shown in FIGS. 9A and 9B has less demagnetization after recording (a phenomenon in which the previous bit is erased when the next bit is recorded). It is effective for improving the SN ratio.
  • the reversal assist effective AC magnetic field distribution in the track width direction is also steep, so that the track density can be increased by combining with a high-precision positioning mechanism, and the information recording apparatus further increases the recording density. Can be realized, which is extremely advantageous in terms of size and cost.
  • FIG. 10A shows a recording mechanism in which the recording head and the recording medium are cut along a plane perpendicular to the recording medium surface (vertical direction in the figure) and parallel to the head running direction (track direction which is the left or right direction in the figure).
  • the peripheral sectional structure is shown.
  • a magnetic circuit is formed in the upper part of the drawing between the main magnetic pole 5 and the counter magnetic pole 6 (FIGS. 10D and 10G-a to 10G-d).
  • FIG. 10D and 10G-a to 10G-d In the magnetic circuit, the magnetic lines of force form a closed circuit, and it is not necessary to be formed of only a magnetic material.
  • an auxiliary magnetic pole or the like may be arranged on the opposite side of the main magnetic pole 5 from the counter magnetic pole 6 to form a magnetic circuit. In this case, the main magnetic pole 5 and the auxiliary magnetic pole need not be electrically insulated.
  • the recording head 200 is provided with a coil, a copper wire, etc. for exciting these magnetic circuits.
  • the main magnetic pole 5 and the counter magnetic pole 6 are provided with electrodes or means for making electrical contact with the electrodes, and are configured so that a high-frequency excitation current can flow through the FGL 2 from the main magnetic pole 5 side to the counter magnetic pole 6 side or vice versa.
  • the material of the main magnetic pole 5 and the counter magnetic pole 6 was a CoFe alloy having a large saturation magnetization and almost no magnetocrystalline anisotropy.
  • the auxiliary magnetic pole provided on the opposite side of the main magnetic pole 5 to the opposite magnetic pole 6 is slightly closer to the main magnetic pole 5 side. .
  • the lip 8 to the opposing magnetic pole side lip 13 have a columnar structure extending in the left-right direction of the drawing, and the side of the cross section along the ABS surface is a trapezoid shorter than the opposing side (FIG. 10B).
  • the side length w along the trapezoidal ABS surface is an important factor for determining the recording track width, and is set to 15 nm in this embodiment.
  • the thickness (length in the head running direction) can be set large so that a large recording magnetic field can be obtained (FIG. 10C).
  • a recording magnetic field of about 0.9 MA / m is obtained by setting the width to 80 m and the thickness to 100 nm.
  • the lip 8 is made of a material having the same or larger saturation magnetization as the main magnetic pole 5, and the thickness of the lip 8 is designed using 3D magnetic field analysis software so that the magnetic field from the main magnetic pole 5 is as perpendicular as possible to the layer direction of the FGL 2. It was. In this example, a (Co / Ni) n artificial lattice film having relatively weak perpendicular magnetic anisotropy was used as the lip 8 in contact with the metal nonmagnetic spin conductive layer 3. The thickness of the lip 8 in this embodiment was 10 nm, but this value depends on the trapezoidal shape, the distance and the situation to the opposing magnetic pole, the situation of the medium used, and the situation of the magnetic circuit above the drawing. .
  • FGL2 was a CoFe alloy having a thickness of 20 nm with a large saturation magnetization and almost no magnetocrystalline anisotropy.
  • the magnetization rotates at high speed in a plane along the layer, and the leakage magnetic field from the magnetic poles appearing on the ABS surface and the side surface acts as a high-frequency magnetic field.
  • the magnetization rotation driving force of the FGL 2 is a spin torque due to the spin reflected by the lip 8 through the metal nonmagnetic spin conduction layer 3.
  • This spin torque acts in a direction in which the magnetization component parallel to the magnetization rotation axis of the FGL 2 generated by the leakage magnetic field from the main magnetic pole 5 decreases.
  • DC high frequency excitation
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL 2 is counterclockwise when viewed from the upstream side of the high frequency excitation (DC) current, and the recording medium is reversed by the magnetic field from the main magnetic pole 5.
  • a rotating magnetic field having the same direction as the direction of magnetization precession can be applied.
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL 2 is clockwise when viewed from the upstream side of the high-frequency excitation (DC) current, and the magnetization of the recording medium that is reversed by the magnetic field to the main magnetic pole 5.
  • a rotating magnetic field having the same direction as the differential motion direction can be applied. Therefore, the circularly polarized high-frequency magnetic field of FGL 2 has an effect of assisting the magnetization reversal by the main magnetic pole 5 regardless of the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the high-frequency magnetic field generator of the type described in Non-Patent Document 2 cannot obtain such an effect because the direction of the spin torque does not change depending on the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the spin torque action increases as the high-frequency excitation current (electron current) increases, and increases when a CoFeB layer having a high polarizability is inserted between the metal nonmagnetic spin conduction layer 3 and the adjacent layer by about 1 nm.
  • 2 nm-Cu is used for the metal nonmagnetic spin conductive layer 3
  • Ru or the like which is a metal nonmagnetic material with high spin conductivity, may be used.
  • the negative perpendicular magnetic anisotropy 11 is such that the c-axis direction of hexagonal CoIr is the left-right direction in the figure, and the magnitude of magnetic anisotropy is 6.0 ⁇ 10 5 J / m 3 Was used.
  • a CoCrPt layer having a thickness of 10 nm and a magnetic anisotropic magnetic field of 1.6 MA / m (20 kOe) was used as the recording layer 16 on the substrate 19.
  • a magnetic pattern having a track direction length of 9 nm and a down track direction of 7 nm was prepared by a nanoimprint technique so as to be arranged with a track pitch of 12.5 nm and a bit pitch of 10.0 nm. .
  • the slider 102 mounted with the recording / reproducing unit 109 incorporating the high-frequency magnetic field generation source 201 of this embodiment was attached to the suspension 106 (FIGS. 10D to 10F) to constitute a head gimbal assembly.
  • the recording / reproducing head is arranged in the trailing part of the slider, and in the structure shown in FIG. 10F, the recording / reproducing head is arranged in the leading part of the slider.
  • FIGS. 10Gb to 10G-d show possible recording / reproducing head structures other than the structure shown in FIG. 10D.
  • FIG. 10G-a is a view of the structure of FIG. 10D from the opposite side. Therefore, in FIGS. 10G-a to 10G-d, the definition of the trailing side and the leading side is that the left side of the paper is the trailing side and the right side of the paper is the leading side.
  • FIG. 10G-b shows a configuration example different from FIG. 10G-a.
  • the exciting coil of the main magnetic pole 5 is wound not horizontally but horizontally.
  • the excitation position is closer to the main magnetic pole air bearing surface than the structure of FIG. 10G-a, so that a stronger magnetic flux is generated from the main magnetic pole 5 than the structure shown in FIG. 10G-a. Can do.
  • FIG. 10G-c shows a configuration example of a magnetic head for microwave assist recording in which the recording head portion is arranged on the leading side and the reproducing head portion is arranged on the trailing side.
  • the main magnetic pole 5 is arranged at the leading end on the leading side
  • the counter magnetic pole 6 is arranged on the trailing side with respect to the main magnetic pole 5.
  • the counter magnetic pole 6 and the reproduction sensor shield are shared, but they may be separated.
  • the stacking order of the high-frequency generator 201 is the same as the stacking order shown in FIG. 5 as in FIG. 10G-a.
  • the winding direction of the exciting coil is the upper winding as in FIG. 10G-a, but it may be laterally wound as shown in FIG. 10G-d.
  • the recording head portion having the structure shown in FIGS. 10G-a to 10G-d can be mounted on the magnetic head slider having either structure shown in FIG. 10E or FIG. 10F.
  • the recorded magnetic head was measured for recording / reproduction characteristics using a spin stand.
  • magnetic recording was performed with a head medium relative speed of 20 m / s, a magnetic spacing of 7 nm, and a track pitch of 12.5 nm, and this was reproduced by a GMR head having a shield interval of 18 nm.
  • the signal / noise ratio at 1250 kFCI was measured while changing the high-frequency excitation current, a maximum of 13.0 dB was obtained, and it was found that recording / reproduction with a recording density exceeding 5 Tbits per square inch was sufficiently achievable.
  • the high frequency frequency at this time was 35.0 GHz.
  • the signal / noise ratio decreases from 14.0 dB to 9.0 dB when the cross section of the FGL2 is rectangular, whereas the inverted trapezoidal cross section of the present invention conversely It rose to 15.0 dB.
  • FIG. 13A is a plan view
  • FIG. 13B is a sectional view taken along the line AA ′.
  • the recording medium 101 is fixed to the rotary bearing 104 and is rotated by the motor 100.
  • FIG. 13B shows an example in which five magnetic disks and ten magnetic heads are installed, and three magnetic disks and four magnetic heads are shown. However, there are one or more magnetic disks and one or more magnetic heads. It ’s fine.
  • the recording medium 101 has a disk shape, and recording layers are formed on both sides thereof.
  • the slider 102 moves in a substantially radial direction on the rotating recording medium surface, and has a magnetic head at the tip.
  • the suspension 106 is supported by the rotor reactor 103 via the arm 105.
  • the suspension 106 has a function of pressing or pulling the slider 102 against the recording medium 101 with a predetermined load.
  • a predetermined electric circuit is required for processing the reproduction signal and inputting / outputting information.
  • a signal processing circuit that is an extension of a PRML (Partial Response Maximum Maximum Likelihood) method that actively uses waveform interference at the time of high density is attached to the housing 108 and the like.
  • PRML Partial Response Maximum Maximum Likelihood
  • the recording head and recording medium described above were incorporated into the magnetic disk device shown in FIGS. 13A and 13B, and performance evaluation was performed. As a result, 2.5 Tbytes ( An information recording / reproducing apparatus using a high-frequency rotating magnetic field having a total recording capacity of 5 Tbytes was obtained.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing a second configuration example of the recording head and the recording medium according to the present invention.
  • the main magnetic pole 5, the counter magnetic pole 6, and the upper and left configurations in the drawing are the same as those in the first configuration example.
  • the lip 8 to the opposing magnetic pole side lip 13 are columnar and have a rectangular shape with a long section along the ABS surface. By adopting the rectangular shape, shape anisotropy occurs in the track width direction, so that in-plane magnetization rotation of FGL2 can be smoothly performed even if there is an in-plane component of FGL2 of the leakage magnetic field from the main pole. Thus, the main magnetic pole 5 and the FGL 2 can be brought close to each other.
  • the FGL 2 has a trapezoidal shape in which the shape of the ABS surface is short on the main magnetic pole side, and is columnar in the height direction.
  • the length of the short side of the trapezoid is an important factor for determining the recording track width, and is 28 nm in this embodiment.
  • the thickness (length in the head running direction) can be set large so that a large recording magnetic field can be obtained.
  • a recording magnetic field of about 0.8 MA / m is obtained by setting the width to 120 nm and the thickness to 80 nm.
  • the lip 8 is made of a material having the same or larger saturation magnetization as the main magnetic pole 5, and the thickness of the lip 8 is designed using 3D magnetic field analysis software so that the magnetic field from the main magnetic pole 5 is perpendicular to the layer direction of the FGL 2.
  • the thickness of the lip 8 in this embodiment was 5 nm, but this value depends on the above-mentioned rectangular shape, the distance and situation to the counter magnetic pole, the situation of the medium used, and the situation of the magnetic circuit above the drawing.
  • FGL2 was a CoFe alloy having a thickness of 20 nm with a large saturation magnetization and almost no magnetocrystalline anisotropy.
  • the magnetization rotates at high speed in the plane along the layer, and the leakage magnetic field from the magnetic pole appearing on the ABS surface acts as a high-frequency magnetic field.
  • the magnetization rotation driving force of the FGL 2 is a spin torque due to the spin that is reflected by the opposing magnetic pole side lip 13 via the metal nonmagnetic spin conduction layer 3 and remains in the negative perpendicular magnetic anisotropy 11.
  • This spin torque acts in a direction in which the magnetization component parallel to the rotation axis of the FGL 2 generated by the leakage magnetic field from the main magnetic pole 5 becomes smaller. In order to obtain the effect of this spin torque, it is necessary to flow a high frequency excitation current from the counter magnetic pole 6 side to the main magnetic pole 5 side.
  • This current direction is also from the metal nonmagnetic spin conduction layer 3 side to the FGL2 side.
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL 2 is counterclockwise when viewed from the downstream side of the high frequency excitation (DC) current, and the recording medium is reversed by the magnetic field from the main magnetic pole 5.
  • a rotating magnetic field having the same direction as the direction of magnetization precession can be applied.
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL 2 is clockwise when viewed from the downstream side of the high-frequency excitation (DC) current, and the magnetization of the recording medium that is reversed by the magnetic field applied to the main magnetic pole 5.
  • a rotating magnetic field having the same direction as the differential motion direction can be applied.
  • the circularly polarized high-frequency magnetic field of FGL 2 has an effect of assisting the magnetization reversal by the main magnetic pole 5 regardless of the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the high-frequency magnetic field generator of the type described in Non-Patent Document 2 cannot obtain such an effect because the direction of the spin torque does not change depending on the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the configuration of the high-frequency magnetic field generator 201 shown in FIG. 11A is higher than that of the configuration of the high-frequency magnetic field generator 201 shown in FIG. 10A because the spin torque acts on the negative perpendicular magnetic anisotropy 11.
  • the operation is stable and the rise of oscillation tends to be faster.
  • 2 nm-Cu is used for the metal nonmagnetic spin conductive layer 3, Ru or the like, which is a metal nonmagnetic material with high spin conductivity, may be used.
  • the negative perpendicular magnetic anisotropy 11 was such that the 001 plane of hexagonal CoIr was in the horizontal direction in the figure, and the magnitude of magnetic anisotropy was 6.0 ⁇ 10 5 J / m 3 .
  • the FGL magnetization rotation is stabilized.
  • the spin torque increases as the high-frequency excitation current (electron current) increases, and increases when a CoFeB layer having a high polarizability is inserted between the lip 8 and the metal nonmagnetic spin conduction layer 3 by about 1 nm.
  • a 6 nm- (Co / Pt) -SiO x artificial lattice layer of 4 kA / m (17 kOe) was used.
  • the damping constant ⁇ of the upper recording layer 17 and the lower recording layer 18 was 0.20 and 0.02, respectively. If there is a Pt layer or a Pd layer, ⁇ can be increased and the magnetization reversal speed can be increased.
  • a discrete track medium having a length in the track direction of 25 nm and a track pitch of 35 nm was produced by nanoimprint technology.
  • Magnetic recording was performed using a spin stand at a head medium relative speed of 20 m / s, a magnetic spacing of 5 nm, and a track pitch of 35 nm, and this was reproduced by a GMR head having a shield interval of 25 nm.
  • the recording head and the recording medium described above were incorporated into the magnetic disk apparatus shown in FIGS. 13A and 13B and performance evaluation was performed.
  • the information recording / reproducing apparatus used was obtained.
  • the aspect ratio of the cross section perpendicular to the current can be set relatively freely. Therefore, the FGL structure can be designed according to the leakage magnetic field from the main magnetic pole having the optimum structure for the recording medium to be used. is there.
  • FIGS. 12A and 12B are diagrams showing a third configuration example of the recording head and the recording medium according to the present invention.
  • the main magnetic pole 5, the counter magnetic pole 6, and the upper and left configurations in the drawing are the same as those in the first configuration example.
  • Adjacent to the main magnetic pole 5, the lip 8, the metal nonmagnetic spin conduction layer 3, the FGL (magnetization high-speed rotator) 2, the metal nonmagnetic spin scatterer 12, and the counter magnetic pole side lip 13 reach the counter magnetic pole 6. .
  • the lip 8 to the opposite magnetic pole side lip 13 have a columnar structure extending in the left-right direction in the drawing, and the end of the trapezoidal track width direction whose section is along the ABS surface is shorter than the opposite side is perpendicular to the medium surface.
  • the side length w along the hexagonal ABS surface is an important factor for determining the recording track width, and is set to 15 nm in this embodiment.
  • the lip 8 is made of a material having the same or larger saturation magnetization as the main magnetic pole 5, and the thickness of the lip 8 is designed using 3D magnetic field analysis software so that the magnetic field from the main magnetic pole 5 is as perpendicular as possible to the layer direction of the FGL 2. It was.
  • the thickness of the lip 8 in this embodiment was 8 nm, but this value depends on the hexagonal shape, the distance to the opposing magnetic pole and the situation, the situation of the medium used, and the situation of the magnetic circuit above the drawing. .
  • FGL2 was a CoFe alloy having a thickness of 25 nm with a large saturation magnetization and almost no magnetocrystalline anisotropy.
  • FGL2 a (Co / Fe) n artificial lattice film having negative perpendicular magnetic anisotropy
  • the magnetization rotation is stabilized and good oscillation characteristics are obtained. It is done.
  • the magnetization rotates at high speed in a plane along the layer, and the leakage magnetic field from the magnetic poles appearing on the ABS surface and the side surface acts as a high-frequency magnetic field.
  • the magnetization rotation driving force of the FGL 2 is a spin torque due to the spin reflected by the lip 8 through the metal nonmagnetic spin conduction layer 3.
  • This spin torque acts in a direction in which the magnetization component parallel to the rotation axis of the FGL 2 generated by the leakage magnetic field from the main magnetic pole 5 becomes smaller.
  • DC high frequency excitation
  • the rotation direction of the magnetization of the FGL 2 is clockwise when viewed from the upstream side of the high-frequency excitation (DC) current, and the magnetization of the recording medium that is reversed by the magnetic field to the main magnetic pole 5.
  • a rotating magnetic field having the same direction as the differential motion direction can be applied. Therefore, the circularly polarized high-frequency magnetic field of FGL 2 has an effect of assisting the magnetization reversal by the main magnetic pole 5 regardless of the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the high-frequency magnetic field generator of the type described in Non-Patent Document 2 cannot obtain such an effect because the direction of the spin torque does not change depending on the polarity of the main magnetic pole 5.
  • the spin torque action increases as the high-frequency excitation current (electron current) increases, and increases when a CoFeB layer having a high polarizability is inserted between the metal nonmagnetic spin conduction layer 3 and the adjacent layer by about 1 nm.
  • metal nonmagnetic spin conductive layer 3 Ru or the like, which is a metal nonmagnetic material with high spin conductivity, may be used.
  • metal nonmagnetic spin scatterer 12 3 nm-Pt was used. Even if Pd is used, the same effect is obtained. A 15 nm CoFe alloy was used for the opposed magnetic pole side lip 13.
  • the recording medium 7 has a 6 nm- (Co / Pt) artificial lattice layer having a magnetic anisotropy field of 2.8 MA / m (34 kOe) as the upper recording layer 17, and the magnetic recording field 4 has a magnetic anisotropy field of 4 in the lower recording layer 18.
  • a 6 nm-FePt layer of .8 MA / m (60 kOe) was used.
  • the damping constant ⁇ of the upper recording layer 17 and the lower recording layer 18 was 0.20 and 0.02, respectively.
  • etching was performed by EB mastering so that a magnetic pattern having a track direction length of 15 nm and a down track direction of 9 nm was disposed at a track pitch of 20 nm and a bit pitch of 12.5 nm. In the gap 21 between the patterns, SiO x was embedded. Magnetic recording was performed using a spin stand with a head medium relative speed of 20 m / s, a magnetic spacing of 5 nm, and a track pitch of 20 nm, and this was reproduced by a GMR head having a shield interval of 20 nm.
  • the recording head and the recording medium described above were incorporated into the magnetic disk device shown in FIGS. 13A and 13B, and performance evaluation was performed. As a result, 1.0 Tbyte ( An information recording / reproducing apparatus using a high-frequency rotating magnetic field having a total recording capacity of 4 Tbytes was obtained. Since the double-layer medium used in this example performs writing at a recording frequency matched to the upper layer portion 17 having a small magnetic anisotropy, the lower layer portion 18 having a large magnetic anisotropy has a larger magnetic anisotropy. Thus, a higher recording density can be achieved. At this time, the width w for determining the track density in FIG. 12B may be reduced and written on a recording medium having a higher density pattern.
  • a perpendicular magnetic anisotropy body A spin injection layer 308, a metal nonmagnetic spin conduction layer 303, an FGL (magnetization high-speed rotator) 302, a metal nonmagnetic spin scatterer 312 and a layer adjacent to the high-frequency drive electrode 322.
  • the magnetic recording layer 316, the nonmagnetic spin transfer layer 313, and the perpendicular magnetic anisotropy B (detection layer) 320 reach the detection electrode 321.
  • the perpendicular magnetic anisotropy A308 to the perpendicular magnetic anisotropy B320 are columnar structures extending in the vertical direction of the drawing and have a substantially square cross section.
  • the length of one side of the square was 10 nm.
  • the perpendicular magnetic anisotropy A (spin injection layer) 308 and the perpendicular magnetic anisotropy B (detection layer) 320 have large perpendicular magnetic anisotropy in the vertical direction of the drawing, and are magnetized in the initial stage. After that, the direction of magnetization does not change.
  • the magnetization directions of the perpendicular magnetic anisotropy body A308 and the perpendicular magnetic anisotropy body B320 are shown in the same direction, but the perpendicular magnetic anisotropy body A308 and the perpendicular magnetic anisotropy body B320 are shown. It is also possible to reverse the direction by changing the magnitude of the magnetic anisotropy magnetic field and controlling the magnetization magnetic field. When the magnetization is reversed, the influence of the magnetic field on the outside by the recording / reproducing apparatus according to the present invention is reduced.
  • CoCrPt alloys having a perpendicular magnetic anisotropy field of 0.8 MA / m (10 kOe) to 1.2 MA / m (15 kOe) were used.
  • FGL302 was a CoFe alloy having a thickness of 25 nm that has a large saturation magnetization and almost no magnetocrystalline anisotropy.
  • the magnetization rotation is stabilized and good oscillation characteristics are obtained. It is done.
  • the magnetization rotates at high speed in a plane along the layer, and the leakage magnetic field from the magnetic pole appearing on the side surface acts on the magnetization recording layer 316 as a high frequency magnetic field.
  • the magnetization rotation driving force of the FGL 302 is a spin torque caused by spins injected or reflected from the perpendicular magnetic anisotropy A (spin injection layer) 308 through the metal nonmagnetic spin conduction layer 303.
  • the injection or reflection of spin depends on the direction of current applied between the high-frequency drive electrode 322 and the metal nonmagnetic spin scatterer 312. As the current increases, the spin torque increases and the oscillation frequency of the FGL 302 increases. Furthermore, since the direction of magnetization rotation of the FGL 302 changes depending on the direction of the current, the direction of rotation of the circularly polarized high-frequency magnetic field changes, and the magnetization switch of the magnetization recording layer 316 can be controlled.
  • the spin torque action increases when a CoFeB layer having a high polarizability is inserted about 1 nm between the metal nonmagnetic spin conductive layer 303 and the adjacent layer.
  • 2 nm-Cu is used for the metal nonmagnetic spin conductive layer 303
  • Ru or the like which is a metal nonmagnetic material with high spin conductivity, may be used.
  • CoIr is used as the negative perpendicular magnetic anisotropy 311
  • the epitaxial growth of the perpendicular magnetic anisotropy A 308, the metal nonmagnetic spin conduction layer 303, and the negative perpendicular magnetic anisotropy 311 is achieved when Ru is used. Can be expected.
  • the metal non-magnetic spin scatterer 312 has a function of blocking the interaction between the FGL 302 and the magnetization recording layer 316 due to the spin, and between the high-frequency drive electrode 322 as a ground electrode and between the write circuit and the detection electrode 321. A detection circuit is formed.
  • the metal nonmagnetic spin scatterer 312 3 nm-Pt was used. Even if Pd is used, the same effect is obtained.
  • the magnetic recording layer 316 is too thick, it is difficult to be affected by the magnetic field of the FGL 302, so it is necessary to suppress the length to one side of a square that is a cross section.
  • the magnetization recording layer 316 needs to keep recording magnetization against thermal fluctuation. Therefore, perpendicular magnetic anisotropy energy equal to or higher than that of the above-described perpendicular magnetic anisotropy A308 and perpendicular magnetic anisotropy B320 is required.
  • a 6 nm- (Co / Pt) artificial lattice layer of 2.8 MA / m (34 kOe) is used, but an FePt or CoPt alloy may be used.
  • the resistance change of the current flowing through the nonmagnetic spin transfer layer 313 to the perpendicular magnetic anisotropy B (detection layer) 308 may be observed as a TMR or GMR effect.
  • TMR effect it is preferable to use MgO as the nonmagnetic spin transfer layer 313, and using the GMR effect as Cu as the nonmagnetic spin transfer layer 313.
  • FIGS. 15A to 15E show a case of 3 ⁇ 3 as an example, but there is no problem in principle even if an arbitrary number of lattices are formed.
  • the patterns of the FGL 302, the metal nonmagnetic spin conduction layer 303, the perpendicular magnetic anisotropy A308, the negative perpendicular magnetic anisotropy 311, the nonmagnetic spin transfer layer 313, the magnetization recording layer 316, and the perpendicular magnetic anisotropy B320 are as follows. As shown in FIG. 15E, a 10 nm square and a 25 nm pitch lattice are assembled, and the recording density is 1 Tbit per square inch.
  • the recording / reproducing element described above was formed in a 0.25 mm ⁇ 0.25 mm area (10000 ⁇ 10000 elements) and performance evaluation was performed. As a result, a 10 Mbyte magnetic memory having an average writing time of 3 ns was obtained.
  • 15B to 15D show electrode patterns of the high-frequency drive electrode 322, the metal nonmagnetic spin scatterer 312, and the detection electrode 321, respectively.
  • the high-frequency drive electrode 322 and the metal nonmagnetic spin scatterer 312 corresponding to the recording bit are selected, and a current is passed in a required direction.
  • the detection electrode 321 corresponding to the recording bit and the metal nonmagnetic spin scatterer 312 are selected, and the magnetization direction is determined by measuring the resistance value that changes depending on the direction of the current.

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Abstract

　マイクロ波アシスト記録において磁性記録媒体の良好な磁化反転を促進することにより、信頼性の高い高密度情報記録装置を提供する。 　高周波磁界発生用のＦＧＬ積層膜の底面のトラック幅方向端部に、ＡＢＳ面からの後退部を設ける。あるいは、ＦＧＬ積層膜の断面形状（電流が流れる方向に垂直な面）を逆台形ないしは断面の面積が主磁極側から離れるに従い増大する構造とする。記録媒体上に良好な記録パターンが形成されるため、情報記録装置における記録密度が増大できると同時に信頼性をも向上でき、結果としてコストを低減することが可能となる。

Description

情報記録装置
　本発明は、磁性記録媒体に対して高周波磁界を照射して磁気共鳴を励起し、該記録媒体の磁化反転を誘導して情報を記録する機能を有する情報記録装置に関するものである。
　磁気記録においては、保磁力の大きな磁気記録媒体を使用できることが性能の目安の一つとなっているが、記録時に高周波磁界を磁気記録媒体に印加して記録領域の保磁力を一時的に弱め、その上でヘッド磁界により記録ビットを形成するというアイディアが古くからある。例えば、特開平７－２４４８０１号公報（特許文献１）には、高周波磁界により磁気記録媒体をジュール加熱あるいは磁気共鳴加熱し、媒体保磁力を局所的に低減せしめる記録方法が開示されている。
　記録密度の向上に伴い、そのような高周波磁界を併用した記録方式が「マイクロ波アシスト記録」という名称のもとに、近年再び着目されている。マイクロ波アシスト記録では、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して記録媒体を局所的に励起、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。磁気共鳴を利用するため、記録媒体の異方性磁界に比例する周波数の強い高周波磁界を用いないと、大きな磁化反転磁界の低減効果は得られない。
　特開２００５－０２５８３１号公報（特許文献２）には、マイクロ波アシスト記録を意図した高周波発振素子として、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する構造の積層膜を電極で挟んだ構造の素子が開示されている。当該素子は、ＧＭＲ構造に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を、非磁性体を介して磁性体に注入することにより、微小な高周波振動磁界を発生させることができる。同様に、Nature 425,380(2003)（非特許文献１）には、スピントルクによるマイクロ波発振が報告されている。
　TMRC2007-B7講演予稿に記載された「Microwave Assisted Magnetic Recording」（非特許文献２）には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体近傍に、スピントルクによって高速回転する磁化高速回転体（Field Generation Layer：以下、ＦＧＬと略）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。
特開平７－２４４８０１号公報 特開２００５－０２５８３１号公報
Nature 425, 380(2003) 「Microwave Assisted Magnetic Recording」：TMRC2007-B7講演予稿
　近年、磁気記録において要求される記録密度は、１平方インチあたり１Ｔビットを超える程度になっており、マイクロ波アシスト記録でこの程度の記録密度を実現する場合には、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する必要がある。
　特許文献１，２あるいは非特許文献１に開示される技術では、発振する高周波磁界の周波数が低すぎる、あるいは磁界強度が弱すぎるという理由により、１Ｔビット／平方インチといった高い記録密度は実現困難である。
　非特許文献２に開示された技術を用いれば、ある程度強い磁界を発生することは可能であるが、スピントルクにより磁化が回転する磁化回転体（ＦＧＬ）が主磁極からの漏れ磁界方向に固定されるため、実際には高周波発振が持続しないという欠点がある。また、主磁極からの漏れ磁界の影響を低減する工夫をしたとしても、スピン源の磁化方向が固定されている為、ＦＧＬに垂直に印加される主磁極磁界成分とＦＧＬに流入するスピントルクの向きとの関係が主磁極の極性に依存することになる。高周波磁界の強度を最大限得る為には、ＦＧＬ面内に磁化が一方向に揃って回転している必要があるが、非特許文献２に開示された技術を用いると、主磁極の極性によって最適な駆動電流値が異なる為、得られる高周波磁界の周波数が異なってしまい良好な書込みができないといった欠点もある。
　これに対し、本発明の発明者らは、研究の結果、主磁極に設けた突起（リップ）部に隣接させてＦＧＬを構成する積層膜を配置した構成を取ることにより、主磁極から当該高周波磁界発生器への流入磁界が膜面に垂直となることを見いだした。
　この構成では、主磁極又は対向磁極をスピン源として用いる為、主磁極の極性に応じて駆動電流の値を変える必要がなく、所望の周波数に応じて常に高周波磁界の強度を最大限得る為の設計が可能となった。主磁極又は対向磁極をスピン源とすることにより、主磁極極性の逆転に同期してＦＧＬに垂直に印加される主磁極磁界成分とＦＧＬに流入するスピントルクの向きとが同時に逆転するので、発振状態が主磁極の極性に依存しないことになる。したがって、ＦＧＬの駆動電流変えずに、用いる記録媒体に応じて決まる最適な高周波磁界周波数での発振が実現されることになる。
　しかしながら、上記のようなリップ部を用いた構成の磁気ヘッドであったとしても、トラック幅が狭くなるにつれて、記録が困難になることが明らかとなった。ＦＧＬを用いたマイクロ波アシスト記録用ヘッドの場合、トラック幅に応じてＦＧＬの幅を狭小化する必要があるが、ＦＧＬの幅が狭くなるに従って、オーバライト特性の悪化あるいはジッターノイズの増大という問題が新たに発生することが判明した。特にＦＧＬの磁化の回転方向を主磁極の極性に応じて変わらないように駆動するとき、この問題は顕著となった。
　本発明は、ＦＧＬにより発生する高周波磁界を併用して磁気記録を行う情報記録装置において、狭トラック化に伴い発生する上記問題点を解消し、高い記録再生性能を有する情報記録装置を実現することを目的とする。
　上記の通り、高周波発生器としてＦＧＬを使用する情報記録装置の場合、狭トラック化のためには、ＦＧＬのトラック幅方向の長さを小さくする必要がある。トラック幅方向の長さが小さくなれば、ＦＧＬの側面から発生する磁界が記録磁界全体に対して及ぼす影響が無視できなくなる。
　一方、本発明の発明者らがＦＧＬより発生する高周波磁界を解析したところ、磁界の大きさだけでなく、磁界の向きも時間と共に変化することが判明した。この磁界の向きの変動は、ＦＧＬの幅が高さ方向の長さに比べて大きいときはそれほど影響しないが、ＦＧＬの幅が狭くなると無視できなくなる。ＦＧＬの側面からの発生磁界の影響は、ＦＧＬのＡＢＳ面からの発生磁界と位相が９０度シフトしている為、記録媒体上において、ＦＧＬ磁化の回転に同期して磁界の向きが変わるという形で表れる。この際、記録媒体が感じる高周波磁界は、所望の磁化反転に寄与する成分（回転方向）と反転した磁化を再逆転させる成分（回転方向）とのバランスが崩れるようになる。
　ＦＧＬの側面からの発生磁界の影響が無視できる場合には、記録媒体が感じる高周波磁界は回転しない（直線偏光）ので、所望の磁化反転に寄与する成分と反転した磁化逆転させる成分とが均衡している。ここで、主磁極からの書込み磁界が十分であれば、所望の磁化反転に偏らせることが可能となる。しかし、ＦＧＬの磁化の回転方向が一定の場合、両者のバランスが崩れた状態で磁化反転パターンを形成しようとすると、反転した磁化が再逆転する確率が高くなる。また、両者のバランスが均衡している状態でも、主磁極からの書込み磁界に比べて高周波磁界が強すぎれば、反転した磁化を再逆転させる作用が強くなる。
　この結果、グラニュラー媒体などの連続媒体あるいはディスクリートトラック媒体（ＤＴＭ）に対しては記録ビットの磁化遷移幅（自ビットと隣接ビット間の境界幅）が広くなり、ビットパタン媒体（ＢＰＭ）に対してはパターンの磁化が反転できない確率が大きくなってしまうことが予想される。
　本発明の発明者らは、磁界解析の結果、浮上面（ＡＢＳ面：磁気ヘッドの情報記録媒体に対する対向面）側からみて後退している部分（以下、後退部と称する）をＦＧＬのトラック幅方向端部に設けることにより、上記磁界の向きの変動及び側面からの磁界の影響を低減できることを見いだした。後退部の形状は、単純な段差形状であってもよいし、浮上面からテーパ状に後退した形状であっても良い。あるいは他のより複雑な形状であっても良い。
　以上の詳細は、後述の各実施例で説明されるが、本発明に包含されるより下位の発明の課題・作用効果も併せて説明される。
　記録密度が１平方インチあたり１Ｔビットを超える情報記録装置が実現できると同時に信頼性をも向上でき、結果としてコストを低減することが可能となる。
ＦＧＬから発生する磁界の概要を示す図。 シミュレーションモデルの有効磁界の印加方向を示す図。 高周波磁界の歳差運動の方向（時計回り振動磁界、一方向振動磁界、反時計回り振動磁界）による、記録媒体の磁化反転の状態の変化を示すシミュレーション結果の図。 反転磁界の楕円率依存性を示す図。 反転磁界の反転アシスト有効ＡＣ磁界依存性を示す図。 反転ＡＣ磁界幅の楕円率依存性を示す図。 従来構造のＦＧＬからの磁界の状況を調べた図。 後退部を備えたＦＧＬの形状の一例を示す図。 図８Ａに示す形状のＦＧＬが発生する反転アシスト有効ＡＣ磁界のトラック長さ方向位置に対する変動と、楕円率のトラック長さ方向位置に対する変化を示す図。 後退部としてＡＢＳ面側にテーパ部が形成されたＦＧＬを示す図。 ＡＢＳ面側のテーパ部に加えて、上面側にもテーパ部が形成されたＦＧＬを示す図。 後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成されたＦＧＬを示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 主磁極側の断面積が対向磁極側の断面積よりも小さい形状のＦＧＬの一例を示す図。 実施例１の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１０Ａに示す模式図を、線分Ｚ－Ｚ’で切った方向からみた断面図。 図１０Ａに示す模式図を上面側（ＡＢＳ面側とは逆の面）からみた模式図。 図１０Ａに示す記録ヘッドを搭載したスライダ及び記録再生ヘッドを示す図。 スライダとヘッド走行方向との関係を示す模式図。 スライダとヘッド走行方向との関係を示す模式図。 磁気ヘッドの構成例を示す図。 磁気ヘッドの構成例を示す図。 磁気ヘッドの構成例を示す図。 磁気ヘッドの構成例を示す図。 実施例２の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１１Ａに示す模式図を上面側（ＡＢＳ面側とは逆の面）からみた模式図。 実施例３の記録ヘッド及び記録媒体をトラック幅方向からみた断面の模式図。 図１２Ａに示す模式図を、線分Ｙ－Ｙ’で切った方向からみた断面図。 実施例１～３における磁気ディスク装置の基本構成を示す平面図。 図１３ＡのＡ－Ａ′断面図。 実施例４の記録再生素子の構成図。 実施例４の記録再生素子の構成図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化するための電極パターンの一例を示す図。 図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化した構造の模式図。
　以下、図面を用いて本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、具体構成の詳細説明に入る前に、本発明の原理（後退部と側面磁界の影響低減との関係）について図面を用いて説明する。
　図１は、ＦＧＬから発生する磁界の一例を示したものである。ＦＧＬからの磁界は、ＦＧＬ内部で磁化が一様で、磁化回転面に垂直な端面に磁化が発生するものとして周辺の磁界を解析した。磁化Ｍ（Ａ／ｍ）の長方形の面要素｛（ｘ1，ｙ1，ｚ0），（ｘ1，ｙ2，ｚ0），（ｘ2，ｙ1，ｚ0），（ｘ2，ｙ2，ｚ0）｝から、原点への磁界（Ａ／ｍ）は、以下の式（１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 で与えられる。
　ここで、図１の原点における高周波振動磁界の回転は、ｘ方向性分が無く、ｙ－ｚ面内である。従って、ｚ軸方向に磁化容易軸がある磁性体の反転の有効成分がｙ方向の高周波振動磁界成分のみであることを考慮すると、原点における高周波振動磁界は実質的に直線偏光と考えられる。磁化方向の磁界は、磁化にトルクを与えない為、磁化自身には作用を及ぼさない。尚、本発明で用いている「直線偏光」は、高周波振動磁界の振動方向が時間的に変化しない状況と定義する。また、「実質的に直線偏光」は、前述のように、反転対象の磁性体の磁化方向を考慮したとき、磁化方向の振動磁界成分を無視すると振動方向が時間的に変化しない状況と定義する。さらに、本明細書において反転対象の磁性体がある場合には、「実質的に」を省略して表記するものとする。
　Ｒ11，Ｒ12，Ｒ21，Ｒ22は、原点から長方形の頂点までの距離である。ＦＧＬの各面からの寄与をＦＧＬの磁化方向で重み付けをして足し合わせることにより、ＦＧＬの発する磁界分布とその時間変化を求めた。ＦＧＬ磁界は、トラック幅が広くてＡＢＳ面からの磁界だけを考慮すればよい場合には、ほぼ直線偏光とみなせる。
　これに対して、高記録密度化に伴いトラックピッチ低減に向けＦＧＬの幅ｗを小さくしていくと、ＦＧＬの側面からの磁界の影響が無視できなくなり、ＦＧＬ磁界は楕円偏光となる。ＦＧＬの側面からの磁界を算出するには、式（１）及び関連の式において、ｚ軸とｙ軸とを読み替えればよい。本発明で用いている「楕円偏光」は、高周波振動磁界の振動方向と大きさが時間的に変化する状況であり、磁界ベクトルの軌跡が楕円を形成する。
　この場合、ＦＧＬ自身の磁化の回転に同期してＦＧＬ磁界の方向と大きさが時間と共に変化するため、磁界ベクトルの軌跡が楕円を形成しあたかも歳差運動するような挙動を示す。原点と異なる点への磁界、例えば図１中の点（－Ｘp，０，０）点のへ磁界を求めるには、式（１）の面要素をｘ軸方向にＸpだけ移動させて原点への磁界を算出すればよい。ここで、楕円率ｒを前記長径に対する短径の比（Ｈac-y／Ｈac-x）で定義する。符号は、反時計回り回転のとき正、逆回転（時計周り）の場合は負とする。ここでｚ方向磁界成分も時間変化するが、磁化と平行な振動磁界成分は反転に寄与しないと仮定して無視した。これは、磁化方向の磁界は、磁化にトルクを与えず、磁化への作用がないためである。
　以上のように、式（１）による磁界解析の結果、記録ビットの形成位置に発生する高周波磁界は、ＦＧＬのトラック幅方向の長さが小さくなるに従って、磁界ベクトルの軌跡が次第楕円から円に近づくことが分かった。
　そこで、楕円偏光による磁性体の磁化反転アシスト効果への影響を調べる為に、ＬＬＧ（Landau Lifschitz Gilbert）方程式を用いた計算機シミュレーションを行い、以下の５点が明らかになった。
（１）反転させようとする磁化に垂直な振動磁界成分（垂直磁化媒体においては面内振動磁界成分）が反転に寄与する。
（２）反転させようとする磁化の歳差運動と同じ回転方向の楕円偏光は磁化反転をアシストする作用があるが、磁化の歳差運動と逆回転の楕円偏光は一旦反転した磁化を元に戻す作用がある。
（３）楕円偏光の長径に短径を加えた（同じ回転方向の場合）、又は、減じた（逆回転）ものの半分の値が、反転アシスト有効ＡＣ磁界である。
（４）反転アシスト有効ＡＣ磁界が同じとき、磁性粒子が磁化反転する外部磁界の平均値は等しい。
（５）反転アシスト有効ＡＣ磁界が同じでも、楕円率ｒ（前記長径に対する短径の比、逆回転の場合は負値とする）が大きいほど、磁性粒子が磁化反転する磁界のばらつきが小さくなり、良好な磁化反転パターンが得られる。
　計算は、一軸磁気異方性を有する磁性粒子が一斉回転モデルにしたがって反転するものと考え、その磁化Ｍの挙動を次のＬＬＧ方程式を用いて計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、γはジヤイロ磁気定数、αはダンピング定数である。有効磁界Ｈは、磁気異方性磁界Ｈa（＝Ｈkcosθm、θmは磁化と磁化容易軸のなす角）、静磁界Ｈd、外部磁界Ｈext、及び、高周波磁界Ｈacの４成分の和で構成される。本検討で考慮した静磁界Ｈdは、計算する磁性粒子自身のつくる静磁界であるが、実際には、隣接する粒子等の影響を考慮する必要がある。外部磁界Ｈextは、磁性体の外部より磁性体に印加される磁界である。
　図２に有効磁界の印加方向を示す。鉛直方向をｚ方向として、Ｈaを印加した。Ｈextは、初期磁化方向と反対で、鉛直方向からθh傾いた方向に印加した。磁化は概ね＋ｚ方向から、－ｚ方向に向かってｚ軸を軸とすると回転運動をしながら反転する。図２では、高周波磁界Ｈacの印加方向は水平方向のみ示してあるが、ｚ－Ｈext面内の直線偏光及びｚ－Ｈext面に垂直な直線偏光と、ｚ軸に垂直な面内の楕円偏光とについて検討した。磁化反転の判定は、１０２４個の孤立磁性粒子に分散（Ｈk分散５％、角度分散３度）を持たせ、統計的取り扱いを行った。
　図３は、磁化容易軸が膜面に対して垂直方向を向いた孤立磁性粒子１０２４個の集合に対して、主磁極からの磁界Ｈextと高周波磁界Ｈacが印加された場合の磁化反転の挙動を示すシミュレーション結果である。印加される高周波磁界Ｈacは、左から順に、時計回り振動磁界（楕円率ｒ＝－１）、直線偏光振動磁界（ｒ＝０）、反時計回り振動磁界（ｒ＝１）である場合に相当する。図で、□は３ｎｓ経過するまでに磁化反転が完了した状態（１０２４個の中９５％以上が反転）、■は磁化反転していない状態（１０２４個の中９５％以上が未反転）を示し、中間色は部分反転している状態を示している。図より、ＡＣ磁界が小さい場合には、時計回り振動磁界成分ではStoner-Wohlfarth磁界まで反転が全くなく、アシスト効果が見られないことが分かる。図３におけるStoner-Wohlfarth磁界は、８００ｋＡ／ｍで、外部磁界だけ（Ｈac＝０）で反転がおこる磁界となっている。
　一方、ＡＣ磁界が大きい場合には、単独で十分反転させられる大きな外部磁界を印加していても、時計回り振動磁界（ｒ＝－１）では反転が抑制されている現象が起こっている。これは、時計回り振動磁界が反転した粒子の再反転を促す作用を持っていることを示している。反転した粒子の磁化の回転方向は、時計回りである為と考えられる。このことは、外部磁界があるなしにかかわらず、比較的大きな円偏光高周波振動磁界を与えることにより、その時計回り、反時計回りに応じて、所望の磁化反転が制御できることを示唆している。直線偏光振動磁界、反時計回り振動磁界と楕円率が大きくなると、ＡＣ磁界の増加と共に、磁化反転する外部磁界が小さくなっており、アシスト効果が確認できる。反時計回り振動磁界を用いると、直線偏光振動磁界を用いた場合に比べて半分程度の振動磁界の大きさで、同等のアシスト効果が得られている。これは、直線偏光振動磁界が、次式に示すように反時計回り成分と時計回り成分とに分解可能であるためと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　このうち、反時計回り成分は、磁化の歳差運動と同じ方向にＡＣ磁界が回転する為、磁気共鳴が起こって磁化反転をアシストする作用があると考えられる。直線偏光振動磁界を用いる場合の注意点は、ＡＣ磁界が大きすぎる時、時計回り振動磁界成分による再反転の影響が顕著となり、記録が行えない点である。図３では、ＡＣ磁界強度が３００ｋＡ／ｍを超えると良好な磁化反転パターンは得られないが、これよりも低いＡＣ磁界強度でも部分的に再反転が起こる可能性がある。反時計回り振動磁界（楕円率ｒ＝１）を用いる場合には、このような問題がない。
　図４は、異方性磁界の大きさが１．６ＭＡ／ｍの磁性体に、磁化容易軸から３０度傾けて外部磁界を印加した（θh＝３０度）場合の反転磁界Ｈswを楕円率に対して示したものである。ＡＣ磁界は、Ｈac-x成分を固定し、直交するＨac-yの大きさを変えている。反時計回りの楕円偏光ではＨac-yが正、時計回りの楕円偏光の場合はＨac-yが負となっている。Ｈac-yが大きいほど、Ｈac-xが大きいほどＨswが小さくなり、大きなアシスト効果が得られていることが分かる。逆に、Ｈac-yが負の場合には、ダウントラック方向の振動磁界成分が同じでもＨswが大きくなっており、Ｈac-yが成分によってアシスト効果が抑制されていることがわかる。そこで、反転
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 を仮定して、Ｈac-eff対する図４の反転磁界Ｈswを再度示したのが、図５である。図より、種々のＨac-x成分とＨac-y成分の組合せに対して、反転磁界Ｈswがほぼ同一の曲線上に乗っており、反転アシスト有効ＡＣ磁界を式（４）で表すのが有効と考えられる。
　図３等において、アシスト効果がある場合、外部磁界を一定としてＡＣ磁界強度を増加させるとき、磁化反転は、徐々に促進される訳ではなく、外部磁界による反転と同様にスイッチ磁界Ｈac-swが存在する。すなわち、Ｈacが小さいときは反転せず、スイッチ磁界Ｈac-swを越えて大きくなると反転する。これは、磁気記録に用いられる磁気異方性の大きな磁性体では共鳴振動数が磁化の方向によって大きく変化するため、振動磁界が弱いと磁化の回転と振動磁界の同期している間（共鳴）に磁化反転が完結しないためと考えられる。
　図６は、図４のプロット点におけるスイッチＡＣ磁界の幅ΔＨac-swを楕円率に対して示したものである。幅ΔＨac-swは、楕円率が大きいほど小さくなっており、同じ反転アシスト有効ＡＣ磁界でも楕円率が大きい良好な反転磁化パターンが形成できる可能性を示している。
　以上のように、マイクロ波アシスト記録において良好な記録パターンを得るためには、高周波磁界強度の面内成分を大きくするだけでなく、楕円率を大きくすることが重要であることが分かった。また、ＦＧＬの設計に当たっては、ＦＧＬ自身の磁化回転の向きに注意する必要がある。
　そこで、ＦＧＬより発生する磁界を詳細に解析したところ、高周波磁界発生器の駆動電流に垂直な断面形状が矩形のＦＧＬでは、反転アシスト有効ＡＣ磁界が最大となる位置（書込み点）と楕円率が最大となる位置とがずれていることが判明した。これは、書込み点となるＦＧＬの主磁極側端部周辺において、ＦＧＬのＡＢＳ面から発生するダウントラック方向の磁界に比べて、ＦＧＬの側面から発生するクロストラック方向の磁界が不足しているためと推察される。
　そこで、反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とが一致するべくＦＧＬ側面からの磁界を強化するＦＧＬ構造を鋭意検討した。
　図７は、ｗ＝４０ｎｍ，ｈ＝４０ｎｍ，ｔ＝２０ｎｍ，ｓ＝１０ｎｍ（図１参照）の条件で、ＦＧＬから発生する磁界のトラック中心（ｙ＝０）におけるダウントラック方向の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界Ｈac-effとを示したものである。横軸は、ＦＧＬの直下を０とし、主磁極側を負値とした。ＦＧＬの飽和磁化は、２．４Ｔとしている。図より、楕円率が最大となる位置はＦＧＬのエッジから２ｎｍ外側であるのに対して、Ｈac-effが最大となるのは１０ｎｍ離れたところでＦＧＬエッジから１２ｎｍ外側である。Ｈac-effが最大の点で記録が行われるとすると、このときの楕円率は０．６以下に落ちているため、十分な書き込みが行えない可能性がある。Ｈac-effが最大の点での楕円率が０．６以下の場合、一定時間に磁化反転する確率が顕著に低下するためである。
　楕円率を向上させるには、ＦＧＬの側面からの磁界の影響を増強し、クロストラック方向成分を増やす必要がある。ＦＧＬに後退部を設けると、ダウントラック方向のＦＧＬ磁界は多少減少するものの、記録位置にＦＧＬの側面を近づけることができる為、ダウントラック方向とクロストラック方向の振動磁界成分がほぼ等しくなって、円偏向とすることが可能となる。本発明で用いている「円偏光」は、高周波振動磁界の大きさが変わらず、振動方向が時間的に変化する状況であり、磁界ベクトルの軌跡がほぼ円を形成する。ただし、反転対象の磁性体の磁化（容易軸）方向の振動磁界成分は無視するものとする。
　反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とを一致させる他の方法として、ＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状がＡＢＳ側の辺が短い縦長の長方形とする方法がある（図１において、ｗ＜ｈ）。しかし、この方法では、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の方向に発生するため、ＦＧＬがこの方向に固定されやすくなり、発振周波数の変動や、発振自体が起こらなくなる問題がある。尚、斜めのＦＧＬの側面からの磁界を算出するには、式（１）及び関連の式において、座標を適宜変換して読み替えればよい。
　そこで、底面のトラック幅方向端部にＡＢＳ面からの後退部を有するＦＧＬ、具体的には、図８Ａに示すＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状が、ＡＢＳ面側に上辺を有する逆台形であるＦＧＬについて、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界Ｈac-effとを計算した。その計算結果を図８Ｂに示す。楕円率が最大となる位置とＨac-effが最大となる位置とが、ＦＧＬエッジ付近で一致しており、良好な書き込みが期待できる。ただし、反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値は２６０ｋＡ／ｍであるので、図７の反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値３１０ｋＡ／ｍに比べて１５％小さな値となっている。ＦＧＬのＡＢＳ面の面積を小さくしたため発生する磁界が減少した影響と考えられる。
　図８Ｃ及び図８Ｄは、後退部としてＡＢＳ面側にテーパ部が形成された形状のＦＧＬを、図８Ｅには、後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成された形状のＦＧＬを示す。ＦＧＬに流れる電流に垂直な断面の形状が、図８Ｃ及び図８Ｄ及び図８Ｅに示す構造である場合には、反転アシスト有効ＡＣ磁界の減少量は７％程度に抑制可能である。特に図８Ｄの構造では、ＡＢＳ面側のテーパ部に加えて、上面側にもテーパ部が形成されることにより、ＦＧＬの磁化回転面内での磁化されやすさにほとんど差が生じない。従って、スムースな高速磁化回転が期待できる。図８Ｅは、後退部としてＡＢＳ面側に段差部が形成された形状のＦＧＬを示す。本形状のＦＧＬは、トラック幅を決定するサイズｗの長さがＡＢＳ面からのラッピング加工時に変化しないので、信頼性の高いヘッド製造が可能である。
　図９Ａ～図９Ｆには、図８Ａ及び図８Ｃ～図８Ｅとは別の形状のＦＧＬの構成例を示す。通常、ＦＧＬは主磁極と対向磁極の間に配置され、主磁極側あるいは対向磁極側から高周波磁界を発生させるための駆動電流が流れ込む。図９Ａ～図９Ｆに示すような、主磁極側の断面積の大きさが対向磁極側の断面積よりも小さい異なる形状のＦＧＬを用いるきことにより、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を主磁極側に近づけることが可能となる。なおここでいう断面積とは、ＦＧＬを構成する多層膜の積層方向に対する断面積の意味である。
　図９Ａ及び図９Ｂには、対向磁極側から主磁極側に向かうテーパ部により上記断面積の相違を形成した構造（すなわち、上面側及びＡＢＳ面側からみた形状が、トラック幅方向側にテーパ形状を有する構造）のＦＧＬを示す。このような構造のＦＧＬを用いることにより、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を、主磁極側に近づけることができ、より大きな外部（主磁極）磁界の利用が可能となる。特に、図９Ｂの構造では、反転アシスト有効ＡＣ磁界の最大値の減少が５％程度と、図８Ａ及び図８Ｃ～図８Ｅに示す構造のＦＧＬよりも反転アシスト有効ＡＣ磁界減少の抑制効果が更に大きくなっている。図９Ａ及び図９ＢのＦＧＬ構造は、ＡＢＳ面側からのラッピング工程の停止タイミングによる発振特性の差は、それほど大きくない。
　図９Ｃ及び図９Ｄには、図１に示す直方体形状のＦＧＬに対して、主磁極側の頂角４カ所のうちＡＢＳ面側の頂角２カ所をカットすることにより、頂角の削除部を設けた構造のＦＧＬを示す。このような構造のＦＧＬでは、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置がほぼ完全に一致し、磁界の減衰もほとんどないと考えられる。ただし、作製は困難である。主磁極側に張り出す図９Ｃ及び図９Ｄの構造も考えられる。
　図９Ｅ及び図９Ｆには、主磁極側に段差構造を設けることにより（すなわち、上面側及びＡＢＳ面側からみた形状が凸型形状をなす構造）、主磁極側と対向磁極側での断面積の相違を実現した構造のＦＧＬを示す。図９Ｆに示すＦＧＬでは、主磁極側の段差構造に加えて、ＡＢＳ面側に高さ方向のテーパ部も備えている。図９Ｅ及び図９Ｆに示す構造では、楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることが可能であるとともに、図９Ｃ及び図９Ｄに示す構造のＦＧＬよりも製造が容易であるという利点を持つ。図９Ｅ及び図９Ｆの構造のＦＧＬを製造するためには、リソグラフィの際に使用するマスクパターンを一回変えればよいためである。
　反転アシスト有効ＡＣ磁界と楕円率が最大となる位置とを一致させるためには、図８Ａ及び図８Ｃ～図８Ｅや図９Ａ～図９Ｆに示す構造のＦＧＬの他に、たとえば、ＦＧＬの断面形状をＡＢＳ面側の辺がＦＧＬ側面側の辺よりも短い、縦長の長方形としても良い。しかし、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の方向に発生するため、ＦＧＬがこの方向に固定されやすくなり、発振周波数の変動や、発振自体が起こらなくなる問題がある。一方で、図８Ｃ及び図８Ｄ及び図８Ｅ又は、図９Ａ～図９Ｆに示す構造では、断面形状が平均的に横長の形状となっているため、形状磁気異方性が主磁極からの漏れ磁界の直交方向に発生し、従ってＦＧＬの面内磁化回転が円滑に行われる。また、図９Ａ～図９Ｆに示したＦＧＬ形状の中で、特に、図９Ａ及び図９Ｂに示すＦＧＬ形状は、記録後消磁（次のビットを記録するときに前のビットを消す現象）が少なく、ＳＮ比の向上に有効である。
　上記の構成を取ることにより、反転アシスト有効ＡＣ磁界が最大となる位置（書込み点）と楕円率が最大となる位置とをほぼ一致させることが可能となるので、連続媒体又はＤＴＭでは記録された隣接ビット境間の磁化遷移幅の急峻化、ＢＰＭでは反転できない確率の抑制ができるようになり、信頼性の高い高記録密度情報記録装置の提供が可能となる。また、上記の構成では、トラック幅方向の反転アシスト有効ＡＣ磁界分布も急峻化されるため、高精度位置決め機構と組み合わせることによりトラック密度を高めることができ、記録密度を更に増大させた情報記録装置が実現可能となり、サイズ及びコスト等の点できわめて有利となる。
　図１０Ａは記録ヘッド及び記録媒体を、記録媒体面に垂直（図中の上下方向）かつヘッド走行方向（図中の左又は右方向であるトラック方向）に平行な面で切断した場合における記録機構周辺の断面構造を表している。記録ヘッド２００においては、主磁極５と対向磁極６との間で、図面上方にて磁気的な回路を構成している（図１０Ｄ及び図１０Ｇ－ａ～図１０Ｇ－ｄ）。ただし、図面上方においては電気的にはほぼ絶縁されているものとする。磁気的な回路は、磁力線が閉路を形成するものであり、磁性体のみで形成されている必要はない。また、主磁極５の対向磁極６と反対側に補助磁極等を配置し、磁気回路を形成してもよい。この場合には、主磁極５と補助磁極との間は電気的に絶縁されている必要はない。
　更に、記録ヘッド２００は、これらの磁気回路を励磁する為のコイル、銅線等が具備されているものとする。主磁極５と対向磁極６には、電極又は電極に電気的に接触する手段が備わっており、主磁極５側から対向磁極６側、あるいはその逆の高周波励起電流がＦＧＬ２を通して流せるように構成されている。主磁極５と対向磁極６の材料は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどないＣｏＦｅ合金とした。ＦＧＬ２への漏れ磁界（ＦＧＬ面内方向成分）を低減して高周波周波数を上げる為には、主磁極５の対向磁極６と反対側に設けた補助磁極を主磁極５側に少し近づけるのがよい。
　主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン伝導層３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）２、負の垂直磁気異方性体１１、金属非磁性スピン散乱体１２、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、図面左右方向に伸びる柱状構造で、断面がＡＢＳ面に沿った辺が対向辺に比べて短い台形をしている（図１０Ｂ）。当該台形形状とすることにより、ＦＧＬ磁界の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることができ、良好な書き込み特性が期待できる。この台形のＡＢＳ面に沿った辺の長さｗは、記録トラック幅を決定する重要な因子であり、本実施例では１５ｎｍとした。マイクロ波アシスト記録においては、主磁極５からの記録磁界とＦＧＬ２からの高周波磁界とが揃わないと記録できないような磁気異方性の大きい記録媒体を用いることになる為、主磁極５の幅と厚さ（ヘッド走行方向の長さ）は、記録磁界が大きく取れるよう大きめに設定することが可能である（図１０Ｃ）。本実施例では、幅を８０ｍ、厚さを１００ｎｍとすることで、約０．９ＭＡ／ｍの記録磁界が得られている。
　リップ８は、主磁極５と飽和磁化が同じ又は大きな材料を用い、主磁極５からの磁界がＦＧＬ２の層方向にできるだけ垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例では、金属非磁性スピン伝導層３に接するリップ８として、比較的弱い垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｎｉ）n人工格子膜を用いた。本実施例におけるリップ８の厚さは、１０ｎｍであったが、この値は、前述の台形の形状、対向磁極までの距離と状況、用いる媒体の状況、図面上方における磁気回路の状況に依存する。ＦＧＬ２は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどない厚さ２０ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、ＡＢＳ面及び、側面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として作用する。
　ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介してリップ８に反射されたスピンによるスピントルクである。このスピントルクは、主磁極５からの漏洩磁界によって発生するＦＧＬ２の磁化回転軸に平行な磁化成分が小さくなる方向に作用する。このスピントルクの作用を得るには、主磁極５側から対向磁極６側へ高周波励起（直流）電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５から磁界が流入する場合に、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て反時計周りとなっており、主磁極５からの磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。
　主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。この点、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
　スピントルク作用は、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなり、また、金属非磁性スピン伝導層３と隣接する層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。金属非磁性スピン伝導層３には、２ｎｍ－Ｃｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＲｕ等を用いても良い。負の垂直磁気異方性体１１は、六方晶ＣｏＩｒのｃ軸方向が図中の左右方向となるようにし、磁気異方性の大きさは、６．０×１０5Ｊ／ｍ3のものを用いた。負の垂直磁気異方性を有する磁性体をＦＧＬ２と隣接させることにより、ＦＧＬ２の磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強化される。この作用により、比較的低い周波数で強い振動磁界が得られる。この作用は、負の垂直磁気異方性を有する磁性体として知られているα’－ＦｅＣ，dhcpＣｏＦｅ，ＮｉＡｓ型ＭｎＳｂ等でも同様に期待できる。ＦＧＬ２にＣｏＦｅ合金を用いているので、α’－ＦｅＣやdhcpＣｏＦｅを用いてもＣｏＩｒと同様に大きな交換相互作用が働き、磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強くなる。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、負の垂直磁気異方性体１１を設けなくても磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ－Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１５ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。
　記録媒体７には、基板１９上に、記録層１６として、厚みが１０ｎｍで、磁気異方性磁界が１．６ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）のＣｏＣｒＰｔ層を用いた。スパッタリングにより連続膜を形成した後、ナノインプリント技術により、トラック方向の長さが９ｎｍでダウントラック方向が７ｎｍの磁性体パターンを、トラックピッチ１２．５ｎｍ、ビットピッチ１０．０ｎｍで配置するように作製した。
　本実施例の高周波磁界発生源２０１を組み込んだ記録再生部１０９を搭載したスライダ１０２をサスペンション１０６に取り付け（図１０Ｄ～図１０Ｆ）、ヘッドジンバルアッセンブリを構成した。図１０Ｅに示す構造においては、記録再生ヘッドはスライダのトレーリング部に配置されており、図１０Ｆに示す構造においては、記録再生ヘッドはスライダのリーディング部に配置されている。
　図１０Ｇ－ｂ～図１０Ｇ－ｄには、図１０Ｄに示す構造以外に考えられる記録再生ヘッドの構造を示した。図１０Ｇ－ａは、図１０Ｄの構造を反対側からみたものである。したがって、図１０Ｇ－ａ～図１０Ｇ－ｄにおいて、トレーリング側、リーディング側の定義は、紙面左側がトレーリング側、紙面右側がリーディング側であるものとする。
　図１０Ｇ－ｂには、図１０Ｇ－ａとは別の構成例を示す。図１０Ｇ－ｂに示す磁気ヘッドにおいては、主磁極５の励磁用コイルが上向きでは無く横向きに巻かれている。本構成の磁気ヘッドの場合、図１０Ｇ－ａの構造に比べて励磁位置がより主磁極浮上面に近いので、図１０Ｇ－ａに示す構造に比べてより強い磁束を主磁極５から発生させることができる。
　図１０Ｇ－ｃには、記録ヘッド部をリーディング側に配置し、再生ヘッド部をトレーリング側に配置したマイクロ波アシスト記録用磁気ヘッドの構成例を示す。図１０Ｇ－ｃに示す構成の磁気ヘッドにおいては、主磁極５がリーディング側最端部に配置され、対向磁極６は主磁極５に対してトレーリング側に配置される。図１０Ｇ－ｃに示す構造の磁気ヘッドの場合、対向磁極６と再生センサ用シールドを共用しているが、分離しても構わない。高周波発生器２０１の積層順序は、図５に示す積層順序とは逆になっているのは、図１０Ｇ－ａと同様である。励磁コイルの巻線方向は、図１０Ｇ－ａと同様に上巻きであるが、図１０Ｇ－ｄに示すように横巻きにしても良い。
　以上の図１０Ｇ－ａ～図１０Ｇ－ｄに示す構成の記録ヘッド部は、図１０Ｅ又は図１０Ｆのいずれの構造の磁気ヘッドスライダに実装することも可能である。
　作成した磁気ヘッドは、スピンスタンドを用いて記録再生特性を測定した。測定においては、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング７ｎｍ、トラックピッチ１２．５ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔１８ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。高周波励起電流を変化させて１２５０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１３．０ｄＢが得られ、１平方インチあたり５Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。このときの高周波周波数は３５．０ＧＨｚであった。磁気スペーシング５ｎｍとした場合には、ＦＧＬ２の断面が矩形であると信号／ノイズ比が１４．０ｄＢから９．０ｄＢと低下したのに対して、本発明の逆台形の断面形状では、逆に１５．０ｄＢへと上昇した。
　以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行った。図１３Ａ及び図１３Ｂに、本実施例の記録ヘッド及び記録媒体を組み込んだ磁気ディスク装置の基本構成を示す。図１３Ａは平面図、図１３ＢはそのＡ－Ａ′での断面図である。記録媒体１０１は回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。
　図１３Ｂでは５枚の磁気ディスク、１０本の磁気ヘッドを搭栽した例において、磁気ディスク３枚分と磁気ヘッド４本について示したが、磁気ディスクは１枚以上、磁気ヘッドは１本以上あれば良い。記録媒体１０１は、円盤状をしており、その両面に記録層を形成している。スライダ１０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向移動し、先端部に磁気ヘッドを有する。サスペンション１０６は、アーム１０５を介してロータリアクチユエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、スライダ１０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける又は引き離そうとする機能を有する。再生信号の処理及び情報の入出力には、所定の電気回路が必要である。高密度化時の波形干渉を積極的に活用したＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）方式を拡張した信号処理回路が筐体１０８等に取り付けられる。
　以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、１枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、２．５Ｔバイト（１平方インチあたり４Ｔビット）、合計記録容量５Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。
　図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明による記録ヘッド及び記録媒体の第２の構成例を示す図である。本構成例で用いる主磁極５、対向磁極６、及びその図面上方と左方の構成は、第１の構成例と同じものを用いるものとする。
　主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン散乱体１２、ＦＧＬ２、負の垂直磁気異方性体１１、金属非磁性スピン伝導層３、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、柱状で断面がＡＢＳ面に沿った方向が長い長方形をしている。当該長方形形状とすることにより、トラック幅方向に形状異方性が生じる為、主磁極からの漏れ磁界のＦＧＬ２の面内成分があってもＦＧＬ２の面内磁化回転を円滑に行わせることが可能となり、主磁極５とＦＧＬ２を近づけることができる。また、発振状態にない時にＦＧＬ２の磁化がＡＢＳ面に平行となり、漏洩磁界による不要な磁化反転等を防ぐことができる。ＦＧＬ２は、ＡＢＳ面の形状が主磁極側に短い台形をしており、高さ方向に柱状である。当該台形の短い辺の長さは、記録トラック幅を決定する重要な因子であり、本実施例では２８ｎｍとした。
　マイクロ波アシスト記録においては、主磁極５からの記録磁界とＦＧＬ２からの高周波磁界とが揃わないと記録できないような磁気異方性の大きい記録媒体を用いることになる為、主磁極５の幅と厚さ（ヘッド走行方向の長さ）は、記録磁界が大きく取れるよう大きめに設定することが可能である。本実施例では、幅を１２０ｎｍ、厚さを８０ｎｍとすることで、約０．８ＭＡ／ｍの記録磁界が得られている。
　リップ８は、主磁極５と飽和磁化が同じ又は大きな材料を用い、主磁極５からの磁界がＦＧＬ２の層方向に垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例におけるリップ８の厚さは、５ｎｍであったが、この値は、前述の長方形の形状、対向磁極までの距離と状況、用いる媒体の状況、図面上方における磁気回路の状況に依存する。ＦＧＬ２は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどない厚さ２０ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。
　ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高遠回転し、ＡＢＳ面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として作用する。ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介して対向磁極側リッブ１３に反射されて負の垂直磁気異方性体１１に留まるスピンによるスピントルクである。このスピントルクは、主磁極５からの漏洩磁界によって発生するＦＧＬ２の回転軸に平行な磁化成分が小さくなる方向に作用する。このスピントルクの作用を得るには、対向磁極６側から主磁極５側へ高周波励起電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５から磁界が流入する場合に、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の下流側から見て反時計周りとなっており、主磁極５からの磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の下流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。実施例１と同様、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
　図１１Ａに示す高周波磁界発生器２０１構成は、図１０Ａに示された高周波磁界発生器２０１の構成に比べて、スピントルクが負の垂直磁気異方性体１１に作用する為、より高い周波数での動作が安定で、発振の立ち上がりも早くなる傾向がある。金属非磁性スピン伝導層３には、２ｎｍ－Ｃｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＲｕ等を用いても良い。負の垂直磁気異方性体１１は、六方晶ＣｏＩｒの００１面が図中の左右方向となるようにし、磁気異方性の大きさは６．０×１０5Ｊ／ｍ3であった。負の垂直磁気異方性を有する磁性体をＦＧＬ２と隣接させることにより、ＦＧＬ２の磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強化される。この作用は、負の垂直磁気異方性を有する磁性体として知られているα’－ＦｅＣ，dhcpＣｏＦｅ，ＮｉＡｓ型ＭｎＳｂ等でも同様に期待できる。ＦＧＬ２にＣｏＦｅ合金を用いているので、α’－ＦｅＣやdhcpＣｏＦｅを用いてもＣｏＩｒと同様大きな交換相互作用が働き、磁化方向を回転軸と垂直方向に留める作用が強くなる。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、負の垂直磁気異方性体１１を設けなくても磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ－Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１０ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。金属非磁性スピン伝導層３に接する対向磁極側リップ１３を（Ｃｏ／Ｎｉ）n人工格子膜のような比較的弱い垂直磁気異方性を有する材料を用いるとＦＧＬ磁化回転が安定化する。スピントルクは、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなり、また、リップ８と金属非磁性スピン伝導層３の間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。
　記録媒体７には、基板１９上に、下部記録層１８として磁気異方性磁界が２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）の１０ｎｍＣｏＣｒＰｔ－ＳｉＯx層、上部記録層１７として磁気異方性磁界が１．４ｋＡ／ｍ（１７ｋＯｅ）の６ｎｍ－（Ｃｏ／Ｐｔ）－ＳｉＯx人工格子層を用いた。強磁性共鳴による吸収線幅の測定の結果、上部記録層１７と下部記録層１８のダンピングコンスタントαは、それぞれ０．２０と０．０２であった。Ｐｔ層やＰｄ層があるとαを大きくでき、磁化反転速度を速めることができる。スパッタリングにより連続膜を形成した後、ナノインプリント技術により、トラック方向の長さが２５ｎｍでトラックピッチが３５ｎｍのディスクリートトラック媒体を作製した。スピンスタンドを用い、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ３５ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２５ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。
　高周波励起電流を変化させて１２５０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１３．０ｄＢが得られ、１平方インチあたり１．８Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。このときの高周波周波数は２７．０ＧＨｚであった。比較の為に、ディスクリートトラック加工する前の媒体について、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、２７．０ＧＨｚで記録再生特性を測定した。トラック形成前の状態で、トラックピッチを変えて信号を記録したところ、トラックピッチ４０ｎｍのところで、１２５０ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比が１３．０ｄＢよりも大きくなった。この結果から、連続媒体においても、１平方インチあたり１．５Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。
　以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、３枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、連続媒体で０．８Ｔバイト（１平方インチあたり１．３Ｔビット）、合計記録容量５Ｔバイト、また、ディスクリートトラック媒体で１．２Ｔバイト（１平方インチあたり１．７Ｔビット）、合計記録容量７Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。本実施例で用いたＦＧＬ構造は電流に対して垂直な断面のアスペクト比が比較的自由に設定できる為、用いる記録媒体に最適な構造を有する主磁極からの漏洩磁界に応じた設計が可能である。
　図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明による記録ヘッド及び記録媒体の第３の構成例を示す図である。本構成例で用いる主磁極５、対向磁極６、及びその図面上方と左方の構成は、第１の構成例と同じものを用いるものとする。主磁極５に隣接して層状に、リップ８、金属非磁性スピン伝導層３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）２、金属非磁性スピン散乱体１２、対向磁極側リップ１３を経て対向磁極６にいたる。尚、リップ８から対向磁極側リップ１３までは、図面左右方向に伸びる柱状構造で、断面がＡＢＳ面に沿った辺が対向辺に比べて短い台形のトラック幅方向の端を媒体面に垂直な面で切り落とした６角形状をしている（図１２Ｂ）。当該６角形状とすることにより、トラック幅方向の形状異方性を維持したまま、ＦＧＬ磁界の楕円率と反転アシスト有効ＡＣ磁界のピーク位置を一致させることができ、良好な書き込み特性が期待できる。
　当該６角形状のＡＢＳ面に沿った辺の長さｗは、記録トラック幅を決定する重要な因子であり、本実施例では１５ｎｍとした。リップ８は、主磁極５と飽和磁化が同じ又は大きな材料を用い、主磁極５からの磁界がＦＧＬ２の層方向にできるだけ垂直となるよう３Ｄ磁界解析ソフトを用いてリップ８の厚さ設計を行った。本実施例におけるリップ８の厚さは、８ｎｍであったが、この値は、前述の６角形状、対向磁極までの距離と状況、用いる媒体の状況、図面上方における磁気回路の状況に依存する。
　ＦＧＬ２は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどない厚さ２５ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。また、ＦＧＬ２として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。ＦＧＬ２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、ＡＢＳ面及び、側面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として作用する。ＦＧＬ２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３を介してリップ８に反射されたスピンによるスピントルクである。このスピントルクは、主磁極５からの漏洩磁界によって発生するＦＧＬ２の回転軸に平行な磁化成分が小さくなる方向に作用する。このスピントルクの作用を得るには、主磁極５側から対向磁極６側へ高周波励起（直流）電流を流す必要がある。この電流方向はまた、金属非磁性スピン伝導層３側からＦＧＬ２側に向かうものである。主磁極５へ磁界が流入する場合には、ＦＧＬ２の磁化の回転方向は高周波励起（直流）電流の上流側から見て時計周りとなり、主磁極５への磁界で反転する記録媒体の磁化の歳差運動方向と同じ向きの回転磁界を印加することができる。したがって、ＦＧＬ２の円偏光高周波磁界は、主磁極５の極性によらず、主磁極５による磁化反転をアシストする効果がある。実施例１と同様に、非特許文献２に記載された形式の高周波磁界発生器本効果では主磁極５の極性によってスピントルクの向きが変わらないため、このような効果を得ることはできない。
　スピントルク作用は、高周波励起電流（電子流）が大きくなるほど大きくなり、また、金属非磁性スピン伝導層３と隣接する層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。
　金属非磁性スピン伝導層３には、２ｎｍ－Ｃｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＲｕ等を用いても良い。金属非磁性スピン散乱体１２には、３ｎｍ－Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。対向磁極側リップ１３には、１５ｎｍＣｏＦｅ合金を用いた。
　記録媒体７には、上部記録層１７として磁気異方性磁界が２．８ＭＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）の６ｎｍ－（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層、下部記録層１８には磁気異方性磁界が４．８ＭＡ／ｍ（６０ｋＯｅ）の６ｎｍ－ＦｅＰｔ層を用いた。強磁性共鳴による吸収線幅の測定の結果、上部記録層１７と下部記録層１８のダンピングコンスタントαは、それぞれ０．２０と０．０２であった。磁性体にＰｔやＰｄのリッチ領域が接触すると、当該領域に磁化が誘導されて磁化の向きの変化を制動するように働くため、ダンピング定数α大きくできる。人工格子構造を用いなくてもＰｔ組成の大きなＣｏＣｒＰｔ磁性体では、ダンピング定数αが大きくなっている。書き込みヘッド部２００に近い位置に上部記録層１７として相対的に磁気異方性が小さく、αが大きな材料を用いることにより、低い周波数で高速反転が可能であり、かつ熱揺らぎに強い記録媒体が実現できる。
　スパッタリングにより連続膜を形成した後、ＥＢマスタリングにより、トラック方向の長さが１５ｎｍでダウントラック方向が９ｎｍの磁性体パターンを、トラックピッチ２０ｎｍ、ビットピッチ１２．５ｎｍで配置するようにエッチングした。パターン間の間隙２１にはＳｉＯxを埋包した。スピンスタンドを用い、ヘッド媒体相対速度２０ｍ／ｓ、磁気スペーシング５ｎｍ、トラックピッチ２０ｎｍとして磁気記録を行い、さらにこれをシールド間隔２０ｎｍのＧＭＲヘッドにより再生した。高周波励起電流を変化させて発振周波数を変え１０００ｋＦＣＩでの信号／ノイズ比を測定したところ、最大１５ｄＢが得られ、１平方インチあたり２Ｔビットを超える記録密度の記録再生が十分達成可能であることがわかった。このときの高周波周波数は２８ＧＨｚであった。
　以上説明した記録ヘッド及び記録媒体を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ディスク装置に組み込んで、性能評価を行ったところ、２枚の２．５インチ磁気ディスクの各面にそれぞれ、１．０Ｔバイト（１平方インチあたり２Ｔビット）、合計記録容量４Ｔバイトの高周波回転磁界を利用した情報記録再生装置が得られた。本実施例で用いた２層媒体は、磁気異方性の小さな上層部１７に合わせた記録周波数で書込みを行うため、磁気異方性の大きな下層部１８をより大きな磁気異方性とすることにより、さらに高い記録密度が達成可能である。この際には、図１２Ｂのトラック密度を決定する幅ｗを小さくし、より高密度なパターンの記録媒体に書き込むようにするとよい。
　図１４Ａ及び図１４Ｂは、本発明による記録再生装置の第４の構成例を示す図である。高周波駆動電極３２２に隣接して層状に、垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８、金属非磁性スピン伝導層３０３、ＦＧＬ（磁化高速回転体）３０２、金属非磁性スピン散乱体３１２、磁化記録層３１６、非磁性スピン伝達層３１３、垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３２０を経て検出電極３２１にいたる。尚、垂直磁気異方性体Ａ３０８から垂直磁気異方性体Ｂ３２０までは、図面上下方向に伸びる柱状構造で、断面がほぼ正方形をしている。当該正方形とすることにより、ＦＧＬ３０２から磁化記録層３１６へ印加される磁界をほぼ楕円率ｒ＝１とすることができる。正方形の一辺の長さは１０ｎｍとした。金属非磁性スピン伝導層３０３とＦＧＬ（磁化高速回転体）３０２との間に、負の垂直磁気異方性体３１１を挿入すると、ＦＧＬの磁化回転が安定化する（図１４Ｂ）。垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３２０は、図面上下方向に大きな垂直磁気異方性を有しており、初期段階で磁化した後は、磁化の向きは変化しない。
　図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０の磁化方向は同一方向に示してあるが、垂直磁気異方性体Ａ３０８と垂直磁気異方性体Ｂ３２０との磁気異方性磁界の大きさを変え、着磁磁界を制御することにより、逆向きとすることも可能である。磁化が逆向きの場合、本発明による記録再生装置が外界に及ぼす磁界の影響が低減する。垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０には、垂直磁気異方性磁界が０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）から１．２ＭＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）のＣｏＣｒＰｔ系合金を用いた。ＦＧＬ３０２は、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどない厚さ２５ｎｍのＣｏＦｅ合金とした。また、ＦＧＬ３０として、負の垂直磁気異方性を有する（Ｃｏ／Ｆｅ）n人工格子膜を用いると、ＣｏＦｅ合金と同程度の磁化を有するため、磁化回転が安定化し、良好な発振特性が得られる。ＦＧＬ３０２では、層に沿った面内で磁化が高速回転し、側面に出現する磁極からの漏れ磁界が、高周波磁界として磁化記録層３１６に作用する。ＦＧＬ３０２の磁化回転駆動力は、金属非磁性スピン伝導層３０３を介して垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）３０８から注入又は反射されたスピンによるスピントルクである。スピンの注入又は反射は、高周波駆動電極３２２と金属非磁性スピン散乱体３１２間に印加する電流の向きに依存する。本電流が大きいほどスピントルクが大きくなりＦＧＬ３０２の発振周波数が大きくなる。さらに、本電流の向きによってＦＧＬ３０２の磁化回転方向が変わるため、円偏光高周波磁界の回転方向が変化し、磁化記録層３１６の磁化のスイッチが制御可能となる。
　スピントルク作用は、金属非磁性スピン伝導層３０３と隣接する層との間に分極率の大きなＣｏＦｅＢ層を１ｎｍ程度挿入すると大きくなる。金属非磁性スピン伝導層３０３には、２ｎｍ－Ｃｕを用いたが、スピン伝導性の高い金属非磁性体であるＲｕ等を用いても良い。特に、負の垂直磁気異方性体３１１としてＣｏＩｒを用いる場合には、Ｒｕを用いると垂直磁気異方性体Ａ３０８、金属非磁性スピン伝導層３０３、負の垂直磁気異方性体３１１のエピタキシャル成長が期待できる。金属非磁性スピン散乱体３１２は、ＦＧＬ３０２と磁化記録層３１６とのスピンによる相互作用をブロックする作用のほかに、接地電極として高周波駆動電極３２２との間に書込み回路、検出電極３２１との間に検出回路を形成している。金属非磁性スピン散乱体３１２には、３ｎｍ－Ｐｔを用いた。Ｐｄを用いても同様な作用がある。
　磁化記録層３１６は、厚すぎるとＦＧＬ３０２の磁界の影響を受けにくくなるので、断面となる正方形の１辺の長さ程度に抑える必要がある。一方、磁化記録層３１６は、記録磁化を熱揺らぎに対抗して保持し続ける必要がある。したがって、前述の垂直磁気異方性体Ａ３０８及び、垂直磁気異方性体Ｂ３２０と同等以上の垂直磁気異方性エネルギーが必要である。本実施例では２．８ＭＡ／ｍ（３４ｋＯｅ）の６ｎｍ－（Ｃｏ／Ｐｔ）人工格子層を用いたが、ＦｅＰｔ，ＣｏＰｔ系合金を用いても良い。磁化記録層３１６の磁化状態の検出には、非磁性スピン伝達層３１３を介して垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）３０８へ流れる電流の抵抗変化をＴＭＲ又はＧＭＲ効果として観測すればよい。ＴＭＲ効果を利用する場合には非磁性スピン伝達層３１３としてＭｇＯ、ＧＭＲ効果を利用する場合には非磁性スピン伝達層３１３としてＣｕを用いるのが良い。
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示す記録再生素子を集積化する方法を、図１５Ａ～図１５Ｅを用いて示す。図１５Ａ～図１５Ｅでは、３×３の場合を例にとって示しているが、任意数の格子を形成しても原理的に問題はない。ＦＧＬ３０２、金属非磁性スピン伝導層３０３、垂直磁気異方性体Ａ３０８、負の垂直磁気異方性体３１１、非磁性スピン伝達層３１３、磁化記録層３１６、垂直磁気異方性体Ｂ３２０のパターンは、図１５Ｅに示すように、１０ｎｍの正方形で、２５ｎｍピッチの格子を組んでおり、記録密度は、１平方インチあたり１Ｔビットとなっている。
　以上説明した記録再生素子を０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍの領域に作成し（１００００×１００００素子）、性能評価を行ったところ、平均下記書き込み時間３ｎｓの１０Ｍバイト磁性メモリが得られた。
　図１５Ｂ～図１５Ｄには、それぞれ高周波駆動電極３２２、金属非磁性スピン散乱体３１２、検出電極３２１の電極パターンを示している。情報の記録時には、記録ビットに対応する高周波駆動電極３２２と金属非磁性スピン散乱体３１２とを選択し、必要な向きに電流を流す。情報の再生時には、記録ビットに対応する検出電極３２１と金属非磁性スピン散乱体３１２とを選択し、電流の向きによって変化する抵抗値を測定して磁化方向を判定する。１０２４×１０２４の素子を試作し電流値を変えてエラーレートを測定したところ、記録時の高周波周波数が２０ＧＨｚから３２ＧＨｚの間でエラーは検出されなかった。
１　垂直磁気異方性体Ａ
２　ＦＧＬ
３　金属非磁性スピン伝導層
４　垂直磁気異方性体Ｂ（スピン注入層）
５　主磁極
６　対向磁極
７　記録媒体
８　リップ
１１　負の垂直磁気異方性体
１２　金属非磁性スピン散乱体
１３　対向磁極側リップ
１４　サイドシールド
１５　金属非磁性スピン伝導層
１６　記録層
１７　上部記録層
１８　下部記録層
１９　基板
２１　パターン間の間隙
５６　第１の上部記録層
５７　第２の上部記録層
５８　下部記録層
６５　第１の上部記録層
６６　第２の上部記録層
６７　第３の上部記録層
２００　記録ヘッド
２０１　高周波磁界発生器
２０２　高周波磁界検出器
２０３　高周波磁界検出器
２０５　コイル
２０６　補助磁極
２０７　ＧＭＲ素子
２０８　シールド膜
２０９　絶縁膜
２５　プラス電極
２６　マイナス電極
２７　プラス電極
２８　マイナス電極
３１　反強磁性層
３２　固定磁性相
３３　ＣｏＦｅＢ
３５　絶縁層（ＭｇＯ）
３６　ＣｏＦｅＢ
３７　自由層
１０１　記録媒体
１０２　スライダ
１０３　ロータリアクチユエータ
１０４　回転軸受け
１０５　アーム
１０６　サスペンション
１０８　筐体
１０９　記録再生部
３０２　ＦＧＬ
３０３　金属非磁性スピン伝導層
３１２　金属非磁性スピン散乱体
３０８　垂直磁気異方性体Ａ（スピン注入層）
３１１　負の垂直磁気異方性体
３１３　非磁性スピン伝達層
３１６　磁化記録層
３２０　垂直磁気異方性体Ｂ（検出層）
３２１　検出電極
３２２　高周波駆動電極

Claims (8)

  1. 　高周波磁界を照射して記録媒体を磁気共鳴状態とし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する情報記録装置において、
    　当該高周波磁界は、反転させようとする媒体磁化の歳差運動の回転方向と同一である円偏光回転磁界であることを特徴とする情報記録装置。
  2. 　ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して記録を行う情報記録装置において、
    　前記記録ヘッドは、
    　前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    　該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に、該記録磁極から離間して設けられた対向磁極と、
    　当該記録磁極と前記対向磁極の間に設けられた、前記高周波磁界を発生する多層膜とを有し、
    　当該多層膜は、前記磁気記録媒体に対する対向面側のトラック方向端部に形成された後退部を備えることを特徴とする情報記録装置。
  3. 　請求項２に記載の情報記録装置において、
    　前記後退部は、前記トラック方向端部に設けられたテーパ部により構成されることを特徴とする情報記録装置。
  4. 　請求項２に記載の情報記録装置において、
    　前記後退部は、前記トラック方向端部に設けられた段差部により構成されることを特徴とする情報記録装置。
  5. 　ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して記録を行う情報記録装置において、
    　前記記録ヘッドは、
    　前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    　該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に、該記録磁極から離間して設けられた対向磁極と、
    　当該記録磁極と前記対向磁極の間に設けられた、前記高周波磁界を発生する多層膜とを有し、
    　当該多層膜の浮上面形状が、上辺が前記記録磁極側である台形形状であることを特徴とする情報記録装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の情報記録装置において、
    　前記磁気記録媒体が、ディスクリートトラック媒体であることを特徴とする情報記録装置。
  7. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の情報記録装置において、
    　前記磁気記録媒体が、ビットパタン媒体であることを特徴とする情報記録装置。
  8. 　ユーザデータが格納される磁気記録媒体と、当該磁気記録媒体に記録動作を行う記録ヘッド部を備えた磁気ヘッドとを有し、高周波磁界と前記ユーザデータに対応する記録磁界とを前記磁気記録媒体に印加することで該磁気記録媒体に磁気共鳴状態を形成して記録を行う情報記録装置において、
    　前記記録ヘッドは、
    　前記記録磁界を発生する記録磁極と、
    　該記録磁極のトレーリング側ないしリーディング側に、該記録磁極から離間して設けられた対向磁極と、
    　当該記録磁極と前記対向磁極の間に設けられた、前記高周波磁界を発生する多層膜とを有し、
    　前記多層膜は、ＦＧＬとスピン伝導層とスピン注入層を有し、電流は前記スピン注入層から前記ＦＧＬの方向に向かって流れるようにされていることを特徴とする情報記録装置。
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