(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化Ｍ→を有する面内磁化層（３）における磁化反転を実行する方法であって、
外部磁場Ｈex→を、前記磁化Ｍ→が前記外部磁場Ｈex→の周囲で歳差運動し、前記磁化反転が終了する前に前記外部磁場Ｈex→が止められるように印加するステップを含む方法。
【請求項２】
前記外部磁場Ｈex→が、前記面内磁化層（３）に対してある角度で印加され、最大トルクＴ→が前記磁化Ｍ→に作用するようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記面内磁化層（３）が反磁場ＨD→を有し、これが前記磁化反転を引き起こす、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記面内磁化層（３）の反磁場ＨD→および異方性磁場ＨA→の周囲の前記磁化Ｍ→の減衰された歳差運動が、前記外部磁場Ｈex→が止んだ場合、前記磁化反転を完了する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記印加された外部磁場Ｈex→が、前記磁化Ｍ→が前記外部磁場Ｈex→の方向に整列する前に止められる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記外部磁場Ｈex→が、少なくとも４５°と１３５°の間の角度で、好ましくは前記磁化Ｍ→に対して少なくともほぼ垂直に印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記外部磁場Ｈex→が、ピコ秒の時間尺度、好ましくは１ｐｓと１０００ｐｓ未満の間で印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記磁化Ｍ→が、πの奇数の倍数で停止する回転を描く、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記外部磁場Ｈex→が、前記面内磁化層（３）の平面において印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
磁化Ｍ→を有する面内磁化媒体（３）における磁化反転のためのデバイスであって、外部磁場Ｈex→を、前記磁化Ｍ→が前記外部磁場Ｈex→の周囲で歳差運動し、前記磁化反転が終了する前に前記外部磁場Ｈex→が止められるように印加するための磁場生成器（６）を含むデバイス。
【請求項１１】
データを格納するための面内磁化媒体（３）であって、その磁化Ｍ→を前記面内磁化媒体（３）の少なくとも１つの領域において反転することができ、これは、外部磁場Ｈex→を、前記磁化Ｍ→が前記外部磁場Ｈex→の周囲で歳差運動し、前記磁化反転が終了する前に前記外部磁場Ｈex→が止められるように印加することによる、面内磁化媒体。
【請求項１２】
結晶粒などのナノ粒子を含み、１／３と１の間で好ましくは１に近い反磁場係数、および、適合された減衰定数αを有する、請求項１１に記載の面内磁化媒体。
【請求項１３】
可撓性ディスク、ハード・ディスク、またはテープの一部である、請求項１１および１２に記載の面内磁化媒体。
【請求項１４】
磁気記録のためのシステムであって、磁化Ｍ→を有する面内磁化層（３）、および、外部磁場Ｈex→を、前記磁化Ｍ→が前記外部磁場Ｈex→の周囲で歳差運動し、前記磁化反転が終了する前に前記外部磁場Ｈex→が止められるように印加するための磁気記録ヘッド（５）を含むシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の磁気記録のためのシステムを含む、磁気記憶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小さい印加磁場による超高速磁化反転のための方法に関する。より詳細には、本発明は磁気記録に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁化反転は、電子変換または磁気記録など、我々の文明の重要な技術の下にある基本的な処理である。今日実施されているような従来の磁化反転では、反転磁場が磁化方向に対して逆平行に印加される。したがって、反転速度が、ナノ秒レベルである時間尺度に制限される。
【０００３】
磁気記録は学際的な分野であり、物理学、材料科学、情報伝達学、および機械工学が含まれる。磁気記録の物理学には、調査用磁気ヘッド、記録媒体、および、情報をヘッドと媒体の間で転送する処理が含まれる。
【０００４】
多数の磁気記録システムが知られており、これらはデータを記録かつ格納するために適合可能である。従来のシステムは、磁気記録媒体の表面上の磁化パターンを使用する。磁性媒体は磁化方向または予備磁化を有しており、それにより、磁化のパターンが、単一トラックまたはいくつかの平行トラックの長さに沿って形成される。媒体は、非磁性の基板上に支持された磁性層の形式である。記録または書き込みは、媒体と、記録ヘッドとも呼ばれる記録変換器の間で、相対動作を引き起こすことによって行われる。一般に、記録ヘッドは、リング形状の電磁石であり、媒体に面した表面にギャップを有する。ヘッドに、記録される信号を表す書き込み電流が供給されたとき、ギャップからの縁をなす（フリンジング）磁場が媒体をそれぞれ磁化する。記録された磁化が、上述のパターンを作成し、これが、もっとも単純な場合、一連の連続した棒磁石である。「１ビット」が電流の極性における変化に対応し、「０ビット」が書き込み電流の極性において変化がないことに対応する。したがって、移動中のディスクは、正電流では「＋」方向に磁化され、負電流では「−」方向に磁化される。すなわち、格納された「１」は、そこまでは磁化方向における反転がディスク上で起こることを示し、「０」が「１」の間に存在する。
【０００５】
様々な磁性媒体が、数年間に渡って磁気記録用に使用されてきた。しかし、最新の磁性媒体は、非磁性の基板によって支持された強磁性材料の薄層を使用する。磁性層を、ポリマー・マトリクスにおける磁性粒子で形成することができる。別法として、この層を、真空蒸着金属または酸化膜にすることができる。薄い磁性層の使用により、基板として多数の可能な構成を実現する。磁性媒体は、「ハード」および「ソフト」の媒体に区別される。ハードの媒体は、永久的に磁化されるために大きい印加磁場を必要とする。磁化された後、大きい磁場が、磁化を反転して材料を消去するために必要とされる。このような媒体は、大きい飽和状態および高い保磁力を有しており、コンピュータのデータ記憶装置などの応用例に適している。他方では、ソフトの媒体は、磁化されるために相対的に低い磁場を必要とする。これらの材料は、オーディオ記録などの応用例により適している。媒体の選択は、磁化が媒体上で記録される方法に影響を与える。これは、記録された磁化の方向が、使用された媒体の磁気異方性によって強い影響を受けるからである。したがって、記録において異なる技術が存在し、たとえば、磁化方向がトラックの長さに沿った方向となる水平記録、または、媒体が垂直異方性を示す垂直記録がある。水平の向きの針形状の粒子を有する媒体は、水平方向においてより高い残留磁化を有する傾向があり、したがって、水平記録に好都合である。次いで、この水平の向きを、適切なヘッド設計、たとえば、リング・ヘッドによって支持することができ、これは水平の磁場を増進する。水平記録は、今日もっともよく適用され、使用されている技術である。それにも関わらず、媒体を、膜の平面に対して垂直に構成することもできる。このような媒体は、垂直方向においてより高い残留磁化を有しており、したがって、垂直記録に好都合である。この垂直の向きを、ヘッド設計、たとえば、シングルポール型ヘッドによって支持することができ、これは垂直の磁場を増進する。垂直記録媒体は一般に、水平媒体より安定した高密度記録パターンを支持するものとして認識されている。
【０００６】
米国特許第５，２６８，７９９号は、磁気記録および再生ヘッドに関し、これは、信号を、垂直に磁化可能な膜を有する磁気記録媒体に記録し、それから信号を再生する。磁気記録および再生ヘッドは、ソフト磁性材料の細長い針を含む磁気検知セクション、および、細長い針の周りに巻き付けられ、細長い針を磁化して信号を磁気記録媒体上に記録するための励磁コイルを含む。記録された信号を再生するため、高周波電気エネルギーが磁気検知セクションに印加されて、反射波が生成され、反射波において、磁気記録媒体上に記録された信号によって生成された漏洩磁場によって引き起こされた変化が、記録された信号を表すものとして検出される。
【０００７】
C. H. Back他は、その論文「Magnetization Reversal in Ultrashort Magnetic Field Pulses」, Physical Review Letters, Vol. 81,3251（１９９８年）において、垂直磁化Ｃｏ／Ｐｔ膜における磁化反転を研究するための実験を記載しており、これにより、短いが強力な磁場パルスが使用される。印加された磁場パルスは大変強力であり、したがって、磁気記録には適していない。さらに、磁気記録ヘッドは、このような強力で高エネルギーのパルスを生成することができない。
【０００８】
今日のコンピュータは、データを磁気ディスク上に、２進数すなわちビットの形式で格納する。このようなディスクが回転中であるとき、データがディスク・ドライブに伝送され、対応する時間系列の２進の「１」および「０」の数字すなわちビットにおいて処理される。今日の典型的なデータ転送速度は、約３０ＭＢ／秒である。これは、記録のための４ｎｓ持続時間の磁場パルスに相当する。現在の技術は、逆平行の磁場または磁場パルスを、磁化方向を反転するために印加する。
【０００９】
格納しなければならないデータの量が劇的に増大しているので、記録処理におけるより高速な動作の必要性がある。したがって、データ格納システムの動作速度が増大し続けている。今日のシステムにはいくつかの欠点が見られ、たとえば、速度が物理的に制限されており、よって、新しい世代に適していない。従来の技術では、反転速度がナノ秒の時間尺度である。したがって、はるかにより高速な技術が必要とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一目的は、従来技術の欠点を克服することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、高速データ転送記録のための概念を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、超高速磁化反転を実行する方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、超高速磁気記録のための方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、超高速磁気記録のためのデバイス、媒体およびシステムを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、付属の特許請求の範囲の特徴によって達成される。様々な修正および改良は、従属請求項に含まれる。
【００１６】
本発明の下にある概念は、磁化を有する面内磁化層における超高速磁化反転に関する。超高速磁化反転を達成するために、小さく短い外部磁場または磁場パルスが、層の磁化に対してほぼ垂直に印加され、磁化が外部磁場の周囲で歳差運動（プロセス）するようにする。外部磁場は、歳差運動（プロセッション）が磁化反転を実施するために十分になるまでしか維持されず、これは、もっとも単純な場合、磁化が面外へ約２０°回転するまでという意味である。次いで、層の反磁場および異方性磁場の組合せが、反転処理を完了し、磁化を逆方向に向ける。磁化は、外部磁場なしで逆方向に向く。さらに、外部磁場を維持することができ、それにより磁化がしばらくの間平面の周囲を回転し、スイッチをオフにして、磁化の回転が、好ましくは逆平行または逆方向においてπの倍数で停止するようにすることができ、これはπの奇数の倍数を意味する。他方では、外部磁場を、磁化のその方向への緩和を回避するために十分短くするべきである。一軸の面内磁化層では、磁化が、２つの安定状態を平面において示し、これは平行または逆平行のいずれかである。
【００１７】
外部磁場は、層の面内異方性磁場に匹敵し、磁化またはスピンにおいて最大トルクを働かせるために磁場が磁化に対してほぼ直角で印加されることを条件として、磁化を反転するために十分である。この事実は、小さい磁場で、磁化反転を誘導するために十分であるという利点を示し、これにより、前記磁場の作成にはより少ないエネルギーで十分である。
【００１８】
本発明の１つの利点は、はるかに高速な磁化反転を達成できることであり、これは、反転の時間について基本的な制限が存在しないと思われるからである。この超高速磁化反転を、たとえば、磁気記録に利用することができる。３０ＭＢ／秒よりはるかに高速な、高速データ転送記録が実行可能になり、増大し続けるデータ量を格納することができる。本発明は、決定的にデータ格納の技術を改良し、水平記録または垂直記録に利用することができる。
【００１９】
外部磁場をある角度で印加し、最大トルクが磁化に作用するようにしたとき、超高速磁性反転の物理的効果を最良に活用できるという利点が生じる。これは、外部磁場が磁化に対して本質的に垂直に印加された場合、達成することができる。
【００２０】
外部磁場を磁化に対して４５°と１３５°の間の角度で印加することができた場合も有利であり、これは、外部磁場を厳密に整列させる必要がないからである。
【００２１】
印加された外部磁場が、面内磁化層の磁気異方性磁場より強力であり、これが特に、超高速磁性反転処理を誘導するために外部磁場を磁気異方性よりわずかに強力にする必要しかないことを意味した場合、超高速磁性反転処理を、相対的に弱い外部磁場によって開始できるという利点が生じる。この磁場は、多くの電力を必要としないデバイスまたは記録ヘッドによって作成可能であり、すなわち、格納システムの電力消費を低レベルに保持することができる。これは、バッテリを使用するポータブル・コンピュータにとって、本質的に有利である。
【００２２】
印加された外部磁場が、磁化が外部磁場の方向に整列する前に止められたとき、本発明によって、磁化が、印加された外部磁場の方向ではなく逆方向に向くという利点が生じる。
【００２３】
印加された外部磁場が小さい磁場振幅を有した場合、有利である。外部磁場が、磁化を平面から上げるためにのみ使用され、磁化の垂直成分が反磁場を起こすので、次いで、層の反磁場および異方性磁場の周囲の後続の減衰された歳差運動が、反転処理を完了する。実際には、磁化反転に必要な外部磁場をそのように小さくするものは、反磁場である。したがって、すでに少ない電力で、このような外部磁場を作成するには十分であり、さらに、記憶媒体上の隣接範囲が外部磁場によって混乱されず、あるいは影響を受けない。Ｃｏ膜では、実験において示し、以下に記載するように、２ｐｓのパルス長で１８５ｋＡ／ｍ未満の磁場振幅（半分の振幅で半分の幅）で十分である。
【００２４】
外部磁場が、ピコ秒の時間尺度、たとえば、１ｐｓと１０００ｐｓの間で印加されたとき、次いで、記録処理を超高速にすることができ、それにより、最適な磁化反転結果を達成できるという利点が生じる。したがって、はるかにより大きいデータまたははるかに大量のデータを記録かつ格納することができる。たとえば、記録ヘッドの一部として、適切に設計された磁場生成器で、このような短い磁場またはパルスを生成できるものを、使用するべきである。
【００２５】
一軸の面内磁化層の磁化は、２つの安定状態を有しており、すなわち、磁化が平面において、ある方向すなわち平行に向けられるか、あるいは、逆方向すなわち逆平行に向けられる。したがって、磁化の回転は、外部磁場が止められた後、πの倍数で、あるいは、平面の２方向のうちの一方において停止する。
【００２６】
層の反磁場および異方性磁場の周囲の磁化の歳差運動が、磁化反転を完了したとき、次いで、外部磁場を、全体の磁化反転処理が終了される前に止めることができるという利点が生じる。これはエネルギーの節約の助けとなり、記録速度を向上させ、これは、記録ヘッドを、磁化反転が誘導された後にすでにその次の位置へ移動させることができるからである。
【００２７】
外部磁場を、層の平面において、あるいは、平面に対して垂直に、印加することができる。これにより、外部磁場を様々な方向から使用可能であるという利点がもたらされる。もう１つの利点は、従来の記録ヘッドを約９０°の角度で使用できることであり、これは、記録ヘッドが、超高速磁化反転を誘導するために短い磁場または磁場パルスを作成できるように設計されることを条件とする。
【００２８】
面内磁化層がナノ粒子、たとえば、結晶粒、好ましくは等しい粒、または単一ドメイン粒子を含み、１に近い反磁場係数を有した場合、磁化方向を反転するために必要とされる磁場を減らすことができるので、有利である。あらゆる磁性材料が減衰定数αを示すので、層のための材料を、それが低い減衰定数αを示すように選択するべきである。さらに、減衰定数α、および、したがって層のための磁性材料を、それに応じて適合して、最良の結果を伴う超高速磁化反転を達成することができる。一般に、磁化、磁気異方性磁場、減衰定数、および、所与のパルス持続時間の外部磁場値に応じた、材料パラメータの組合せが、反転処理の効率的な機能を決定するものである。
【００２９】
基本的には、今日の記憶ディスク材料は超高速磁化反転に適しているが、材料科学における改良により、より適した超高速磁化反転用の材料が提供されるであろう。
【００３０】
面内磁化媒体または層を、可撓性ディスク、ハード・ディスク、テープ、または、データの記録および格納のためにその磁化を反転することができる他のいかなるデバイスの一部にもすることができる。
【００３１】
用語集
以下は、記載の理解を助けるための非公式の定義である。
【００３２】
Ｍ→は、磁化。スピンの整列を示す。
ＭSは、飽和磁化。たとえば、室温でのＣｏではＭｓ＝１．７Ｔ。
Ｈex→は、外部磁場。
ＨA→は、磁気異方性磁場。
ＨD→は、反磁場。
αは、減衰定数。
【外１】
0003639558.tif 000002
は、Ｍ→とＨ→の間の角度。
Θは、Ｍ→と層の平面の間の角度。
μ0は、真空の透磁率。
【００３３】
本発明を、以下の概略図を参照して、以下に詳細に記載する。
【００３４】
すべての図は、明確にするためのものであり、実際の寸法において図示されておらず、図示の寸法の間の関係も現実の尺度ではない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
一般に図を参照し、特に図１を参照して、本発明による超高速磁気記録のためのシステムの本質的な構造を、以下により詳細に記載する。
【００３６】
最初に、本発明によるいくつかの基礎を対象とする。今日実施されているような従来の磁化反転では、反転磁場が、磁化Ｍ→の方向に対して逆平行に印加される。対応する反転速度は、ナノ秒の時間尺度である。磁化反転を含む外部磁場Ｈex→が、磁化Ｍ→に対してほぼ垂直に印加された場合、本発明によれば、はるかにより短い反転時間が達成可能である。磁性層または膜では、反磁場ＨD→が、外部から印加された磁場Ｈex→が磁化反転を誘導するための助けとなる。したがって、磁場パルスＨex→とも呼ばれる、弱い磁場Ｈex→で、面内磁化層または膜において磁化Ｍ→を反転するために十分である。短い磁場パルスＨex→が、層の平面から磁化Ｍ→の歳差運動を引き起こしたとき、反磁場ＨD→が誘導され、これは層の表面に対して垂直に向いている。外部磁場パルスＨex→が終了されたとき、反磁場ＨD→および磁気異方性磁場ＨA→が持続し、反磁場ＨD→および磁気異方性磁場ＨA→の重なり合う部分の周囲の磁化Ｍ→の歳差運動が、磁化反転処理を完了する。この幾何形状では、磁化反転が、少数のピコ秒の持続時間の磁場パルスＨex→により誘導されるが、磁気異方性磁場ＨA→に匹敵する小さい磁場振幅を伴う。これらの磁場振幅は、十分に従来の薄膜記録ヘッドの範囲内である。
【００３７】
磁性反転処理を実証するために使用された磁性層は、厚さ２０ｎｍのＣｏから作成されている。２つのタイプのＣｏ層が使用され、その両方が、層の平面において一軸の異方性を示す。一方のＣｏ層を、以下でＣｏＩと呼び、４０℃でのスパッタ堆積によって、４０℃で堆積された１０ｎｍのＰｔ緩衝層上に成長させられたものであり、これは、５００℃で堆積された５ｎｍのＰｔ／０．５ｎｍのＦｅ緩衝層上で、ＭｇＯ（１１０）基板上に成長させられたものである。他方のＣｏ層を、以下でＣｏＩＩと呼び、これは、電子ビーム蒸着によって、同様にＭｇＯ（１１０）基板上の、３００℃の３０−ｎｍのＣｒ緩衝層上に生成されたものである。室温でのＣｏの飽和磁化は、ＭS＝１．７Ｔである。層の平面における一軸の異方性磁場ＨA→の強度は、磁気光学のカー効果を使用して決定された。この値はそれぞれ、ＣｏＩで１６８ｋＡ／ｍ、ＣｏＩＩで１６０ｋＡ／ｍである。
【００３８】
サンプル、すなわち、ＣｏＩ層およびＣｏＩＩ層が、電子束の使用により、２、３および４．４ｐｓの長さ（ガウス形の最大の半分で、半分の幅）の外部磁場Ｈex→にさらされた。その後、最初の磁化反転が約１８４ｋＡ／ｍの磁場Ｈex→に対応することが決定された。より大きい磁場に向かって、多数の反転が、たとえば、２２４、２６４、および３５２ｋＡ／ｍで生じた。磁化反転が最良に動作するのは、ほぼＨex→⊥Ｍ→の場合であり、すなわち、８０°と１００°の間の角度を有し、したがって、トルクＴ→＝Ｈex→×Ｍ→が最大に近い場合である。超高速磁化反転の時間について、基本的な制限はないように思われる。
【００３９】
従来の磁化反転では、トルクがゼロに等しい。この場合、反転処理によって誘導された角運動量を、フォノン格子によって吸収しなければならず、これは、格子と磁気システムの間のエネルギー変換率によって制御される処理である。したがって、スピン格子緩和時間は、従来の磁化反転のための適切な時間尺度である。
【００４０】
超高速磁化反転についての計算は、ランダウ−リフシッツ（Landau-Lifshitz）の方程式を個々の各粒子について使用することによって、実行することができる。
【数１】
0003639558.tif 000003
【００４１】
ランダウ−リフシッツ（Landau-Lifshitz）の方程式は、内部および外部の磁場の和の方向の周囲の磁化Ｍ→の歳差運動を仮定する。
【数２】
0003639558.tif 000004
【００４２】
ただし、γは、γ＝０．２２１２×１０6ｍ／Ａｓの公比であり、磁場方向への磁化Ｍ→の緩和は、減衰定数αによって記される。減衰定数αを小さくするべきであり、これは、層のために当てられた材料を、磁化反転処理について最適な結果を達成するために、設計かつ使用するべきであることを意味する。
【００４３】
物理的な観点から、超高速磁化反転の現象を、３ステップのモデルにおいて説明することができる。
【００４４】
磁場パルスＨex→中に、磁化Ｍ→は、層または膜の平面から出て磁場Ｈex→の周囲で歳差運動する。磁化Ｍ→が層の平面を離れるにつれて、有効な反磁場ＨD→が増大し、これは、Ｍ→と層の平面の間の角度Θが増大するから、すなわち、ＨD＝（ＭS／μ0）ｓｉｎΘであるからである。磁場Ｈex→が存在することを止めたとき、磁化Ｍ→は歳差運動を継続するが、このときはＨD→＋ＨA→の周囲で行う。磁化Ｍ→によって仮定された最大角度Θにより、磁化Ｍ→が反転するかどうか、および、多数の反転さえ起こる可能性があるかどうかを判断する。次いで、磁化Ｍ→が、２つの容易な磁化方向または状態のうちの１つに緩和する。この最後のステップを、低速にすることができる。
【００４５】
図１は、超高速磁化反転を使用した磁気記録のための構成の３次元の例示である。図１は、ディスク１の直方体形状の部分を示し、これはここでは、データを記録かつ格納するためのハード・ディスク１である。このディスク１は、基板２、および、その上に堆積された面内磁化層３または以下でショート層３と呼ばれるものを含む。層３は３つの領域を含み、これは、簡素にするため、観察者の観点に従って、前領域４ａ、中領域４ｂおよび後領域４ｃと命名される。各領域４ａ、４ｂおよび４ｃは、その磁化Ｍ→を有しており、それにより、前領域４ａおよび後領域４ｃの磁化Ｍ→が同じ方向に向けられるのに対して、中領域４ｂの磁化Ｍ→は逆方向に向けられる。
【００４６】
ディスク１上でわずかな距離を有し、特に中領域４ｂを渡って、磁気記録ヘッド５が配置される。この磁気記録ヘッド５は磁場生成器６を含み、これを、コイル７、本体８および電源９によって示す。磁場生成器６は、ここではリング・ヘッドであり、磁場Ｈex→がギャップ１０からの漏洩磁場である。たとえば、シングルポール型ヘッドなど、他のいかなるタイプの磁場生成器またはヘッドも、代わりに使用することができ、それにより、構成の変形例が可能である。磁場生成器６は、上で論理的に記載したように磁化反転を層３において誘導するために、短い磁場Ｈex→または磁場パルスＨex→をｙ方向において作成することができる。磁場パルスＨex→はピコ秒の時間尺度であり、好ましくは１ｐｓと１０００ｐｓの間で、層３の磁気異方性磁場ＨA→の強度よりわずかに強力である。
【００４７】
図１を見るとわかるように、外部磁場Ｈex→は磁場生成器６によって作成されており、これが、ディスク１の中領域４ｂを通って移動する。これにより、外部磁場Ｈex→が、平面において、層３の磁化Ｍ→に垂直に印加される。中領域４ｂにおける磁化反転が開始あるいは完了された後、磁気記録ヘッド５を、ディスク１を渡って次の記録位置へ移動させることができる。磁化反転を、以下の図を参照してより詳細に示す。
【００４８】
図２は、たとえば、図１の中央部４ｂ内に示したような、磁化Ｍ→の反転の３次元の例示である。これにより、単一スピンの整列移動が、様々な位置ＩないしＩＶで考察される。この移動を、３次元の座標系におけるグラフとして示し、これは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を含む。理解および簡素にするため、このグラフは、反転処理中の磁化ベクトルの動きを描き、磁化ベクトルの原点が、座標ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０の原点に配置される。外部磁場Ｈex→が印加される前に、磁化Ｍ→が正のｘ方向内に整列し、これは、その２つの安定状態のうちの１つである。この整列を、座標ｘ＝１、ｙ＝０、ｚ＝０によって描くことができ、それにより、以下で、磁化ベクトルの先端の座標を、簡素にするために［１，０，０］と示す。単一の成分ｘ、ｙ、ｚのコースを、時間に対して、図３、図４および図５でそれぞれ示す。図２においてグラフで示し、図示する位置ＩないしＩＶは、図３ないし図５において図示する位置ＩないしＩＶに対応する。
【００４９】
外部磁場Ｈex→は、図１のように磁場生成器６によって作成可能であり、本発明によって、磁化Ｍ→に対してほぼ垂直に印加される。これは、ここでは、外部磁場Ｈex→がｙ方向に印加されるという意味である。外部磁場Ｈex→は、平面ｘから磁化Ｍ→の歳差運動を引き起こす。位置Ｉおよび図２の［１，０，０］で開始して、グラフは、わずかな動きを同時に、正のｙ方向に示し、これを図５においてより詳細に示し、また、負のｚ方向に示し、これを図３においてより詳細に示す。位置ＩＩには、約２〜４ｐｓ後に到達する。この時点で、外部磁場Ｈex→が止められ、あるいは終了される。さらなるエネルギーまたは外部磁場Ｈex→を印加する必要はなく、これは、反磁場ＨD→および磁気異方性磁場ＨA→が持続し、反磁場ＨD→および磁気異方性磁場ＨA→の影響による磁化Ｍ→の歳差運動が、上述のように磁化反転処理を完了するからである。これにより、グラフは位置ＩＩＩを通過し、後に、磁化Ｍ→の方向が負のｘ方向に変化しており、ループを通過し、最終的には、座標［−１，０，０］を有する位置ＩＶに来て、磁化反転処理が完了する。上述のループの後、このグラフは、らせん状の移動を描いた後、最終的に位置ＩＶに到達する。位置ＩＶは第２の安定状態を示し、ここでは逆の位置である。
【００５０】
外部磁場Ｈex→が維持された場合、外部磁場Ｈex→の周囲、すなわちここではｙ方向の周囲の、磁化Ｍ→の回転を観察することができる。磁化Ｍ→の大きい回転角も、強力な外部磁場Ｈex→の使用によって達成することができる。成功した反転に鑑みて、磁化Ｍ→の回転が、πの奇数の倍数で停止する。一般に、磁化Ｍ→の数回転は、使用された材料の特性、特にその減衰定数α、外部磁場Ｈex→の強度および持続時間に応じて、磁化Ｍ→が磁場Ｈex→の方向に並ぶ前に可能であり、これは、これがより長い時間に渡って維持された場合である。したがって、超高速磁化反転処理を、それに応じて適合させることができる。
【００５１】
図３は、図２のｚ成分であり、ここではこれをＭｚと称して、より詳細に示す。図示の位置ＩないしＩＩＩは、図２のこれらの位置に対応する。図３のグラフを時間軸ｔ上に示し、蓄積する過渡振動を描き、これは約５００ｎｓ後にゼロに戻る。上述のように、位置Ｉが開始位置である。位置ＩＩで、外部磁場Ｈex→が止められ、これにより、この短い磁場利用で、磁化反転処理を誘導するために十分である。位置ＩＩＩは、グラフが、図２のようならせん状の移動を描く前の磁化反転を示す。
【００５２】
図４は、図２のｘ成分であり、これをＭｘと称して、より詳細に示す。図示の位置Ｉ、ＩＩＩおよびＩＶは、図２に示すこれらの位置に対応する。図４のグラフを、図３と同じ時間軸ｔ上に示し、正のｘ方向を示す位置Ｉから、負のｘ方向を示す位置ＩＶまでの磁化反転を描き、これにより、位置ＩＩＩでゼロの線を通過した後、グラフが、約３００ｐｓで位置ＩＶに到達するまで振動する。
【００５３】
図５は、図２のｙ成分であり、これをＭｙと称して、より詳細に示す。図示の位置ＩおよびＩＩＩは、図２のこれらの位置に対応する。図５のグラフを図３および図４と同じ時間軸ｔ上に示し、典型的な、蓄積する過渡振動を示す。グラフは位置Ｉで開始し、最高の正の振幅を示す位置ＩＩＩを通過し、さらに最高の負の振幅を通過して、曲線の振動がゼロに戻る。
【００５４】
図３ないし図５からわかるように、磁化反転が最終的には約５００ｐｓ後に完了するのに対し、磁化反転処理は約２〜４ｐｓ内で開始される。
【００５５】
上で示したように、磁化Ｍ→の数回転は、材料特性、外部磁場Ｈex→の強度および持続時間に応じて可能である。このような場合、図４が図５と類似するようになり、正および負の振幅が互い違いになる。単純な磁化反転が好ましく、それは、これが最速の反転であるからである。
【００５６】
外部磁場Ｈex→の強度が、スイッチをオフにする回数との組合せにおいて変更されることにおいて、この実施形態を変更することができる。さらに、面内磁化層の材料特性を、超高速磁化反転を支持するために適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による構成の３次元の例示を示す図である。
【図２】  本発明による磁化反転の３次元グラフを示す図である。
【図３】  図２のｚ成分をより詳細に示す図である。
【図４】  図２のｘ成分をより詳細に示す図である。
【図５】  図２のｙ成分をより詳細に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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