(57)【要約】【課題】高いデータ転送速度に対応し、十分な大きさのアシスト磁気記録が可能なスピントルク発振器を提供する。【解決手段】スピントルク発振器は積層スピン注入層と高周波磁界発生層を備え、積層スピン注入層は、高周波磁界発生層から見て遠い側から、第一の磁性層、結合層、第二の磁性層をこの順に積層した積層構造を有し、第一の磁性層と第二の磁性層の磁化が反平行に結合し、第二の磁性層は、主磁極からの漏洩磁界の磁界極性反転に時間的に先駆けて磁化の極性が反転する。【選択図】図１
2014032721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録磁界を発生させる主磁極と、スピントルク発振器とを有し、
前記スピントルク発振器は積層スピン注入層と高周波磁界発生層を備え、
前記積層スピン注入層は、前記高周波磁界発生層から見て遠い側から、第一の磁性層、結合層、第二の磁性層をこの順に積層した積層構造を有し、
前記第一の磁性層と前記第二の磁性層の磁化が反平行に結合し、
前記第二の磁性層は、前記主磁極からの漏洩磁界の磁界極性反転に時間的に先駆けて磁化の極性が反転することを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記第一の磁性層及び前記第二の磁性層は、膜積層面に垂直な方向に磁化容易軸をもつ垂直磁気異方性膜であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記第二の磁性層から前記高周波磁界発生層に向けて電流を印加することを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記垂直磁気異方性膜は、ＣｏとＰｔ又はＣｏとＰｄからなる合金膜、もしくは、ＣｏとＰｔ，ＣｏとＰｄ，又はＣｏとＮｉを交互に積層した多層膜であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項５】
記録磁界を発生させる主磁極と、スピントルク発振器とを有し、
前記スピントルク発振器は積層スピン注入層と高周波磁界発生層を備え、
前記積層スピン注入層は、前記高周波磁界発生層から見て遠い側から、第一の磁性層、結合層、第二の磁性層をこの順に積層した積層構造を有し、
前記第一の磁性層と前記第二の磁性層の磁化が反平行に結合し、
前記第一の磁性層の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ１×ｔ１、前記第二の磁性層の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ２×ｔ２とし、
結晶磁気異方性磁界と形状磁気異方性磁界の和を有効異方性磁界と定義し、前記第一の磁性層の有効異方性磁界をＨｋeff1、前記第二の磁性層の有効異方性磁界をＨｋeff2とするとき、次の関係を満たすことを特徴とする磁気記録ヘッド。
Ｂｓ１×ｔ１≧Ｂｓ２×ｔ２、かつ、Ｈｋeff1＞Ｈｋeff2
【請求項６】
請求項５に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記第一の磁性層及び前記第二の磁性層は、膜積層面に垂直な方向に磁化容易軸をもつ垂直磁気異方性膜であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項７】
請求項５に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記第二の磁性層から前記高周波磁界発生層に向けて電流を印加することを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項８】
請求項６に記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記垂直磁気異方性膜は、ＣｏとＰｔ又はＣｏとＰｄからなる合金膜、もしくは、ＣｏとＰｔ，ＣｏとＰｄ，又はＣｏとＮｉを交互に積層した多層膜であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項９】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
前記磁気記録媒体に対して記録動作を行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望トラックに位置付けるヘッド駆動部を有し、
前記磁気ヘッドは、記録磁界を発生させる主磁極と、スピントルク発振器とを有し、前記スピントルク発振器は積層スピン注入層と高周波磁界発生層を備え、前記積層スピン注入層は、前記高周波磁界発生層から見て遠い側から、第一の磁性層、結合層、第二の磁性層をこの順に積層した積層構造を有し、前記第一の磁性層と前記第二の磁性層の磁化が反平行に結合し、前記第二の磁性層は、前記主磁極からの漏洩磁界の磁界極性反転に時間的に先駆けて磁化の極性が反転する
ことを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高いデータ転送速度に対応し、十分な大きさのアシスト磁気記録が可能なスピントルク発振器及び磁気記録ヘッド、並びにその磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の再生ヘッドに用いられているＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）ヘッドや、スピン注入ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）など、スピンエレクトロニクス素子が情報技術の発展に大きな貢献をしている。このような、スピンエレクトロニクス素子の開発過程で、スピントルクを用いて磁性体を発振させ、マイクロ波を発生させるスピントルク発振器や、高周波電流を整流するスピントルクダイオード効果などが発見され、高周波の生成、検波、変調、増幅など、その応用の可能性は更なる広がりを見せている。特に、ＨＤＤへのスピントルク発振器の応用に関しては、将来の高記録密度を達成する手段として、大きな注目を浴びている。以下に、ＨＤＤの高記録密度化が直面する問題及び、それを解決し高記録密度を達成するための方法に関して、より詳細に背景を説明する。
【０００３】
ＨＤＤはその記録密度向上に伴い、年々、記録媒体のビットサイズは微細化が進んでいる。しかしながら、ビットサイズの微細化が進むにつれ、熱揺らぎによる記録状態の消失が懸念される。このような問題を解決し、将来の高密度記録での記録ビットを安定に維持するためには保磁力の大きな、すなわち磁気異方性の大きな、記録媒体を使用する必要があるが、保磁力の大きな記録媒体に記録を行うためには強い記録磁界が必要である。しかし実際には、記録ヘッドの狭小化及び、利用可能な磁性材料の制限により、記録磁界強度にも上限がある。このような理由により、記録媒体の保磁力は、記録ヘッドで発生可能な記録磁界の大きさによって制約される。このように、媒体の高い熱安定性と、記録しやすい保磁力という、相反する要求に応えるため、各種の補助手段を使って記録媒体の保磁力を記録時にのみ実効的に低くする記録手法が考案されており、磁気ヘッドとレーザなどの加熱手段を併用して記録を行う熱アシスト記録などがその代表である。
【０００４】
一方、記録ヘッドからの記録磁界に高周波磁界を併用することにより記録媒体の保磁力を局所的に低減させて記録を行うアイディアも存在する。例えば、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することにより情報を記録する技術が開示されている。このような高周波磁界と磁気ヘッド磁界との磁気共鳴を利用する記録手法（以降、マイクロ波アシスト記録という）では、磁気共鳴を利用するため、反転磁界の低減効果を得るには、媒体の異方性磁界に比例する、大きな高周波磁界を印加することが必要である。
【０００５】
近年になり、スピントルク発振器のように、スピントルクを用いた高周波磁界の発生原理が提案され、マイクロ波アシスト記録の可能性が現実的なものとなってきた。たとえば、非特許文献１には、外部からのバイアス磁界なしに発振するスピントルク発振器に関する計算結果が開示されている。また、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磁化が高速回転する磁化高速回転体（Field Generation Layer：ＦＧＬ）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生させ、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。さらに、非特許文献３には、ＦＧＬに近接する主磁極の漏洩磁界を利用してＦＧＬの回転方向を制御するスピントルク発振器が提示され、これにより、効率的に、媒体のマイクロ波アシスト磁化反転が実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４３５２７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】X. Zhu and J. G. Zhu, “Bias-Field-Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, P2670, VOL.42, NO.10 (2006)
【非特許文献２】J. G. Zhu and X. Zhu, “Microwave Assisted Magnetic Recording”, The Magnetic Recording Conference (TMRC) 2007 Paper B6 (2007)
【非特許文献３】J. Zhu and Y. Wang, “Microwave Assisted Magnetic Recording with Circular AC Field Generated by Spin Torque Transfer”, MMM Conference 2008 Paper GA-02(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
記録密度の向上に伴い、データ転送速度も高くなる。それに従い、主磁極の磁化極性反転速度も高くなり、１Ｔｂ／ｉｎ2を超える記録密度では、磁気記録ヘッドによる磁化の書き換え速度として、１ＧＨｚ以上の転送速度が必要であると考えられている。現状、マイクロ波アシスト記録用のスピントルク発振器としては、主磁極の磁化反転速度に追従してスピン注入層の磁化反転が起こる方式が効率的であると考えられているため、主磁極からの漏洩磁界と同期させて磁化反転させる必要のあるスピントルク発振器のスピン注入層は、その磁化反転速度が、主磁極の磁界の立ち上がり速度と合わせて約２００ｐｓ程度以内に収める必要があると考えられる。
【０００９】
特に、垂直磁化膜をスピン注入層に有するスピントルク発振器においては、垂直磁化膜の保磁力があるため、主磁極からの漏洩磁界極性が反転してから、さらに保磁力を超える漏洩磁界が発生するまで、スピン注入層の磁化反転が始動されず、その結果、主磁極の磁化反転に時間的に遅れてスピントルク発振器が発振可能な磁化状態になる。このような状況では、記録ビットに対して十分長い時間、アシスト磁気記録用の高周波磁界を照射することができないため、十分なアシスト磁気記録効果を得ることができない。
【００１０】
スピン注入層の磁化反転速度を向上させる手段として、スピン注入層に印加される主磁極からの漏洩磁界を大きくする、スピン注入層の磁気異方性を小さくする、反磁界を大きくする方法が考えられるが、主磁極からの漏洩磁界を用いて磁化反転させるという制約上、その漏洩磁界を無限大に大きくすることは難しく、おおよそ１５ｋＯｅ程度以内の漏洩磁界強度という制約の中で、高速な磁化反転が望まれる。また、スピン注入層の磁気異方性を小さくした場合には、スピントルク耐性が低下するため、スピントルク発振器のスピン注入層として機能しなくなる。
【００１１】
本発明の目的は、このような問題を解決し、十分にスピントルク耐性が高く、かつ、高速磁化反転に対応したスピン注入層を有するスピントルク発振器、磁気記録ヘッド、及び磁気記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、記録磁界を発生する主磁極と、スピントルク発振器を有する磁気記録ヘッドにおいて、スピントルク発振器が、積層スピン注入層と高周波磁界発生層を備える。積層スピン注入層は、高周波磁界発生層から見て遠い側から、第一の磁性層、結合中間層、第二の磁性層をこの順に積層した積層構造を有し、第一の磁性層と第二の磁性層の磁化が反平行に結合し、第二の磁性層は、主磁極からの漏洩磁界の磁界極性反転に時間的に先駆けて、磁化の極性が反転する。
【００１３】
積層スピン注入層を構成する第一の磁性層と第二の磁性層は、第一の磁性層の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ１×ｔ１、第二の磁性層の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ２×ｔ２とし、第一の磁性層の有効異方性磁界をＨｋeff1、第二の磁性層の有効異方性磁界をＨｋeff2とするとき、次の関係を満たすようにすればよい。
Ｂｓ１×ｔ１≧Ｂｓ２×ｔ２、かつ、Ｈｋeff1＞Ｈｋeff2
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層スピン注入層は、主磁極からの漏洩磁界の磁界極性反転に時間的に先駆けて磁化の極性が反転するため、１ＧＨｚを超える書き込み速度でも、従来に比べ数十ｐｓ程度長い時間、記録ビットに高周波磁界によるアシスト効果を及ぼすことが可能である。その結果、エラーレート向上が達成可能で、より高い記録密度を有する磁気記録を実現できる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による磁気記録ヘッドの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例１の構造で得られる磁化挙動を示した図である。
【図３】従来例の単層スピン注入層構造で得られる磁化挙動を示した図である。
【図４】本発明の実施例１の構造で得られる磁気抵抗効果曲線の図である。
【図５】従来例の単層スピン注入層構造で得られる磁気抵抗効果曲線の図である。
【図６】実施例１の構造で、高速磁化反転が得られる条件を示した図である。
【図７】Ｂｓ１×ｔ１＝Ｂｓ２×ｔ２の場合に、高速磁化反転が得られる条件を示した図である。
【図８】スピントルク発振器を搭載した磁気ヘッドの例を示す概略図である。
【図９】磁気記録再生装置の全体構成例を示す上面模式図である。
【図１０】磁気記録再生装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照しながら更に具体的に説明する。
【００１７】
〔実施例１〕
図１は、本発明による磁気記録ヘッドの一例を示す概略図であり、スピントルク発振器の部分を拡大して示した図である。
主磁極１の材料としては、高い記録磁界強度を確保するため、飽和磁束密度Ｂｓが２．４ＴのＣｏＦｅＮｉを用いた。下地層２からキャップ層８までの積層膜は、真空中で一括してスパッタ成膜した。以下、積層順に、用いた材料の説明を進める。
【００１８】
下地層２は、第一の磁性層３の垂直磁気異方性を発現させる材料であればよく、本実施例ではＰｔ（１０）を用いた。なお、（  ）内の数値は膜厚を表し、単位はナノメートルである。このほかにも、Ｃｒ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｃｕ，Ｐｔなどを用いることができる。下地層２の厚さは、主磁極１の結晶の連続性をリセットする、主磁極１と第一の磁性層３の磁気的な結合を抑制することが可能な厚さが必要で、少なくとも０．５ｎｍ以上必要である。また、下地層２の厚さを変化させることで、主磁極１と高周波磁界発生層（以下、発振層という）７の距離を調整することも可能で、その際は、発振層７からの高周波磁界と、主磁極１からの記録磁界を重ね合わせた磁界強度や勾配が最も効率的に媒体の磁化反転を促すように配置する。重ね合わせた磁界強度や勾配によって効率的にマイクロ波アシスト効果を発現させるためには、主磁極１と発振層７の距離が遠すぎると効率が落ちるため、下地層２の厚さは２０ｎｍ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
第一の磁性層３として、本実施例では、Ｃｏ（０．２）とＮｉ（０．４）を交互に１０回積層した人工格子薄膜を用いた。作製した垂直磁化膜は、膜面に対して垂直方向に１５ｋＯｅの磁気異方性を有し、飽和磁束密度は１．１Ｔ（８７５ｅｍｕ／ｃｃ）である。ここで、結晶磁気異方性磁界と形状磁気異方性磁界の和を有効異方性磁界と定義する。膜厚方向の反磁界（形状異方性）を考慮すると、第一の磁性層３の有効磁気異方性Ｈｋeff1はおおよそ４ｋＯｅである。この他にも、第一の磁性層３としては、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜に第三元素としてＰｔやＰｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、Ｃｏ／ＰｔやＣｏ／Ｐｄなどの多層積層膜など、垂直磁気異方性を有する材料を用いることが可能である。
【００２０】
その上に積層させる結合層４としては、第一の磁性層３と第二の磁性層５に反強磁性的な結合を発生させることの可能な材料を用いることが可能で、本実施例では、Ｒｕ（０．８）を用いた。この時、Ｒｕを介した反平行結合強度は、１ｅｒｇ／ｃｍ2であった。
【００２１】
Ｒｕを用いた場合は、最も大きな反平行結合強度が０．４ｎｍの膜厚の場合に得られ、その結合強度は４ｅｒｇ／ｃｍ2であった。Ｒｕを介した反平行結合強度が大きいと、第一の磁性層３と第二の磁性層５が、主磁極１からの漏洩磁界に対して相互に斜め方向を向くことでエネルギーのつり合いを取ろうとする振る舞いが見られ、第二の磁性層５がスピン注入層として所望の向きを向かないため、１８０度の高速磁化反転を期待する場合には、反平行結合強度は２ｅｒｇ／ｃｍ2以下に抑えることが望ましい。
【００２２】
結合層４の上に積層される第二の磁性層５として、本実施例では、Ｃｏ（０．３）とＮｉ（０．３）を交互に５回積層した人工格子薄膜を用いた。作製した垂直磁化膜は、膜面に対して垂直方向に１３ｋＯｅの磁気異方性を有し、飽和磁束密度は１．３Ｔ（１０３５ｅｍｕ／ｃｃ）である。膜厚方向の反磁界を考慮すると、第二の磁性層５の有効磁気異方性Ｈｋeff2は、おおよそ０ｋＯｅである。この他にも、第二の磁性層５としては、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜に第三元素としてＰｔやＰｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、Ｃｏ／ＰｔやＣｏ／Ｐｄなどの多層積層膜など、垂直磁気異方性を有する材料を用いることが可能である。
【００２３】
第二の磁性層５の上に積層されるスピン伝導層６としては、スピン拡散長の長い材料を用いることが可能で、本実施例ではＣｕ（３）を用いたが、その他にも、Ａｕ，Ａｇなどの金属材料を用いることができる。金属材料を用いた場合には、第二の磁性層５と発振層７が強磁性的に結合し一体の磁化挙動にならない範囲で薄膜化することが可能で、０．５ｎｍ以上あれば、磁気的な結合を十分小さくすることが可能である。また、各材料におけるスピン拡散長の範囲内で厚くすることも可能であるが、スピン注入効率を最も高めるには、出来る限り薄膜化した方が効率がよく、５ｎｍ以下に抑えることが望ましい。
【００２４】
また、ＴＭＲを利用したスピントルク発振器を構成することも可能であり、その場合には、スピン伝導層６として、Ａｌ−Ｏ，Ｍｇ−Ｏ，Ｚｎ−Ｏなど、大きなスピン依存トンネリング現象の期待できる絶縁層を形成することが望ましい。スピン伝導層６として絶縁層を用いた場合には、膜厚の増加に伴い指数関数的に素子抵抗が増加するため、大きな電流密度でスピン注入効率を高めようとする観点からは薄いほうが良く、絶縁層として機能する最低限の膜厚である０．４ｎｍから２ｎｍの間の範囲の膜厚を用いることが望ましい。
【００２５】
スピン伝導層６の上に積層される発振層７としては、Ｃｏ50Ｆｅ50（１０）を形成した。なお、材料の添え字は、その材料の組成をａｔ％で表記したものである。発振層７の材料としては、Ｃｏ50Ｆｅ50の他にも、その他の組成や材料を用いて比較的高Ｂｓな層を形成することも可能で、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ又はこれらを含む合金や、スピン注入効率の高い材料としてＣｏ−Ｆｅ−Ｇｅ，Ｃｏ−Ｍｎ−Ｇｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｌ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ，Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉなどのホイスラー合金とＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ又はこれらを含む合金を積層させることで高Ｂｓと高いスピン偏極率を両立させたような構造にしてもよい。更に、Ｃｏ／ＦｅやＣｏ／Ｉｒなどの負の垂直磁気異方性を示す材料でも良い。発振層７の膜厚は、高周波磁界強度を増加させるためには、高Ｂｓかつ厚膜である方がよいが、膜厚が厚くなるほど発振に必要な電流密度が増加し、また、膜厚方向の反磁界も低下するために、発振層磁化が膜面垂直方向を向きやすくなる。したがって、磁界強度と発振実現性を考慮すると、発振層７の膜厚は、３ｎｍから２０ｎｍの間の膜厚を使うことが望ましい。
【００２６】
発振層７の上に、キャップ層８として、本実施例ではＲｕ（３）を積層した。キャップ層８は、その上部に位置するトレーリングシールド９との磁気的な結合を遮断し、プロセス中のミリングダメージを防ぐために必要である。このような目的が満たされる材料として、Ｒｕ（３）の他にも、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｔａなどを用いることが可能である。
【００２７】
トレーリングシールド９は、主磁極１の磁界勾配を急峻にするために必要であるが、スピントルク発振器の高周波磁界強度が十分高い場合には、必ずしも必要ではない。
【００２８】
スピントルク発振器に流される電流は、第二の磁性層５から発振層７に向かうように流される。このとき、トレーリングシールド９から、キャップ層８、発振層７、スピン伝導層６、第二の磁性層５、結合層４、第一の磁性層３、下地層２、そして主磁極１を通って注入された電子は、スピン伝導層６と第二の磁性層５との界面で反射され、その反射された電子が発振層７にスピントルクを与える。この界面での反射では、第二の磁性層５における図１の矢印で示した磁化とのスピン相互作用により、第二の磁性層５の磁化と反平行にそろえるトルクとして、発振層７に供給される。このスピントルクと、ダンピングトルクがつり合った状態で発振が起こる。ダンピングトルクの大きさは、発振層７の膜面垂直方向の磁気異方性、主磁極１からトレーリングシールド９へと抜ける漏洩磁界の和で決定される。
【００２９】
図２に、本実施例で作製した材料パラメータを用いて、固定層磁化反転のシミュレーションを行った結果を示す。このシミュレーションでは、主磁極１からの漏洩磁界が、スピントルク発振器の膜面に垂直に一様に入ると仮定し、主磁極１からの漏洩磁界強度が、−１５ｋＯｅから＋１５ｋＯｅ、さらに−１５ｋＯｅに周期的に変化した際の、一周期分のスピン注入層の磁化の変化を、時系列を表す符号Ａ〜Ｆを併記して示している。
【００３０】
スピントルク発振器は、第二の磁性層５が主磁極１からの漏洩磁界と同方向に向いているときにスピントルク発振が起こる。Ａの磁化状態では定常発振をしていて、その後Ｂを通り過ぎたときに発振が停止し、主磁極１からの漏洩磁界の符号が反転する前に、第二の磁性層５の磁化反転が始動する。この際、第二の磁性層５の磁化反転速度が１００ｐｓで、主磁極の磁化の立ち上がり速度が２００ｐｓであるとすると、書き込み磁界強度が飽和する２０ｐｓ前には、スピントルク発振器が定常発振状態になり、アシスト磁気記録が可能になる。
【００３１】
比較例として、図３に、第一の磁性層３のみを固定層とした従来型のスピントルク発振器の磁化反転挙動を示す。このような固定層の場合は、主磁極からの漏洩磁界強度が＋４ｋＯｅに到達するまでスピン注入層の磁化反転が起こらないため、第一の磁性層３の磁化反転速度が第二の磁性層５の磁化反転速度と同等の１００ｐｓであるとした場合、スピントルク発振が定常発振状態になるときには、既に書き込み磁界強度が飽和してから３０ｐｓ程度経過している。
【００３２】
図２と図３から、本実施例で説明した構成を用いることで、従来の構成に比較して５０ｐｓ分、アシスト記録可能時間を長くすることが可能である。本実施例によると、書き込み磁界の立ち上がり時間によらず、必ず単層固定層に比べアシスト記録可能時間を長くすることが可能であり、その分だけエラーレートを向上可能である。
【００３３】
図４は、本実施例で作製したスピントルク発振器の磁気抵抗効果曲線を示す図である。図５は、第一の磁性層３のみをスピン注入層として用いた従来型のスピントルク発振器の磁気抵抗効果曲線を示す図である。併記したＡからＦの記号は、磁化の掃引順を示している。図４と図５を比べると、図４に示す本実施例の構成では、磁化曲線のＢからＣへの遷移中に磁気抵抗効果曲線の高抵抗部が観測されるのに対し、図５に示す従来構成では、主磁極からの漏洩磁界の符号が反転した後の、Ｃの状態で初めて磁気抵抗効果曲線の高抵抗部が観測される。このような違いから、本発明の効果を判別可能である。
【００３４】
図６は、第一の磁性層１の有効異方性磁界Ｈｋeff1と第二の磁性層５の有効異方性磁界Ｈｋeff2を変化させたとき、第二の磁性層５が、第一の磁性層３のみスピン注入層として用いた場合に比べ、時間的に早く反転したかどうかについてまとめた図である。“Ｏ”は、高速反転効果が得られた場合、“Ｘ”は、早く反転する効果が得られなかった場合を示す。本実施例では、第一の磁性層３の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ１×ｔ１＝６．６ｎｍＴ、第二の磁性層５の飽和磁束密度と膜厚との積をＢｓ２×ｔ２＝３．９ｎｍＴとした。また、結合層４の反強磁性結合強度Ｊを１ｅｒｇ／ｃｍ2とした。図６に示すように、本実施例では、Ｂｓ１×ｔ１≧Ｂｓ２×ｔ２、かつ、Ｈｋeff1＞Ｈｋeff2の範囲で、高速反転効果が得られている。
【００３５】
図７は、Ｂｓ１×ｔ１＝Ｂｓ２×ｔ２＝６．６ｎｍＴの場合、すなわち飽和磁束密度と膜厚の積が第一の磁性層と第二の磁性層とで等しい場合の図６に対応する図である。図６の場合と同様に、第一の磁性層１の有効異方性磁界Ｈｋeff1と第二の磁性層５の有効異方性磁界Ｈｋeff2を変化させたとき、第二の磁性層５が、第一の磁性層３のみスピン注入層として用いた場合に比べ、高速反転効果が得られた条件を調べたものである。結合層４の反強磁性結合強度Ｊは１ｅｒｇ／ｃｍ2である。第一の磁性層３と第二の磁性層５のＢｓ×ｔが同じ場合には、各々の磁化が相互に相対角を持ちながら磁化反転しやすいため、最も第二の磁性層５の高速磁化反転が起こりにくい状況であると考えられるが、このような状況でも、Ｈｋeff1＞Ｈｋeff2を満たす場合には、高速反転効果が得られている。
【００３６】
以上から、本実施例の構成では、Ｂｓ１×ｔ１≧Ｂｓ２×ｔ２、かつ、Ｈｋeff1＞Ｈｋeff2の範囲において、高速磁化反転効果が得られることがわかる。
【００３７】
〔実施例２〕
図８は、実施例１で説明したスピントルク発振器を搭載した磁気ヘッドの断面摸式図である。
磁気ヘッドは、記録ヘッド部と再生ヘッド部により構成されており、記録ヘッド部は、補助磁極２０６、主磁極１とトレーリングシールド９との間に配置されたスピントルク発振器２０１、主磁極１を励磁するコイル２０５等により構成される。記録磁界は主磁極１から発生される。再生ヘッド部は、下部シールド２０８と上部シールド２１０の間に配置された再生センサ２０７等により構成される。図示されてはいないが、コイル２０５の励磁電流や再生センサ２０７の駆動電流及びスピントルク発振器２０１への印加電流は、各々の構成要素毎に設けられた電流供給端子により供給される。
【００３８】
図８に示すように、トレーリングシールド９は素子高さ方向上方にて主磁極１の方へ延び、互いに磁気的な回路を構成している。ただし、素子高さ方向上方において電気的に絶縁されているものとする。その結果、主磁極１からスピントルク発振器２０１を介してトレーリングシールド９へ、直列の電気回路が形成されるため、主磁極１及びトレーリングシールド９に電極を接続することで、スピントルク発振器２０１へスピントルク発振に必要な電流を流すことが可能である。
【００３９】
〔実施例３〕
実施例２に示した磁気ヘッド、及び磁気記録媒体を組み込んで磁気記録再生装置を構成した。図９は本実施例の磁気記録再生装置の全体構成例を示す上面模式図であり、図１０は図９のＡ−Ａ′での断面摸式図である。
【００４０】
磁気記録媒体（磁気ディスク）１０１は回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転駆動される。図９には３枚の磁気ディスク、６本の磁気ヘッドを搭載した例について示したが、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。磁気記録媒体１０１は、円盤状をしており、その両面に記録層が形成されている。スライダ１０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向に移動し、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ュエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、スライダ１０２を磁気記録媒体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。ロータリアクチュエータ１０３によってアーム１０５を駆動することにより、スライダ１０２に搭載された磁気ヘッドは、磁気記録媒体１０１上の所望トラックに位置付けられる。
【００４１】
磁気ヘッドの各構成要素を駆動するための電流はＩＣアンプ１１３から配線１０８を介して供給される。記録ヘッド部に供給される記録信号や再生ヘッド部から検出される再生信号の処理は、リードライト用のチャネルＩＣ１１２により実行される。また、磁気記録再生装置全体の制御動作は、メモリ１１１に格納されたディスクコントロール用プログラムをプロセッサ１１０が実行することにより実現される。従って、本実施例の場合には、プロセッサ１１０とメモリ１１１とがいわゆるディスクコントローラを構成する。
【００４２】
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッド及びこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、充分な出力と、高い記録密度を示し、また動作の信頼性も良好であった。
【００４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  主磁極
２  下地層
３  第一の磁性層
４  結合層
５  第二の磁性層
６  スピン伝導層
７  発振層
８  キャップ層
９  トレーリングシールド
１００  モータ
１０１  記録媒体
１０２  スライダ
１０３  ロータリアクチュエータ
１０４  回転軸受け
１０５  アーム
１０６  サスペンション
１０８  配線
１１０  プロセッサ
１１１  メモリ
１１２  チャネルＩＣ
１１３  ＩＣアンプ
２０１  スピントルク発振器
２０５  コイル
２０６  補助磁極
２０７  再生センサ
２０８  下部シールド
２１０  上部シールド
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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