(57)【要約】【課題】  スピン蓄積磁気読取りセンサを提供する。【解決手段】  改善された信号強度及び効率を有するスピン蓄積磁気センサ。スピン蓄積磁気センサは、検出器構造体と、スピン注入構造体と、を有し、且つ、スピン注入構造体と検出器構造体との間において延在する非磁性導電層を有する。検出器構造は、第１自由層及び第２自由層を有し、第１自由層及び第２自由層は、非磁性導電層が第１自由層と第２自由層との間に延在すると共に第１自由層及び第２自由層が互いに磁気的に逆平行結合されるように配列されている。又、スピン注入構造体は、第１磁性層及び第２磁性層を含むことも可能であり、第１磁性層と第２磁性層との間には、導電層が延在し、且つ、第１磁性層は、ピン固定され、且つ、第２磁性層は、第１磁性層と逆平行結合される。【選択図】図３
2014120198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサであって、
エアベアリング表面近傍に配置された検出器構造体であって、互いに磁気的に逆平行結合された第１磁気自由層及び第２磁気自由層を含む検出器構造体と、
前記エアベアリング表面から離れるように配置されたスピン注入構造体と、
前記検出器構造体から前記スピン注入構造体まで延在する非磁性導電層と、
を有し、
前記非磁性導電層は、前記第１磁気自由層と前記第２磁気自由層との間を通過している磁気センサ。
【請求項２】
前記第１磁気自由層及び前記第２磁気自由層のそれぞれと接続された電圧検出器を更に有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記非磁性導電層と前記第１磁気自由層及び前記第２磁気自由層のそれぞれとの間に配置された非磁性電気絶縁障壁層を更に有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記スピン注入構造体は、磁気ピン固定層を含む請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記スピン注入構造体は、磁気ピン固定層と、反強磁性材料の層と交換結合された前記反強磁性材料の層と、を含む請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記スピン注入構造体は、磁気ピン固定層と、前記磁気ピン固定層と前記非磁性導電層との間において接続された電流源と、を有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１磁気自由層と前記第２磁気自由層との間において前記電圧検出器と直列に接続された電流源を更に有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１及び第２磁気自由層のそれぞれは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎを含む合金又は化合物、ＸＹ２Ｏ４を含む酸化物（ここで、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、Ｙは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＺｎのうちの１つである）、又はＨｅｕｓｌｅｒ合金を有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記非磁性電気絶縁障壁層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、及びＳｒＴｉＯ３のうちの１つ又は複数を有する請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
磁気センサであって、
エアベアリング表面近傍に配置された検出器構造体であって、第１磁気自由層及び第２磁気自由層を含む検出器構造体と、
前記エアベアリング表面から離れるように配置されると共に第１磁性層及び第２磁性層を有するスピン注入構造体であって、前記第１磁性層は磁気的にピン固定され、且つ、前記第２磁性層は前記第１磁性層と逆平行結合されている、スピン注入構造体と、
前記検出器構造体から前記スピン注入構造体まで延在する非磁性導電層であって、前記第１磁気自由層と前記第２磁気自由層との間、及び、前記スピン注入構造体の前記第１磁性層と前記第２磁性層との間を通過する非磁性導電層と、
を有する磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１磁気自由層及び前記第２磁気自由層のそれぞれと接続された電圧検出器と、
前記スピン注入構造体の前記第１磁性層及び前記第２磁性層のそれぞれと接続された電流源と、
を更に有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記非磁性導電層と前記第１磁気自由層及び前記第２磁気自由層のそれぞれとの間に配置されると共に、前記非磁性導電層と前記スピン注入構造体の前記第１磁性層及び前記第２磁性層のそれぞれとの間にも配置された非磁性電気絶縁障壁層を更に有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記スピン注入構造体の前記第１磁性層と交換結合された反強磁性材料の層を更に有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１磁気自由層と前記第２磁気自由層との間において前記電圧検出器と直列に接続された電流源を更に有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１及び第２磁気自由層のそれぞれ並びに前記スピン注入構造体の前記第１磁性層及び前記第２磁性層のそれぞれは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎを含む合金又は化合物、ＸＹ２Ｏ４を含む酸化物（ここで、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、Ｙは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＺｎのうちの１つである）、又はＨｅｕｓｌｅｒ合金を有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記非磁性電気絶縁障壁層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、及びＳｒＴｉＯ３のうちの１つ又は複数を有する請求項１２に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記非磁性導電層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＲｈのうちの１つ又は複数を、或いは、主成分としてＧａＡｓ、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、又はＲｅＯ３を有する導電性化合物を、有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記非磁性導電層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＲｈのうちの１つ又は複数を、或いは、主成分としてＧａＡｓ、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、又はＲｅＯ３を有する導電性化合物を、有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記反強磁性材料は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、及びＲｈＭｎのうちの１つ又は複数を有する請求項１３に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気データの記録に関し、且つ、更に詳しくは、磁気データ記録装置内において磁気信号を検出するスピン蓄積センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの心臓部には、磁気ディスクドライブと呼ばれる組立体が存在している。磁気ディスクドライブは、回転する磁気ディスクと、回転する磁気ディスクの表面に隣接した状態でサスペンションアームによって支持された書込み及び読取りヘッドと、サスペンションアームを運動させて読取り及び書込みヘッドを回転ディスク上の選択された円形トラックの上方に配置するアクチュエータと、を含む。読取り及び書込みヘッドは、エアベアリング表面（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ：ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接的に配置されている。サスペンションアームは、ディスクが回転していない際には、スライダをディスクの表面との接触状態に付勢するが、ディスクが回転する際には、回転するディスクによって空気が巻き上げられる。スライダがエアベアリングに載っている際に、書込み及び読取りヘッドを利用し、回転するディスクに磁気インプレッションを書き込み、且つ、回転するディスクから磁気インプレッションを読み取る。読取り及び書込みヘッドは、処理回路に接続されており、処理回路は、コンピュータプログラムに従って動作して書込み及び読取り機能を実現する。
【０００３】
書込みヘッドは、少なくとも１つのコイル、書込み磁極（write pole）、及び１つ又は複数のリターン磁極（return pole）を含む。電流がコイルを通じて流れた際に、その結果として得られる磁界により、磁束が書込み磁極を通じて流れ、その結果、書込み磁界が書込み磁極の先端から放出される。この磁界は、隣接する磁気ディスクの一部分を局所的に磁化して１ビットのデータを記録するのに十分なほどに強力である。次いで、書込み磁界は、磁気媒体の軟磁性の下層を通じて書込みヘッドのリターン磁極に戻る。
【０００４】
従来は、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサやＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサなどの磁気抵抗センサを利用して磁気媒体から磁気信号を読み取っている。磁気抵抗センサは、外部磁界に応答して変化する電気抵抗値を有する。隣接する磁気媒体から磁気データを読み取るために、この電気抵抗の変化を処理回路によって検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
データ保存量の増大に対する継続的に拡大するニーズに起因し、磁気データストレージ装置のデータ密度の継続的な向上が求められている。データ密度を増大させるための１つの方法は、媒体上に記録される磁気ビットのサイズ及び間隔を低減するというものである。センサは、一般に、磁気遮蔽体のペアの間に挟持されていることから、その間の間隔により、ビット長が決定され、ビット長は、ギャップ厚とも呼ばれる。ＧＭＲセンサやＴＭＲセンサなどのセンサは、磁気遮蔽体間に挟持されたすべてが相互に上下に形成された層の積層体として構築される。従って、このようなセンサ構造においては、遮蔽体間の間隔を低減する能力が制限されている。従って、小さな信号ノイズを有する強力な信号を依然として提供しつつ、ギャップ厚（即ち、ビット長）を大幅に低減することができるセンサ設計に対するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エアベアリング表面近傍に配置された検出器構造体を含む磁気センサを提供し、検出器構造体は、相互に磁気的に逆平行結合された第１磁気自由層及び第２磁気自由層を含み、且つ、エアベアリング表面から離れるように配置されたスピン注入構造体をも含む。非磁性導電層が検出器構造体からスピン注入構造体まで延在すると共に第１磁気自由層構造体と第２磁気自由層構造体との間を通過している。
【０００７】
更には、スピン注入構造体は、第１磁性層及び第２磁性層を含んでもよく、第１磁性層は、ピン固定され、且つ、第２磁性層は、第１磁性層と逆平行結合されている。
【０００８】
電流源を第１磁性層と第２磁性層との間においてスピン注入構造体と接続することが可能であり、且つ、電圧検出器を第１磁気自由層と第２磁気自由層との間において検出器構造体と接続することができる。更には、第２電流源を電圧検出器と直列に検出器構造体と接続することができる。
【０００９】
センサ構造体は、格段に改善された性能を有するスピン蓄積センサを提供する。スピン注入構造体内に第２磁気自由層を有すると共に第２磁性層をも有するセンサを提供することにより、センサ出力が大幅に改善され、且つ、センサ内のスピン電流の損失が回避される。
【００１０】
本発明のこれらの及びその他の特徴及び利点については、同一の参照符号によって同一の要素を示している添付図面との関連において好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することにより、明らかとなろう。
【００１１】
本発明の特性及び利点、並びに、好適な使用モードについて更に十分に理解するために、縮尺が正確ではない添付図面との関連において以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を実現しうるディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】スライダ上に形成された読取り及び書込みヘッドの側部断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるスピン蓄積センサの概略図である。
【図４】本発明の一代替実施形態によるスピン蓄積センサの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態によるスピン蓄積センサの概略図である。
【図６】磁界強度との関係におけるセンサの出力電圧を示すグラフである。
【図７】磁気スピン蓄積センサにおける出力電圧と非磁性導体層の厚さとの間の関係を示すグラフである。
【図８】比較を目的とした本発明を利用していないスピン蓄積センサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明は、本発明を実施するべく現時点において想定される最良の実施形態に関するものである。この説明は、本発明の一般的な原理を例示することを目的として提供されており、且つ、本明細書において特許請求されている発明の概念を限定することを意図したものではない。
【００１４】
まず、図１を参照すれば、本発明を実施したディスクドライブ１００が示されている。図１に示されているように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２が、スピンドル１１４上に支持されており、且つ、ディスク駆動モーター１１８によって回転する。それぞれのディスク上における磁気記録は、磁気ディスク１１２上における同心のデータトラックの環状パターンの形態を有する（図示されてはいない）。
【００１５】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２の近傍に位置決めされており、それぞれのスライダ１１３は、１つ又は複数の磁気ヘッド組立体１２１を支持している。磁気ディスクが回転するのに伴って、スライダ１１３は、望ましいデータが書き込まれている磁気ディスクの異なるトラックに磁気ヘッド組立体１２１がアクセスすることができるように、ディスク表面１２２の上方において半径方向を内側及び外側に運動する。それぞれのスライダ１１３は、サスペンション１１５を利用してアクチュエータアーム１１９に装着されている。サスペンション１１５は、ディスク表面１２２に対してスライダ１１３を付勢するわずかなスプリング力を提供している。それぞれのアクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に装着されている。図１に示されているアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモーター（Ｖｏｉｃｅ  Ｃｏｉｌ  Ｍｏｔｏｒ：ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、固定磁界内において運動可能なコイルを有しており、コイルの運動の方向及び速度は、コントローラ１２９によって供給されるモーター電流信号によって制御されている。
【００１６】
ディスクストレージシステムの動作の際には、磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間にエアベアリングが生成され、エアベアリングは、上向きの力又は揚力をスライダに対して作用させる。従って、エアベアリングは、サスペンション１１５のわずかなスプリング力を相殺し、且つ、正常動作の際には、小さな実質的に一定の間隔だけ、ディスク表面から離れた状態で、且つ、そのわずかに上方において、スライダ１１３を支持する。
【００１７】
ディスクストレージシステムの様々なコンポーネントは、動作の際に、アクセス制御信号や内部クロック信号などの制御ユニット１２９によって生成される制御信号によって制御される。通常、制御ユニット１２９は、論理制御回路、ストレージ手段、及びマイクロプロセッサを有する。制御ユニット１２９は、ライン１２３上の駆動モーター制御信号及びライン１２８上のヘッド位置及びシーク制御信号などの様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の望ましいデータトラックに最適に移動させると共に位置決めするための望ましい電流プロファイルを供給する。書込み及び読取り信号は、記録チャネル１２５を利用して書込み及び読取りヘッド１２１との間において伝達される。
【００１８】
図２は、スライダ１１３のトレーリング端部上に形成してもよい磁気ヘッド１２１の側部断面概略図を示している。磁気ヘッド１２１は、磁気読取りヘッド２０２と、磁気書込みヘッド２０４と、を含む。読取りヘッド２０２及び磁気書込みヘッド２０４は、非磁性電気絶縁スペーサ層２０６により、互いに分離することができる。磁気ヘッド１２１は、アルミナなどの電気絶縁保護層２０８内に埋め込むことができる。
【００１９】
読取りヘッド２０２は、第１磁気遮蔽体２１２と第２磁気遮蔽体２１４との間に挟持されたスピン蓄積センサ（spin accumulation sensor）２１０を含む。スピン蓄積センサ２１０については、後程、更に詳述することとする。書込みヘッド２０４は、図２の断面において示されている磁気書込み磁極２１６、磁気リターン磁極２１８、及び導電コイル２２０を含むヨーク構造体を含む。電流がコイル２２０を通じて流れた際に、磁束が磁極２１６、２１８を通じて流れ、この結果、書込み磁極２１６からの書込み磁界により、隣接する磁気媒体１１２上に磁気ビットが書き込まれる。この記録された磁気ビットは、後から読取りヘッド２０２によって読み取ることができる。
【００２０】
次に、図３を参照し、本発明の一実施形態によるスピン蓄積センサ３００について説明する。センサ３００は、出力電圧を検出する検出器３０２と、特定の均一な電子スピンの電子を非磁性導体３０６に注入する注入器３０４と、を含み、非磁性導体３０６は、スピン配向電子を蓄積する。非磁性導体３０６は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなどの材料から、或いは、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、又はＲｅＯ３を主成分として有する導電性化合物から、構築することができる。検出器３０２は、エアベアリング表面（ＡＢＳ）において又はこれに隣接した状態において配置される。注入器３０４は、好ましくは、図示のように、ＡＢＳから離れるように配置されており、且つ、非磁性導電層３０６が検出器３０２から注入器３０４まで延在している。
【００２１】
スピン注入器３０４は、１つの方向（好ましくは、エアベアリング表面ＡＢＳに対して垂直の方向）においてピン固定された磁化を有する導電性磁性層３０８を含む。ピン固定された磁性層３０８の磁化のピン固定は、ＩｒＭｎ又はＰｔＭｎ３１０などの反強磁性材料の層との交換結合によって実現することができる。但し、磁性層３０８の磁化のピン固定は、ラミネートされたフェリ構造体（ferri structure）として磁性層３０８を形成することによるか又はなんらかのその他の適切な方法によるなどのように、その他の手段によって同様に実現することもできる。
【００２２】
検出器３０２は、第１磁性導電層３１２と、第２磁性導電層３１４と、を含む。磁性導電層３１２、３１４は、いずれも、磁界に応答して自由に運動する磁化を有しており、且つ、従って、本明細書においては、第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４と呼称することができる。第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４は、好ましくは、ＡＢＳに対して平行な方向において偏向した磁化を有しているが、依然として、磁界に応答して運動することができる。更には、磁気自由層３１２、３１４は、磁気的に逆平行結合されることによって層３１２、３１４が互いに反対の（例えば、逆平行の）磁化を有するような厚さを有するように構築されている。第１磁気自由層３１２は、第１薄膜非磁性電気絶縁障壁層３１６により、非磁性導電層３０６から分離されており、且つ、第２磁気自由層３１４は、第２薄膜電気絶縁障壁層３１８により、非磁性導電層３０６から分離されている。
【００２３】
図３に概略的に示されているように、電圧検出器３２０が、第１磁気自由層３１２と第２磁気自由層３１４との間に接続されており、且つ、第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４、障壁層３１６、３１８、及び非磁性導体３１６に跨る電圧の変化（又は、電気抵抗値の関連する変化）を検出することができる。電流源３２２が、電流がピン固定磁性層３０８を通じて且つ非磁性導電層３０６内に流れるように、注入器３０４及び導体３０６と接続されている。ピン固定層３０８は、上述のように、ピン固定されたその磁化を有しているため、ピン固定層３０８を通過する電子は、ピン固定層３０８の磁性配向に基づいて分極された電子スピンを有することになる。これらのスピン分極電子は、非磁性導電層３０６を通過することが可能であり、且つ、その内部において蓄積することができる。
【００２４】
障壁層３１６、３１８のそれぞれを通って磁気自由層３１２、３１４のそれぞれに通過するスピン分極電子の能力は、それぞれの磁気自由層３１２、３１４の相対的な磁化の向きによって左右されることになる。第１自由層３１２の磁化がピン固定層３０８の磁化と緊密にアライメントされているほど、スピン配向電子は障壁層３１６を通過しやすくなる。同様に、第２自由層３１４の磁化がピン固定層３０８の磁化と緊密にアライメントされているほど、スピン配向電子は障壁層３１８を通って第２自由層３１４に通過しやすくなる。第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４の磁化は、自由に運動する一方において、互いに逆平行でもあることを思い起こされたい。従って、磁気媒体からのものなどの磁界の存在下において、第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４の磁化は、ＡＢＳに向かって又はこれから離れるように鋏様の方式で運動することになる。従って、この自由層３１２、３１４の磁化の運動は、電圧検出器３２０によって検出可能な電圧の変化を結果的にもたらす。
【００２５】
センサ３００は、スピン蓄積効果に基づいて動作しており、スピン蓄積効果とは、非磁性導電層３０６内におけるスピン分極電子の蓄積現象である。アップスピン電子とダウンスピン電子との間の密度差によって拡散が生じるため、非磁性導体内に保存されているスピン分極電子は、非磁性導体３０６内の電流を伴わないスピン電流を生成する。従って、電圧検出器３２０によって検出される電圧がスピン蓄積効果によって生成される。ピン固定磁性層３０８との関係における磁気自由層３１２、３１４の磁化の相対的な向きによって左右される電圧差ｄＶが検出器３０２内に生成される。この電圧差をスピン蓄積要素の出力電圧ｄＶと呼ぶ。出力電圧の計測方法は、通常、電圧検出器内における電流の流れを有していない非局所的電圧計測である。ｄＶを増大させる有効な方法は、スピン拡散長λを長くするというものであり、且つ、注入器３０４と検出器３０２との間の距離を低減するというものである。
【００２６】
スピン蓄積センサ３００の出力電圧ｄＶは、非磁性導体３０６を通じて検出器３０２に流入するスピン電流Ｉｓ１の大きさに比例している。比較を目的として、図８は、第１障壁層３１６と接続された１つの自由層のみを有する点を除いて、図３を参照して上述したものに類似したスピン蓄積センサ３００を示している。図８においては、電圧検出器は、層３１８及び自由層３１２接続されていることを観察することができる。スピン電流の一部分Ｉｓ１が自由層３１２を通じて移動する一方で、スピン電流の一部分Ｉｓ２が下部リード３０２に移動しており、これにより、電圧センサとの接続が可能になっていることを理解することができる。信号に寄与するのは、電流Ｉｓ１のみである。部分Ｉｓ２は、信号に寄与しておらず、且つ、従って、センサ３００の出力信号が低減される。放出器から非磁性導体３０６内に放出される合計スピン電流をＩｓ０と表記した場合に、下部リード３０２に対して失われる浪費されたスピン電流の量は、Ｉｓ２＝１／（１＋ｔＮ／ｈＭＲ）Ｉｓ０ｅｘｐ（−ｄ／λ）となり、ここで、ｔＮは、非磁性導体３０６の厚さであり、ｈＭＲは、スピン蓄積センサ３００の高さであり、ｄは、自由層３１６とピン固定層３０８との間の距離であり、且つ、λは、非磁性導体を構成する材料のスピン拡散長である。
【００２７】
ｔＮが小さくなると、非磁性導体３０６と自由層３１２の反対側のリード８０２との間の接点のスピン抵抗値は、自由層３１２と非磁性導体３０６との間のものよりも相対的に小さくなる。この結果、下部接点８０２に対して失われるスピン電流Ｉｓ２の量が増大し、且つ、センサ出力が減少する。
【００２８】
上述の本発明は、第２自由層３１４を含むことにより、この問題を克服している。図３に示されている実施形態においては、スピン電流Ｉｓ１及びＩｓ２は、いずれも、センサ３００の出力に寄与している。この結果、検出器３０２内の両方の自由層３１２、３１４の存在により、センサの効率及び有効性が大幅に改善されている。
【００２９】
磁気センサ３００においては、合計出力電圧は、Ｖ１＋Ｖ２となり、ここで、Ｖ１は、第１自由層３１２によって生成された出力電圧であり、且つ、Ｖ２は、第２自由層３１４によって生成された出力電圧であり、且つ、ここで、反対の極性を有する（上述の）第１磁気自由層３１２と第２磁気自由層３１４との間に電位差が得られる。第１自由層３１２と第２自由層３１４との磁気結合によって異方性磁界が増大するため、結果的に得られる信号の磁気ノイズは減少する。
【００３０】
図３を更に参照すれば、磁性ピン固定層３０８及び第１磁気自由層３１２及び第２磁気自由層３１４は、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｍｎを、或いは、主成分としてこれらの元素のうちの少なくとも１つを、含む合金又は化合物から構築することができる。又、磁性層３０８、３１２、３１４は、半金属Ｆｅ３Ｏ４によって代表されるＸＹ２Ｏ４（ここで、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、Ｙは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＺｎのうちの１つである）から構成された構造を有する酸化物から、ＣｒＯ２、ＣｒＡｓ、ＣｒＳｂ、又はＺｎＯ中にドーピングされた遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｎのうちの少なくとも１つの成分の化合物から、ＧａＮ中にドーピングされたＭｎの化合物から、又はＣ２ＤｘＥｘＦの形態を有するＨｅｕｓｌｅｒ合金（ここで、材料Ｃは、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＮｉのうちの少なくとも１つを含み、Ｄ及びＥは、Ｍｎ、Ｆｅ、及びＣｒのうちの少なくとも１つであってもよく、且つ、Ｆは、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、及びＳｎのうちの少なくとも１つである）から、構築することができる。このような材料の例には、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＯ、６ＦｅＯ、及び６Ｆｅ４Ａｌが含まれる。
【００３１】
薄膜非磁性電気絶縁障壁層３１６、３１８は、単一の薄膜であってもよく、或いは、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｚｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、及びＳｒＴｉＯ３のうちの少なくとも１つを含む複数の材料から構成されたラミネート薄膜であってもよい。ＡＦＭ層３１０は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＲｈＭｎなどでありうる。
【００３２】
図４は、センサ出力を更に増大させる本発明の別の実施形態を示している。図３を再度参照すれば、スピン電流の一部分Ｉｓ３が、電流源３２２に接続された接点３２４に流れて戻っていることを観察することができる。図４は、この失われるスピン電流Ｉｓ３を低減し、これにより、センサ４０２の効率を更に増大させるスピン蓄積４０２を示している。この目的のために、センサ４０２は、非磁性導体３０６及び層３１８、３１６に跨って注入器３０４の反対側にスピン反射器層４０４を含んでいる。この結果、電流源は、（非磁性導体３０６に対して直接的にではなく）注入器３０４とスピン反射器層４０４との間に接続されている。スピン反射器層４０４は、強磁性材料であり、且つ、その磁化がピン固定層３０８との交換結合を通じてピン固定層３０８のものとは逆平行になるような厚さを有する。
【００３３】
自由層３１２、３１４及びピン固定層３０８と同様に、層４０４も、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎを、又は主成分としてこれらの元素のうちの１つを、含む合金又は化合物から構築することができる。又、磁性層４０４は、半金属Ｆｅ３Ｏ４によって代表されるＸＹ２Ｏ４（ここで、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、Ｙは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＺｎのうちの１つである）から構成された構造を有する酸化物から、ＣｒＯ２、ＣｒＡｓ、ＣｒＳｂ、又はＺｎＯ中にドーピングされた遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｎのうちの少なくとも１つの成分の化合物から、ＧａＮ中にドーピングされたＭｎの化合物から、又はＣ２ＤｘＥｘＦの形態を有するＨｅｕｓｌｅｒ合金（ここで、材料Ｃは、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＮｉのうちの少なくとも１つを含み、Ｄ及びＥは、Ｍｎ、Ｆｅ、及びＣｒのうちの少なくとも１つであってもよく、且つ、Ｆは、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、及びＳｎのうちの少なくとも１つである）から、構築することができる。このような材料の例には、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＯ、６ＦｅＯ、及び６Ｆｅ４Ａｌが含まれる。
【００３４】
スピン電流の注入は、スピン反射器４０４から反強磁性層３１０への電流の流れから生成される。スピン反射器層４０４及びピン固定磁性層３０８の磁化は逆平行である（例えば、反対方向である）ため、ピン固定磁性層３０８からの注入によってのみならず、スピン反射層によっても反射が追加される。この理由から、層４０４は、第２ピン固定層と呼ぶことも可能であり、且つ、スピン電流Ｉｓ０に寄与しているために、注入器３０４の一部と見なすこともできる。従って、上述の実施形態は、検出器３０２とは反対側の端部におけるスピン電流Ｉｓ３の損失を伴っていたが、この実施形態は、このスピン電流の損失を防止するのみならず、層４０４によって寄与される更なるスピン電流を実際に追加している。
【００３５】
次に図５を参照し、本発明の別の実施形態について説明する。図５は、センサ５００が、検出器３０２を通じて電流を供給するために、電圧検出器３２０と直列に検出器３０２と接続された第２電流源５０２を含んでいることを除いて、図４を参照して上述したものに類似したスピン蓄積センサ５００を示している。このような電流源５０２を検出器回路内に有する効果については、図６のグラフを参照することによって理解することができる。図６において、６０２と表記されている破線は、追加の電流源５０２を有していないスピン蓄積センサの信号を示している。破線の信号は、（例えば、磁界がＡＢＳの内部に入る状態で又はこれらから外部に出る状態で検知されているかどうかに応じて）、磁気自由層３１２、３１４の磁化が磁性層３０８、４０４の磁化とより一致しているのか又は層３０８、４０４とより逆平行にアライメントされているのかに応じて、正の電圧信号と負の電圧信号との間において交互に変化していることを観察することができる。但し、図６において、実線６０４は、図５に示されているように検出器回路内に追加の電流源５０２を有するスピン蓄積センサからの信号を示している。この電流源の存在により、信号は、負にならないように（又は、垂直プレーン内において「０」のラインの同一の側に留まるように）、シフトされている。出力電圧は、検出器３０２内を流れる電流によってシフトさせることが可能であり、且つ、適切な出力電圧波形に対して調節することができる。この信号のシフトは、磁気データ記録システムにおける特定の信号処理用途において有益であろう。
【００３６】
図７は、様々な実施形態における非磁性導体３０６の厚さとの関係における出力電圧の関係を示している。ライン７０２は、図８を参照して上述したセンサ（例えば、第２自由層及び第２ピン固定層を有していないもの）の出力電圧を表している。ライン７０４は、図３を参照して上述したセンサ（例えば、第２磁気自由層３１４を有するが、第２ピン固定層を有していないもの）の出力電圧を表している。ライン６０６は、図４を参照して上述したセンサ（例えば、第２磁気自由層３１４を有すると共に第２ピン固定層４０４をも有するもの）の出力電圧を表している。
【００３７】
図８を参照して説明したセンサの場合には、出力電圧は、次のようになる。
【００３８】
ΔＶは、１／（ｔＮ＋ｈＭＲ）に正比例しており、ここで、ｔＮは、非磁性導体３０６の厚さであり、且つ、ｈＭＲは、センサ３００、４０２の高さである。
【００３９】
非磁性導体３０６が薄膜になると、出力電圧が増大する。但し、スピン電流から分岐する電流が、要素の高さよりも薄い非磁性導体３０６を有する領域内において、大きくなるため、相対的に薄い膜によって生じる出力電圧増大の効果は減少する。対照的に、図３及び図４を参照して説明した実施形態においては、スピン電流から分岐する電流がスピン反射層によって抑制されるため、出力電圧は、以下の式によって記述される。ここでは、出力電圧は、次のように表される。
ΔＶは、１／ｔＮに正比例する。
【００４０】
従って、非磁性導体３０６が要素の高さよりも薄い際にも、非磁性導体３０６を更に薄くすることにより、出力電圧を増大させることができる。
【００４１】
様々な実施形態について上述したが、これらは、限定ではなく、一例として提示されたものに過ぎないことを理解されたい。本発明の範囲内に含まれるその他の実施形態も、当業者には明らかとなろう。従って、本発明の広さ及び範囲は、上述の例示用の実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、添付の請求項及びその均等物に基づいてのみ規定される。
【符号の説明】
【００４２】
１００  ディスクドライブ
１１２  磁気ディスク
１１３  スライダ
１１４  スピンドル
１１５  サスペンション
１１８  ディスク駆動モーター
１１９  アクチュエータアーム
１２１  磁気ヘッド
１２２  ディスク表面
１２３  ライン
１２５  記録チャネル
１２７  アクチュエータ手段
１２８  ライン
１２９  制御ユニット
３００  磁気センサ
３０２  検出器
３０４  スピン注入構造体
３０６  非磁性導電層
３０８  ピン固定磁気層
３１０  反強磁性層
３１２  第１磁気自由層
３１４  第２磁気自由層
３１６、３１８  非磁性電気絶縁障壁層
３２０  電圧検出器
３２２  電流源
【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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