(57)【要約】【課題】  磁性体パターン構造をもつ磁気記録媒体の磁気特性の好適な測定方法を提供する。【解決手段】  非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を測定する方法において、象嵌された磁性体パターン周囲からの磁界計算を行う処理と、該磁界計算から求まる磁界強度から象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理とを具備し、該象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理において、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えた場合にはマイクロマグネティクス計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求め、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転モデル計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求める磁気記録媒体の測定方法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を測定する方法において、象嵌された磁性体パターン周囲からの磁界計算を行う処理と、該磁界計算から求まる磁界強度から象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理とを具備し、該象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理において、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えた場合にはマイクロマグネティクス計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求め、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転モデル計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求めることを特徴とする磁気記録媒体の測定方法。
【請求項２】
前記臨界長Ｗ（ｃｍ）は、象嵌された磁性体の磁気異方性定数Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）、交換スティッフネス定数Ａ（ｅｒｇ／ｃｍ）、飽和磁化Ｍｓ（ガウス）とした時に、ＣＧＳ単位で
【数１】
2006294130.tif 000013
のいずれか小さい方であることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を求める磁気記録媒体の測定装置において、動作を制御する制御手段と、制御手段よりの制御信号により該磁気記録媒体上の特定磁性体パターン位置に磁気記録を行い、該記録部分を再生する記録再生手段と、該記録再生手段において該磁気記録媒体に記録再生を試み、その際得られた記録磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを格納するデータ格納手段と、磁気記録媒体の解析演算を行う解析演算手段とを具備し、データ格納手段に格納された磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを再現する磁性体パターンの磁気特性を算出することで象嵌された磁性体パターンの磁気特性を求めることを特徴とする磁気媒体の測定装置。
【請求項４】
前記磁気記録媒体の解析演算を行う解析演算手段が、象嵌された磁性体パターン周囲からの磁界計算を行う処理と、該磁界計算から求まる磁界強度から象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理とを行い、該象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理において、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えた場合にはマイクロマグネティクス計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求め、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転モデル計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求めるる手段であることを特徴とする請求項３記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の測定方法および測定装置にかかわる。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気記録媒体のシミュレーション解析方法として非特許文献１に記載されている方法や非特許文献２に記載されている方法などが知られていた。これらは主に希土類ー遷移金属アモルファス状の連続磁気媒体や希土類の結晶粒界を有する磁気媒体の解析を行うために開発されたものである。一般に磁気記録媒体の挙動は、外部印加磁界や記録媒体自身の発生する静磁界相互作用、媒体の強磁性的性質からくる隣接磁化間の交換結合相互作用、媒体の結晶構造などから生じる磁気異方性相互作用などが複雑に絡み合ったものであるが、これらの相互作用を数値計算により評価し媒体内の磁化分布の挙動を計算することで磁気記録ピットの評価・解析が行われていた。
【０００３】
非特許文献１に記載の方法は、主として外部印加磁界や記録媒体自身の発生する静磁界相互作用を計算するものであり、記録ヘッド構成や媒体とヘッド位置などのシステム構成を含んだ解析が行われるという利点を持つ一方で、媒体内磁化が反転する様相は簡略化したモデルを用いていたため、媒体挙動に関する精度は低いものとなっていた。特に近年の磁気記録密度の高密度化に伴って百から数十ナノメートルの記録幅に対する磁気媒体の特性を解析するには交換結合相互作用の影響が大きく、これと他の相互作用のつりあいを正しく評価する必要性が生じてきた。
【０００４】
これに対して、非特許文献２に記載されている方法は通常マイクロマグネティクスと称される手法を用いて静磁界相互作用、交換結合相互作用、磁気異方性相互作用をおのおの計算するものであり、特に高密度記録の際に問題となる記録媒体の微小領域の挙動に対する精度は高いものとなっていた。しかしながら本手法では微小領域の計算を行うのに多くの計算時間を必要とするため、媒体全体の挙動評価を行うには膨大な時間が必要となり、実際の媒体評価を行う評価装置や解析装置に本解析手法を用いて磁気媒体の実用的な評価・解析を行うことは困難であった。
【０００５】
一方で新たな高密度磁気記録媒体として特許文献１や特許文献２に開示されている磁性体パターン構造をもつ記録媒体が提案されている。これらに開示された磁気記録媒体は非磁性体層に磁性体を象嵌したもので、象嵌された磁性体間に交換結合相互作用が働かないため孤立性が高い磁性体単位を形成する。開示されている磁性体単位は数十から百ナノメートル程度の大きさをとることができ、記録時にこの個々の磁性体単位を１つの記録ピットとして使用することで高密度記録が達成される。このような新規の磁気記録媒体に関しては、従来の媒体に比べ、個々の磁性体単位間に交換結合相互作用が働かないという特徴をもつため、好適な新たな評価・解析方法が必要となる。
【０００６】
特に、象嵌された微小な磁性体単位おのおのに対する磁気特性を個別に測定するのは、対象が微細な上に周囲の磁性体の影響を取り除くことが困難であり、そのなかでも磁性体の磁気異方性の大きさは媒体作成条件によりその値が数倍から数十倍も変動するため、作成された磁気媒体の評価・解析を行う際に象嵌された磁性体単位の材料特性を簡便に評価する有効な手段が存在しなかった。
【特許文献１】特開２０００−２７７３３０号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９１３８号公報
【非特許文献１】“応用磁気学会誌”第１２巻、ｐ．１４１〜１４６、１９８８年
【非特許文献２】“Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”Ｄ、Ｖｏｌ．３３、ｐ．Ｒ１３５〜Ｒ１５６ページ、２０００年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように従来の連続媒体、結晶粒界を有する磁性媒体に対する従来の解析方法は、簡易モデルを用いるため精度が落ちる、あるいはマイクロマグネティクス計算を用いるため多くの計算時間を必要とするため実用的な媒体評価装置や媒体解析装置にそのまま組み込むことが困難であった。
【０００８】
本発明の課題は、磁性体パターン構造をもつ磁気記録媒体の磁気特性の好適な測定方法および測定装置を提供することである。
さらに本発明の課題は、磁気記録媒体の測定に磁化挙動シミュレーションを組み込むことで、象嵌された微小な磁性体おのおのに対する磁気特性を測定する測定方法および測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明は、非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を測定する方法において、象嵌された磁性体パターン周囲からの磁界計算を行う処理と、該磁界計算から求まる磁界強度から象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理とを具備し、該象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理において、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えた場合にはマイクロマグネティクス計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求め、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転モデル計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求めることを特徴とする磁気記録媒体の測定方法である。
【００１０】
前記臨界長Ｗ（ｃｍ）は、象嵌された磁性体の磁気異方性定数Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）、交換スティッフネス定数Ａ（ｅｒｇ／ｃｍ）、飽和磁化Ｍｓ（ガウス）とした時に、ＣＧＳ単位で
【００１１】
【数１】
2006294130.tif 000002
【００１２】
のいずれか小さい方であることを特徴とする。
また、本発明は、非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を求める磁気記録媒体の測定装置において、動作を制御する制御手段と、制御手段よりの制御信号により該磁気記録媒体上の特定磁性体パターン位置に磁気記録を行い、該記録部分を再生する記録再生手段と、該記録再生手段において該磁気記録媒体に記録再生を試み、その際得られた記録磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを格納するデータ格納手段と、磁気記録媒体の解析演算を行う解析演算手段とを具備し、データ格納手段に格納された磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを再現する磁性体パターンの磁気特性を算出することで象嵌された磁性体パターンの磁気特性を求めることを特徴とする磁気媒体の測定装置である。
【００１３】
前記磁気記録媒体の解析演算を行う解析演算手段が、象嵌された磁性体パターン周囲からの磁界計算を行う処理と、該磁界計算から求まる磁界強度から象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理とを行い、該象嵌された磁性体パターンの磁化を求める処理において、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えた場合にはマイクロマグネティクス計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求め、該象嵌された磁性体パターンの大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転モデル計算により象嵌された磁性体パターンの磁化を求めるる手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体に対して、測定装置に組み込み実用的な速さで磁気媒体の記録特性がシミュレーションできる測定方法が提供される。また該測定方法を取り込んだ本発明の提供する測定装置により従来測定が困難であった象嵌された微細な磁性体パターンの個々の磁気特性の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
このような構成をとることにより本課題が解決される理由を以下に説明する。
パターン化された磁気記録媒体の記録ピットを構成する個々の磁性体単位は非磁性層で隔離されているため、磁性体単位間での交換結合相互作用は働かなく、媒体全体の記録ピットの挙動はこの磁性体単位を単位として考えればよい。一般に磁性体単位の内部の磁化分布は静磁界相互作用、交換結合相互作用、磁気異方性相互作用の均衡によってその挙動が決まる。しかしながら磁性体単位が微小になると交換結合相互作用の大きさが支配的になり、磁性体単位が一定の大きさ以下になると磁性体単位内の磁化がすべて同じ方向を向いて一斉にその挙動をともにすることが知られている。この大きさは磁性体単位を作る磁性材料の磁気特性、交換結合相互作用の大きさを示す交換スティッフネス定数Ａ（ｅｒｇ／ｃｍ）、異方性相互作用の大きさを示す異方性定数Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）、静磁界の大きさの指標となる飽和磁化Ｍｓ（ガウス）によってほぼ決定される。例えば丸善株式会社刊、飯田修一他編の「硬質磁性材料」の１７−１８ページ、および同４２ページには一斉挙動を示す大きさの限界を示す２種の条件が記載されている。
【００１６】
第一の条件は磁性体の大きさが
【００１７】
【数２】
2006294130.tif 000003
【００１８】
より小さい。
第二の条件は磁性体の大きさが
【００１９】
【数３】
2006294130.tif 000004
【００２０】
より小さい（いずれもＣＧＳ単位を用いる）。
第一の条件は磁化反転時に磁化分布がカーリングを起こさない条件であり、第二の条件は磁性体内に磁壁が生じない条件である。
【００２１】
よって第一条件できまる大きさ、第二の条件できまる大きさのうち小さいものを臨界長Ｗとすると、磁性体単位の大きさがＷ以下の場合はこの磁性体単位内に磁化は一斉挙動を示す。
【００２２】
交換結合相互作用の大きさを示す交換スティッフネス定数Ａ、異方性相互作用の大きさを示す異方性定数Ｋｕ、静磁界の大きさの指標となる飽和磁化Ｍｓは磁性材料の種類とその作成条件によって決定される媒体の設計条件であるとともに、製造後の媒体性能の基礎的な評価基準になる評価値でもある。
【００２３】
特にパターン化された磁気記録媒体の材料としてよく使用される遷移金属材料Ｆｅ，Ｃｏ，ＦｅＰｔなどでは臨界長Ｗは数ナノメートルから数百ナノメートルの範囲となり、高密度記録ピットの大きさと比較可能（Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）な範囲である。そのため磁気記録媒体の設計条件、作成条件により、記録ピットとして用いられる磁性体単位の大きさは臨界長Ｗを超える場合も、超えない場合もある。
【００２４】
磁性体単位の大きさが臨界長Ｗを超えない場合は、磁性体単位内の磁化がそろった一切挙動を示すため、各磁性体単位付近での静磁界とそろった磁化方向から記録ピットの挙動を求めてもその精度は十分に高く計算も容易で実用的な速度で媒体特性のシミュレーションが可能である。
【００２５】
磁性体単位の大きさが臨界長Ｗを超えた場合は磁性体単位内の磁化分布はマイクロマグネティクス計算をおこなわなければその予測精度が低いが、磁性体単位内のみのミクロマグネティクス計算を行うことにより磁性体単位付近で印加磁界と磁性体単位の平均磁化方向の関係を算出し、上記同様各磁性体単位付近での静磁界と平均磁化方向から記録ピットの挙動を求めることで精度よく記録ピットの挙動を計算できる。この場合、マイクロマグネティクス計算は微小な磁性体単位内のみで行えばよいので、従来の連続磁性媒体のように記録ピット近傍までもマイクロマグネティクス計算の対象としたり、粒界を有する磁性媒体のように粒界間の相互作用を考慮する必要がないため実用的な時間でシミュレーションを行うことができる。
【００２６】
さらに本発明の上記課題を解決するための測定装置は、非磁性材体層に磁性体パターンを象嵌してなる磁気記録媒体の磁気特性を評価する磁気媒体測定装置において、動作を制御する制御手段と、制御手段よりの制御信号により該磁気記録媒体上の特定磁性体パターン位置に磁気記録を行い、該記録部分を再生する記録再生手段と、該記録再生手段において該磁気記録媒体に記録再生を試み、その際得られた記録磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを格納するデータ格納手段と、上記の磁気記録媒体測定方法に基づく解析演算を行う解析演算手段とを具備し、データ格納手段に格納された磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを再現する磁性体パターンの磁気特性を算出することで象嵌された磁性体パターンの磁気特性を測定する。
【００２７】
上記磁気媒体測定方法を用いることで、解析演算手段において実用的な速さで磁気媒体の記録特性がシミュレーションでき、記録再生手段を用いて得られた記録磁界閾値あるいは／ならびに記録特性データを再現する磁性体パターンの磁気特性を算出することができる。
【００２８】
これにより従来実測が困難であった象嵌された微細な磁性体パターンの個々の磁気特性を予測し、磁気媒体の測定が可能となる。
【実施例】
【００２９】
実施例１
図１に本発明の基づく磁気記録媒体測定方法の記録解析計算処理を示す。本処理は汎用のコンピュータを用いて行うこともできるし専用マイクロプロセッサ上で行うこともできる。
【００３０】
次に、図１にしたがって本発明に基づく解析方法の処理を説明する。
１は磁界計算部分であり記録媒体上での磁界を計算する。磁界の計算の対象は実際の磁性媒体構成に関して、また解析する記録、再生用磁気ヘッドならびに磁気シールドなど装置構成に対応した構成について行うことができる。
【００３１】
図２に本実施例の対象とする代表的な構成について示す。２１は記録ヘッド、２２は再生ヘッド、２３は磁気記録媒体である。磁界計算部分１では記録ヘッド２１で発生した磁界の磁気記録媒体２３上での磁界分布を計算する。計算は計算領域を分割することで、通常の磁界計算で用いられる有限要素法、または境界要素法を用いて行う。
【００３２】
さらに記録ヘッド２１は実際の測定手段に用いられる形状、材質をもちいて磁界発生用のコイルとヨークからなる構成で計算を行うこともできる。あるいは実際に用いられる記録ヘッドの発生磁界を測定し、この印加磁界を計算に用いることもできる。この場合には実際に磁界計算が簡略化され、より高速に全体の処理を行えると同時に測定を行う記録ヘッドの測定性能をもちいるため、一般に測定の精度が高くなるという利点を有する。
【００３３】
記録ヘッド２１で発生する磁界は数百Ｈｚから数百Ｈｚ程度の交播磁界とすることもできる。但し、後述の磁気記録媒体２３上での磁化反転計算では、磁化反転速度に対し磁気記録媒体２３上での磁界の変化速度が遅いため、静磁界として計算することが可能である。
【００３４】
図３に本実施例で対象とする磁気記録媒体２３の代表的な構成を示す。３１は主にＣｏ、Ｆｅ、ＦｅＰｔなどの遷移金属強磁性材料からなる磁性体単位、３２はアルミナなどの非磁性材料からなる非磁性基盤、３３はパーマロイなどからなる常磁性下地層である。磁性体単位３１は基盤３２上に規則的な配列をもって、磁気交換結合相互作用を分断された形で象嵌されている。磁性体単位３２は膜面垂直方向に磁気異方性をもち、主に記録媒体膜面垂直の上下方向に磁化の方向が向いている。磁性体単位３１は記録ピットの単位としてその磁化の主たる上下方向によって記録ピットの１、０を表現し記録を保持している。
【００３５】
以上のような構成を持つため磁気記録媒体２３上の磁化分布は磁性体単位３１に局在しており、さらに磁性体単位３１は磁気交換結合相互作用を分断されている。このため磁性体単位３１の磁化は孤立性が高く、主にその場所での磁界の方向・強度、および磁性体単位３１内での磁化分布自身と磁気異方性のみにより、個々の磁気記録媒体２３上ごとに解析をおこなえばよい。このため磁気記録媒体２３上の磁化分布としてはじめ、あらかじめ想定される記録情報ピットに応じて決められた磁性体単位３１ごとの磁化の主たる上下方向によって決まる磁性体単位３１ごとの磁化分布をもちいる。この磁性体単位３１ごとの磁化分布は初期値として周囲磁界が０の場合での磁化の主たる上下方向によって決まる磁化分布をもちいる。
【００３６】
磁界計算部分１では磁気ヘッド２１から発生し、あらかじめ想定される記録情報ピットに応じて配された磁性体単位３１の磁化分布と常磁性下地層３３からなる系について有限要素法、あるいは境界要素法を用いて計算される。磁性体単位３１の磁化分布をあらかじめ既知とした場合、この計算は従来の有限要素法あるいは境界要素法を用いた磁気解析方法で高速にかつ精度よく解法される。
【００３７】
図１中の２で磁化の反転判定を行う。
本発明にかかわる実施形態の特色の１つは、磁化の反転判定を磁性体単位３１ごとにかつ、磁性体単位３１の大きさによって異なる２通りの方法で行うことにある。
【００３８】
磁性体単位３１の大きさ、すなわち磁気記録媒体２３の膜厚方向の長さｄおよび磁気記録媒体２３の断面の最大特徴長さ、例えば磁性体単位３１の断面が円形の時はその直径Ｒ、楕円の時は楕円の長軸ａ、長方形の時にはその長辺Ｌなど断面の差し渡しの最大値Ｍがいずれも臨界長Ｗより小さい時にはモデル計算による一斉挙動の判定条件を課する。
【００３９】
一方、磁性体単位３１の大きさが臨界長Ｗより大きい時にはマイクロマグネティクス計算を行う非一斉挙動の判定条件を課する。
但し、臨界長Ｗ（ｃｍ）は磁性体単位３１を構成する磁性材料の磁気特性のうち、交換スティッフネス定数Ａ（ｅｒｇ／ｃｍ）、磁気異方性定数Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）、飽和磁化Ｍｓ（ガウス）を用いて、ＣＧＳ単位をもって計算される
【００４０】
【数４】
2006294130.tif 000005
【００４１】
の長さのうちの小さいものとする。
図１中の大きさ判定２０１で磁性体単位３１の大きさが臨界長Ｗを超えない場合には一斉反転判定２０２へ進み、臨界長Ｗを超えた場合には非一斉反転判定２０３へ進む。
【００４２】
一斉反転判定２０２では磁性体単位３１の大きさが小さく、磁性体単位３１の強い交換結合相互作用により磁性体単位３１内に磁化のすべてが同じ方向を向き、一斉に挙動を行うと考えてよいため、磁化の反転条件は簡単な一斉反転モデルを用いて行うことができる。このモデル計算は必要精度により近似の仕方を選択できるが簡単には、磁気異方性定数Ｋｕと飽和磁化ＭｓからＣＧＳ単位を用いて得られる臨界磁界
【００４３】
【数５】
2006294130.tif 000006
【００４４】
と磁界計算１によって求められた磁界分布から得られる該当する磁性体単位３１付近での磁界強度を比較することで、磁性体単位３１の磁化方向を判定することができる。具体的には磁界分布から得られる該当する磁性体単位３１付近での磁界方向が当初の磁性体単位３１の磁化方向と反対方向に、その強度が臨界磁界
【００４５】
【数６】
2006294130.tif 000007
【００４６】
を超えたときに磁化の方向を磁界方向に反転させ、磁界方向が当初の磁性体単位３１の磁化方向と同方向または磁界強度が臨界磁界
【００４７】
【数７】
2006294130.tif 000008
【００４８】
を超えない場合には磁性体単位３１の磁化方向を変えない。この場合は一斉反転判定２０２処理が高速に行われる。
またより精度の高い方法をとることで解析精度を上げることもできる。
一斉反転モデルでの磁化のエネルギーは
【００４９】
【数８】
2006294130.tif 000009
【００５０】
であらわされる。ここで
【００５１】
【数９】
2006294130.tif 000010
【００５２】
は磁気異方性軸の方向を表す単位ベクトルで、いまの場合は磁気記録媒体２３に垂直方向であり、
【００５３】
【数１０】
2006294130.tif 000011
【００５４】
は磁性体単位３１の磁化方向をあらわす単位ベクトル、
【００５５】
【数１１】
2006294130.tif 000012
【００５６】
は磁界計算１によって求められた磁界分布から得られる該当する磁性体単位３１付近での磁界をあらわすベクトルであり、・はベクトルの内積記号である。磁性体単位３１の安定な磁化方向はこの磁化のエネルギーが極小となる方向である。ここで与えられた磁界に対してＥは磁化方向の関数となる。そのため当初の磁性体単位３１の磁化方向を初期値としてこのエネルギー関数の極小を探索すれば安定な磁化方向が求まる。この関数の極小点の探索は通常の最小降下法や共役勾法を用いて数値的に求めればよい。この方法ではより精度の高い磁性体単位３１の磁化方向が求まる。
【００５７】
これらの方法で個々の磁性体単位３１の安定な磁化方向を求めたあと、その値を磁性体単位磁化分布設定２０４で設定する。
一斉反転の場合は磁性体単位３１内の磁化は、磁性体単位３１毎にすべて同じ方向を向いているため、磁性体単位３１毎に一様である。この磁化の値より磁性体単位磁化分布設定２０４で各磁性体単位３１の磁化分布を設定する。一斉反転判定２０２後の磁性体単位磁化分布設定２０４では各磁性体単位３１の磁化方向は一定であるため、一斉反転判定２０２できまった一様の磁化を分布させる。
【００５８】
非一斉反転判定２０３では磁性体単位３１の大きさが大きくなるため、マイクロマグネティクス計算を行う。マイクロマグネティクス計算の詳細は非特許文献２に詳しく記載されている。本発明の特徴は磁性体単位３１にマイクロマグネティクス計算を行うものであり、さらにいえばある磁性体単位３１に対して磁界計算部分１によって計算された磁界分布のうちその磁性体単位３１位置での磁界を外部磁界としてマイクロマグネティクス計算を行うことで、当該磁性体単位３１内での安定磁化分布を計算する。
【００５９】
マイクロマグネティクス計算では磁気交換結合相互作用、磁気異方性相互作用と静磁界の相互作用のつりあいから磁化分布をもとめるが、このうち静磁界の部分は磁性体単位３１内部の磁化分布自体から生じる自己反磁界と周囲の磁性体単位３１、磁気ヘッド２１の発生する磁界などによる外部静磁界部分からなる。このうち外部磁界部分に磁界計算部分１によって計算された磁界分布よりきまる磁界の値を用いる。磁界計算部分１で磁気ヘッド２１により発生する磁界を数百Ｈｚから数百Ｈｚ程度の交播磁界としたときにも磁化の安定状態への移動や反転の時間は一般にこれらの磁界変化に対して高速であるためここでのマイクロマグネティクス計算での外部磁界は静磁界としてよい。
【００６０】
一般にマイクロマグネティクス計算は大きな計算労力を必要とするため、マイクロマグネティクス計算を行う磁性体単位３１の個数は少ないことが望ましい。そのためマイクロマグネティクス計算を行う磁性体単位３１を、磁界計算部分１で求めた磁界分布で磁界強度が反転に関与しそうな一定値以上となるものに限ることができる。
【００６１】
さらに実際の系においては磁界計算部分１によって計算される磁界分布の磁界方向は媒体２３膜面にほぼ垂直であるため、外部磁界の方向を磁性体単位３１の磁気異方性方向にかぎり、磁界計算部分１によって計算される磁界分布の同方向成分のみを取り出した磁気異方性方向の外部磁界と近似することができる。さらに磁性体単位３１の大きさが小さい場合には磁性体単位３１毎に外部磁界の強度を一様とすることもできる。この場合には磁性体単位３１内の磁化分布はその初期値と外部磁界強度値によって一意に決まる。そのためあらかじめマイクロマグネティクス計算を行って、外部磁界強度値と磁性体単位３１内磁界分布の関係をもとめておき、磁界計算部分１によってきまる磁界分布の磁気媒体２３膜面の垂直成分によって所定の位置での磁性体単位３１内の磁界分布を決定することで計算量を大幅に減少することが可能となる。
【００６２】
さらにマイクロマグネティクス計算後の磁性体単位３１内の磁界分布をその平均値をもって代表させることも可能である。この場合にも外部磁界強度に対する磁化の反転の有無を調べるマイクロマグネティクス計算中は磁性体単位３１内の磁化は分布をもって計算されるため、反転の判断となる計算自体には精度の劣化がおきにくい。一方上記外部磁界強度値と磁性体単位３１内磁界分布の関係は、１つの外部磁界平均強度値と１つの磁性体単位３１内の平均磁界値との関係となり、これら両者の値間の関係を示すテーブルを作成しそれを利用することができる。あらかじめマイクロマグネティクス計算によってこのテーブルを計算しておき、このテーブルを参照して磁化の値を得ることができる。図４にこのようなマイクロマグネティクス計算結果の例をグラフで示す。図４（Ａ）は初期に磁性体単位３１内磁化がほぼ上方向を向いた状態から外部磁界をかけたときの磁化平均値の磁気異方性軸成分、図４（Ｂ）は初期に磁性体単位３１内磁化がほぼ下方向を向いた状態から外部磁界をかけたときの磁化平均値の磁気異方性軸成分であり、点が計算点をあらわす。横軸は外部磁化の大きさで磁気異方性軸上方向を正、縦軸が平均磁化の大きさである。おのおの絶対値がＨｃ以上の外部磁界で反転が生じている。
【００６３】
マイクロマグネティクス計算前の磁性体単位３１内磁化分布の平均値が上向きの時は図４Ａに対応したテーブルを、マイクロマグネティクス計算前の磁性体単位３１内磁化分布の平均値が下向きの時は図４Ｂに対応したテーブルを使用することで外部磁界印加後の磁化の値が求まる。磁界計算部分１によって計算される磁界分布より得られる所定の磁性体単位３１の中心位置での外部平均磁界強度値が計算されたテーブルの値の間にある時は、補間することでその磁性体単位３１の平均磁化をもとめればよい。このような構成をとることで外部磁界強度値と磁性体単位３１内磁界分布の関係が単純な数値のテーブルとして簡便に計算に利用でき、計算時のメモリ使用も少なく、計算時間を減少させることができる。
【００６４】
非一斉反転判定２０３で求まった磁化分布をおのおのの磁性体単位３１内磁化分布として磁性体単位磁化分布設定２０５で磁化分布を設定する。
その後収束判定３で収束しているか否かを判定する。収束しているときには処理を終了する。
【００６５】
収束していないときには磁化の反転判断２により新たに得られた磁化分布に対して磁界計算１以下の処理を繰り返す。磁界計算と磁化分布の更新が自己無矛盾になった場合には収束判定３で収束したと判定される。収束判定はたとえば、磁性体単位３１内の磁化の平均値が反転判断２前後で変動した変動量の二乗平均に対して所定の基準値との大小関係を判定すればよい。
【００６６】
このようにして図１の１から３の処理をまとめて磁化反転計算４が構成され、以上の処理で。磁気記録媒体２３上に配置された磁性体単位３１の磁化の方向、磁化分布が求められる。
【００６７】
さらに磁化反転計算４を異なる記録ヘッド位置と印加磁界で繰り返すことで、記録ヘッド２１によって記録される記録ピットの計算ができる。
図６にこの処理の流れを示す。記録ヘッド２１の移動速度と記録ヘッド２１への記録駆動電流に応じて、記録の各時間に対応して６１で記録ヘッド位置を設定し、６２で記録ヘッド２１で発生する記録印加磁界を設定する。この印加磁界と記録ヘッド位置に対して図１の１から３の磁化反転計算４を行うことで磁気記録媒体２３上に記録される記録ピットのパターンが計算できる。
【００６８】
その後、図７に示した再生計算によって上記で作成した記録ピットからの再生信号の計算ができる。
図７で７１は再生ヘッド２２の設定であり、上記の記録ピットパターンで計算した磁気記録媒体２３に対する再生ヘッドの位置を設定する。７２の磁界計算では磁気記録媒体２３上の磁性体単位３１の磁化分布の配置から発生する静磁界を計算する。静磁界は有限要素法、または境界要素法を用いて計算できる。この計算は図１にかかわる磁界計算１と同じアルゴリズムを用いて計算でき、具体的な実施においては同様の手段、あるいはプログラムを用いて異なる入力条件で計算処理を行えばよい。計算された磁界分布から再生ヘッド２２における磁界強度を算出する。再生ヘッド２２の構成は対象とする再生ヘッドにあわせて設定される。たとえば磁気シールド層を備え、磁気抵抗薄膜を軟磁性層、固定磁気層などではさんだ構成とすることができ、この構成で磁界計算７２を行い検出用磁気抵抗薄膜付近での磁界を算出すればよい。算出された磁界強度から磁気抵抗薄膜の検出特性を考慮して７３の再生信号を計算する。これを再生ヘッド２２の移動に対応してヘッド位置を設定しながら繰り返すことで再生出力信号波形が計算できる。
【００６９】
あるいは実際の再生ヘッドで印加磁界と出力特性を測定しておき、再生ヘッド２２位置での磁界分布から求めたその場所での磁界強度から再生信号計算７３を行うこともできる。この場合には磁気計算で得られた１つの磁界分布に対して再生ヘッドに応じてその位置での磁界の値を算出しさえばよく、計算を簡略化し全体の処理速度を向上させられる。いずれの場合も、求められる計算精度と実際の再生ヘッド構成に応じて計算コストパフォーマンスの良い計算構成をとることができる。
【００７０】
以上のように、図１に示した処理により磁気記録媒体２３上での各磁性体単位３１の磁化方向、磁化分布が求められ、さらにこれをもとに図６に示した処理により磁気記録媒体２３上での記録ピットパターンが得られ、さらにこの記録パターンに対して図７に示した処理により再生信号パターンまでを得ることができる。
【００７１】
実施例２
本発明にかかわる実施例２を図５を用いて説明する。
本実施例はディスク状の基盤上にパターン化された磁気記録媒体の記録ピットを構成する個々の磁性体単位が非磁性層で隔離されて構成されている磁気記録媒体の磁気異方性定数Ｋｕの評価を行う実施構成である。
【００７２】
磁性体単位を構成する磁性材料の磁気特性のうち特に磁気異方性定数Ｋｕは作成条件により大きくその値が変動することが知られており、とくに多くの磁性体単位間でばらつきが生じやすいとともに、個々の磁性体単位ごとにその値を測定することは困難である。本実施例は個々の磁性体単位ごとに磁気異方性定数Ｋｕを評価する手段を与えるものである。
【００７３】
さらにいえば本実施例は、解析演算をもちいて記録媒体の記録再生特性を再現するように磁気異方性定数Ｋｕを同定する手段を含む評価装置である。
図５中５１は記録再生手段であり、これは通常の磁気記録装置と同様の構成とすることが可能である。すなわちディスク上に磁気媒体を回転させるスピンドルモーター、磁気媒体上に構成された記録ヘッド、再生ヘッドを図２に示した配置で具す。記録ヘッド、再生ヘッドは浮上ヘッド上に構成され、媒体の回転に伴って生じる浮上ヘッド媒体間の揚力によりディスク表面、記録ヘッド、再生ヘッド間距離が一定に保たれる。記録ヘッドには駆動回路からスピンドルモータに同期した交播電流、パルス状電流を記録ヘッドのコイルへ流し記録ヘッドより記録磁界を発生せしめる。交播電流の周波数、パルス状電流のパルス幅はスピンドルモータの回転数との関係より媒体上の磁性体単位間隔、あるいはその整数倍ととる。再生ヘッドは磁気抵抗効果薄膜ヘッドなどが使用できる。再生ヘッドからの出力信号はアンプ装置で増幅され再生信号として出力される。
【００７４】
図５中５２は制御手段であり、記録再生手段５１を用いて以下に述べる記録再生動作を行い、そのときに得られる記録磁界閾値、あるいは／ならびに記録特性データをデータ格納手段５３へ格納する。
【００７５】
記録再生動作を行うにあたりはじめに評価すべき磁気記録媒体の所定部分を消去、すなわち磁気記録媒体の記録ピットを構成する個々の磁性体単位をすべて記録ピット”０”に対応する磁性膜垂直方向の上下一方方向に磁化する。この初期化は事前に永久磁石などにより十分強力な磁界を用いて行うことができる。あるいは記録再生手段５１の記録ヘッドから十分大きな直流磁界を記録媒体に印加することで行うこともできる。
【００７６】
続いて記録再生動作について説明する。記録再生手段５１で記録ヘッドを用いてある一定の記録印加磁界で記録を行う。記録周波数は記録媒体上での記録ピット、特に記録媒体の記録ピットを構成する個々の磁性体単位を単独に評価できるように、スピンドルモータの回転数にあわせて、記録媒体状で磁性体単位の間隔となるようなパルス、あるいは交播電流とすることが望ましい。続いて再生ヘッドを用いて同部分からの再生を行う。このとき再生信号から得られる記録磁界閾値、あるいは／ならびに記録特性データをデータ格納手段５３へ送る。続いて同部分を記録ヘッドで十分強い磁界で消去し、記録印加磁界の強さを変化させながら以上の動作を繰り返す。
【００７７】
制御手段５２は記録再生手段５１を用いて記録ヘッドからの記録印加磁化ははじめ十分小さいものとし、徐々にその強度をあげて再生信号を評価する上記動作を繰り返す。この一連の動作ではじめ記録ヘッドからの記録印加磁化が小さいときには磁気記録媒体には記録が行われるのに十分な磁界が印加されずに再生信号は得られない。記録ヘッドからの印加磁界をあげていきある磁界強度に達した時、磁気記録媒体には記録が行われはじめ、再生信号にノイズ成分の増加が見られる。このときの印加磁界強度を記録磁界閾値としてデータ格納手段５３へ送りその値を格納する。あるいは／さらに記録ヘッドからの印加磁界をあげていくと再生信号上に記録信号に対応した再生波形が現れ始める。再生波形は記録ヘッドからの印加磁界の強度を上げるにつれその振幅が増加し、ある一定の印加磁界強度で増加が飽和する。このときの印加磁界強度に対する再生信号波形振幅の値を記録特性データとして上記記録再生動作中に順次データ格納手段５３に格納していく。
【００７８】
また記録再生手段５１で使用した記録ヘッド、再生ヘッドの構成、各ヘッドと記録媒体表面までの距離、スピンドルモータの回転数、記録印加磁界の周波数などのデータもデータ格納手段５３に格納される制御手段５２では記録再生動作終了後、解析演算手段５４で解析演算を開始するように指示する。
【００７９】
解析演算手段５４は順次データ格納手段５３に格納された記録再生データをもとに、実施例１に述べた手順に従って磁気媒体の解析演算を行うもので、ＰＣなどの汎用コンピュータあるいは専用の演算回路をもって構成できる。さらに、制御手段５２、データ格納手段５３、演算手段５４は同一のコンピュータを用いて構成し、コンピュータ上に具されたプログラムを持ってその動作を実現することもできる。この場合には演算制御部分を共用のコンピュータを用いることで評価装置自体の構成を簡素にできるので好ましい。
【００８０】
次に解析演算手段５４で行われる解析演算の動作について説明する。
解析演算をはじめる前にあらかじめ磁気記録媒体の記録ピットを構成する個々の磁性体単位の形状データが与えられている。この形状データは評価の目的によって媒体の設計値にとることもできる。あるいはＳＴＭ（走査型トンネル電子顕微鏡）、ＭＦＭ（磁気力走査型トンネル顕微鏡）などの測定によりあらかじめ得られた磁性体単位の形状断面の実測値等を流用することもできる。さらに磁性体単位を構成する材料の飽和磁化Ｍｓ、交換スティッフネス定数Ａを与える。これらの値も設計値を用いることもできる。また飽和磁化ＭｓはＶＳＨなどの測定から得られた媒体全体の飽和磁化から磁性体単位部分の占有体積から換算した実測値を用いても良い。
【００８１】
またデータ格納手段５３に格納された、記録再生手段５１で使用した記録ヘッド、再生ヘッドの構成、各ヘッドと記録媒体表面までの距離、スピンドルモーターの回転数、記録印加磁界の周波数などのデータも解析演算手段５４へ送られ解析演算に利用される。
【００８２】
図８を用いて解析演算の動作を説明する。
８１で仮のＫｕの値を設定する。解析演算をはじめる時点では例えば媒体設計値などの予測値を設定しておけばよい。
【００８３】
８２では実施例１で説明した記録媒体解析方法のうち、特に図１、図６で説明した記録ピットのパターン計算方法を用いて記録ピットパターンを計算する。本計算には上記のあらかじめ設定された飽和磁化Ｍｓ、交換スティッフネス定数Ａの磁性体材料値と８１で設定したＫｕの値、データ格納手段５３に格納された記録再生手段５１で使用した記録ヘッドの構成、ヘッドと記録媒体表面までの距離、スピンドルモーターの回転数、記録印加磁界の周波数値などを入力として使用する。またこのときの記録磁界として記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値を用いる。
【００８４】
続いて８３で実施例１で説明した記録媒体解析方法のうち、図７を用いた説明した再生信号計算方法を用いて再生信号を計算する。本計算では８２で得られた記録ピットパターンの結果とデータ格納手段５３に格納された記録再生手段５１で使用した再生ヘッドの構成、ヘッドと記録媒体表面までの距離、スピンドルモーターの回転数などを入力として使用する。
【００８５】
８４の記録特性照合では、Ｋｕ値の設定８１で設定されたＫｕ、記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値での記録に対して記録ピットパタン計算８２、再生信号計算８３で得られた記録特性と記録再生手段５１で測定された記録媒体の記録特性を比較照合する。
【００８６】
Ｋｕ値の設定８１で設定されたＫｕ、記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値での記録に対して記録ピットパタン計算８２で記録計算を行い、再生信号計算８３で計算された再生信号が記録信号を十分大きな振幅で再生しているときには、計算によって得られた記録媒体の記録感度が記録再生手段５１で測定された記録感度より低いと判定できる。
【００８７】
これは記録媒体中の磁性体単位が記録再生手段５１で測定された記録磁界閾値の印加磁界で十分に磁化反転されてしまっていることを示し、この場合仮定された磁気異方性定数Ｋｕの値が実測された媒体測定部分の磁性体単位のＫｕより小さいため、容易に磁化の反転が生じたものと判定できる。
【００８８】
この場合はより大きなＫｕの値にＫｕ値の設定８１においてＫｕの値を設定しなおして記録ピットパタン計算８２から記録特性照合８４の動作を繰り返す。
Ｋｕ値の設定８１で設定されたＫｕ、記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値での記録に対して記録ピットパタン計算８２で記録計算を行い、再生信号計算８３で計算された再生信号が記録信号を再生できないときには、計算によって得られた記録媒体の記録感度が記録再生手段５１で測定された記録感度より低いと判定できる。
【００８９】
これは記録媒体中の磁性体単位が記録再生手段５１で測定された記録磁界閾値の印加磁界で磁化反転できなかったことを示し、この場合仮定された磁気異方性定数Ｋｕの値が実測された媒体測定部分の磁性体単位のＫｕより大きいため、容易に磁化の反転が生じたものと判定できる。
【００９０】
この場合はより小さなＫｕの値に８１においてＫｕの値を設定しなおして８２から８４の動作を繰り返す。
Ｋｕ値の設定８１で設定されたＫｕ、記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値での記録に対して記録ピットパタン計算８２で記録計算を行い、再生信号計算８３で計算された再生信号が記録信号をぎりぎりで再生しているときには、計算によって得られた記録媒体の記録感度が記録再生手段５１で測定された記録感度と一致している。
【００９１】
この場合は設定したＫｕの値が記録再生手段５１で実測された媒体測定部分の磁性体単位のＫｕであると決定し解析演算を終了する。
上記の説明は記録磁界として記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録磁界閾値を用いた解析演算について説明したが、記録再生手段５１で測定されデータ格納手段５３に格納された記録特性データ、すなわち記録磁界閾値以上の記録印加磁界に対して得られた再生信号振幅を用いて解析演算を行うこともできる。
【００９２】
この場合記録特性データとして格納された各記録磁界強度に関して、記録パタン計算８２、再生信号計算８３を行い、そのときに計算される再生信号振幅を記録再生手段５１で測定され格納された信号振幅と比較する。このとき信号振幅の絶対値に対する不定性を除くためある記録印加磁界に対する再生信号振幅値を基準として各記録印加磁界での再生信号振幅値をおのおの規格化して比較することが好ましい。
【００９３】
記録特性照合８４では各記録印加磁界に対する再生信号振幅値に関して、記録計算８２、記録再生計算８３により計算されたものの方が、記録再生手段５１で測定された値より大きい時には設定されたＫｕに対する計算記録感度が大きく、記録計算８２、記録再生計算８３により計算された再生信号振幅値の方が、記録再生手段５１で測定された再生信号振幅値より大きい時には設定されたＫｕに対する計算記録感度が小さいと判定する。
【００９４】
特に記録計算８２、記録再生計算８３により計算された再生信号振幅値と、記録再生手段５１で測定された再生信号振幅値が同じ場合には計算記録感度が同じと判定する。
特に記録磁界閾値のみを用いた場合には記録特性照合８４で記録感度が同じであると判定するのが難しく、この記録特性データによる判定、あるいは両者を併用することで記録特性照合８４の精度を向上できる。一方記録磁界閾値のみ判定は記録計算８２、記録再生計算８３を行う回数が少ないため、解析演算の処理時間を減少できるという特徴がある。
【００９５】
本実施例では、特に材料作成中に変動が大きく記録媒体評価上重要となるＫｕの値について説明を加えたが、Ｋｕを既知とした場合、飽和磁化Ｍｓの評価、あるいは交換スティッフネス定数Ａの評価にも同様の手段を用いて適用可能であることは明らかである。特に交換スティッフネス係数Ａは実測が難しいため本実施例にかかわる評価が有効となる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の磁気記録媒体の測定方法および測定装置は、磁気記録媒体製造時の出荷検査、故障解析時ならびに媒体開発時の媒体評価等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明にかかわる磁気記録媒体測定方法の記録解析計算処理を表す図である。
【図２】本発明にかかわる磁気記録のヘッド、記録媒体の構成図である。
【図３】本発明にかかわる記録媒体の構成図である。
【図４】本発明にかかわる磁気記録計算例をあらわす図である。
【図５】本発明にかかわる磁気記録媒体測定装置の構成図である。
【図６】本発明にかかわる磁気媒体媒体の測定方法の記録ピットパタン計算処理を表す図である。
【図７】本発明にかかわる磁気記録媒体の測定方法の再生信号計算処理を表す図である。
【図８】本発明にかかわる磁気記録媒体測定価装置の解析演算手段の動作を表す図である。
【符号の説明】
【００９８】
２１  記録ヘッド
２２  再生ヘッド
２３  磁気記録媒体
３１  磁性体単位
３２  非磁性基盤
【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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