(57)【要約】【課題】磁区駆動に必要な電流の増大を回避しながらビット長を正確に制御できる磁気記録デバイスを提供すること。【解決手段】２値データを異なる２方向の磁化のいずれかとして記録される記録領域５ａと、記録されたデータが再生される再生領域５ｃと、記録領域５ａと再生領域５ｃとの間に配置され再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流が供給されることで、２値データの一方が記録されて形成された磁区Ｄと他方が記録されて形成された磁区Ｄとの間に形成された磁壁ＤＷが記録領域５ａから再生領域５ｃへ断続的に移動するデータシフト領域５ｂと、を有する磁性細線５を備え、データシフト領域５ｂにおける磁性細線５に対して細線の延びる方向に複数並んで配置され、電圧が印加されると磁性細線５に対して応力を付加することで磁性細線５の磁性を変化させる圧電素子４０を備える磁気記録媒体１００、磁気再生装置２００及び磁気再生方法である。【選択図】図１
2018018564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２値のデータを異なる２方向の磁化のいずれかとして記録される記録領域と、
前記記録領域で記録されたデータが再生される再生領域と、
前記記録領域と前記再生領域との間に配置され、前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流が供給されることで、前記２値のデータの一方が記録されて形成された磁区と前記２値のデータの他方が記録されて形成された磁区との間に形成された磁壁が前記記録領域から前記再生領域へと断続的に移動するデータシフト領域と、を有する磁性細線を備える磁気記録媒体であって、
前記データシフト領域における前記磁性細線に対して細線の延びる方向に複数並んで配置され、電圧が印加されると前記磁性細線に対して応力を付加することで前記磁性細線の磁性を変化させる圧電素子を備える磁気記録媒体。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記磁性細線の磁区の長さであるビット長ごとに配置される請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気記録媒体に記録されたデータを再生する再生手段を備える磁気再生装置であって、
前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流を供給する電流供給手段と、
前記複数の圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段と、を備える磁気再生装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、前記電流供給手段により供給されるパルス電流のパルス周期の終期付近で電圧を印加する請求項３に記載の磁気再生装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の磁気再生装置により前記磁気記録媒体に記録されたデータを再生する磁気再生方法であって、
前記電流供給手段により、前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流を供給する電流供給工程と、
前記電圧印加手段により、前記パルス電流のパルス周期の終期付近で前記圧電素子に電圧を印加する電圧印加工程と、
前記再生手段により、前記パルス電流に同期して前記磁気記録媒体に記録されたデータを再生する再生工程と、を有する磁気再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体、磁気再生装置及び磁気再生方法に関する。より詳しくは、磁性細線を用いた磁壁移動型の磁気記録媒体、磁気再生装置及び磁気再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気記録デバイスでは、機械的駆動部により磁気ディスクを回転させ、磁化の向きとしてデータが記録された磁区（磁気データ）を磁気ヘッドの位置まで移動させることにより、データの記録、再生が行われる。そのため、転送レートは機械的駆動部による回転速度が律速となり、転送レートのさらなる高速化には限界がある。
【０００３】
これに対して、近年、スーパーハイビジョンテレビ（ＳＨＶ）用として、大容量且つ超高速性を有する磁気記録デバイスの開発が進められている。例えば、磁気記録デバイスの転送レートを抜本的に向上させるものとして、磁壁移動型の磁気記録デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この磁壁移動型の磁気記録デバイスは、細線状の磁性体からなる磁性細線の内部に形成された磁壁が電流の印加により高速にシフトする現象を利用したものである。
【０００４】
ところが、磁壁移動型の磁気記録デバイスでは、磁壁の移動距離にばらつきがあり不安定であることが分かっている。磁壁の移動距離のばらつきは、磁壁を形成する各磁区の長さ、すなわちビット長のばらつきを意味する。ビット長は記録の単位となるため、ビット長を正確に制御して揃えることが重要である。
【０００５】
そこで、ビット長を正確に制御して揃えるために、磁性細線に対して、構造的なトラップサイト（例えば、くびれ状構造）や磁性に変化を設けた磁気的なトラップサイトを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの技術によれば、磁壁がトラップサイトを通過し難くなる結果、ビット長の制御が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２３９４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−８４２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、構造的なトラップサイトの作製は、電子線リソグラフィーの他、ナノインデンテーション（原子間力顕微鏡）及びピエゾコントローラを用いたプローブによる精密切削加工により行われるが、多数のナノメートルサイズの構造的トラップサイトを磁性細線に規則的に作製するのは実際には困難であった。
【０００８】
また、構造的トラップサイトは勿論のこと、従来の磁気的トラップサイトはイオン注入により磁壁の移動速度が遅い高飽和磁化領域と磁壁の移動速度が速い低飽和磁化領域を予め磁性細線中に形成するものである。そのため、従来の技術では、磁区トラップサイトの存在により、トラップサイトが無い場合と比べると磁壁を移動（磁区を駆動）させるためにはより大きな電流を印加する必要があった。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁区駆動に必要な電流の増大を回避しながらビット長を正確に制御できる磁気記録媒体、磁気再生装置及び磁気再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁気記録媒体は、２値のデータを異なる２方向の磁化のいずれかとして記録される記録領域（例えば、後述の記録領域５ａ）と、前記記録領域で記録されたデータが再生される再生領域（例えば、後述の再生領域５ｃ）と、前記記録領域と前記再生領域との間に配置され、前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流が供給されることで、前記２値のデータの一方が記録されて形成された磁区と前記２値のデータの他方が記録されて形成された磁区との間に形成された磁壁（例えば、後述の磁壁ＤＷ）が前記記録領域から前記再生領域へと断続的に移動するデータシフト領域（例えば、後述のデータシフト領域５ｂ）と、を有する磁性細線（例えば、後述の磁性細線５）を備える磁気記録媒体（例えば、後述の磁気記録媒体１００）であって、前記データシフト領域における前記磁性細線に対して細線の延びる方向に複数並んで配置され、電圧が印加されると前記磁性細線に対して応力を付加することで前記磁性細線の磁性を変化させる圧電素子（例えば、後述の圧電素子４０）を備える。
【００１１】
前記圧電素子は、前記磁性細線の磁区の長さであるビット長ごとに配置されていて良い。
【００１２】
本発明に係る磁気再生装置は、上述の磁気記録媒体に記録されたデータを再生する再生手段を備える磁気再生装置（例えば、後述の磁気再生装置２００）であって、前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流を供給する電流供給手段（例えば、後述のパルス電流供給部１０）と、前記複数の圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段（例えば、後述の電圧印加部５０）と、を備える。
【００１３】
前記電圧印加手段は、前記電流供給手段により供給されるパルス電流のパルス周期の終期付近で電圧を印加して良い。
【００１４】
本発明に係る磁気再生方法は、上述の磁気再生装置により上述の磁気記録媒体に記録されたデータを再生する磁気再生方法であって、前記電流供給手段により、前記再生領域から前記記録領域に向かうパルス電流を供給する電流供給工程と、前記電圧印加手段により、前記パルス電流のパルス周期の終期付近で前記圧電素子に電圧を印加する電圧印加工程と、前記再生手段により、前記パルス電流に同期して前記磁気記録媒体に記録されたデータを再生する再生工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁区駆動に必要な電流の増大を回避しながらビット長を正確に制御できる磁気記録媒体、磁気再生装置及び磁気再生方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気再生装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体のデータシフト領域における断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の記録領域における断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の再生領域における断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の作用を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の構造例１及びその製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の構造例２及びその製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の構造例３及びその製造方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の構造例４及びその製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体が備える圧電素子の構造例５及びその製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜磁気再生装置２００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気再生装置の概略構成図である。本実施形態の磁気再生装置２００は、磁気記録媒体１００を構成する磁性細線５（トラック）に対して、その再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流を供給することで、磁性細線５の内部における磁壁ＤＷ及び該磁壁ＤＷで区切られる磁区Ｄ（最小データ領域）を記録領域５ａから再生領域５ｃへと断続的に移動させることで、データの再生や記録を高速で行うものである。
【００１８】
図１に示すように、磁気再生装置２００は、パルス電流供給部１０と、記録部２０と、再生部３０と、圧電素子４０と、電圧印加部５０と、備える。すなわち、磁気再生装置２００は、記録部２０を備えることで、新たなデータを記録可能となっている。
また、磁気再生装置２００において、磁気記録媒体１００は磁気再生装置２００に対して脱着可能（交換可能）としてもよく、従来のＨＤＤ装置のように脱着不可能（交換不可能）としてもよい。
【００１９】
本実施形態の磁気再生装置２００は、圧電素子４０及び電圧印加部５０を備え、圧電素子４０に電圧を印加して応力を発生させ、発生した応力を磁性細線５に付加することで磁区トラップサイトを可逆的に形成する点に特徴がある。これは、次のような理由による。
すなわち、磁性細線５中において磁区が移動するのに必要な電流のしきい値であるしきい電流（ｊｃ）は、以下の数式で表されることが知られている（「スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線」、シーエムシー出版、Ｇ．Ｔａｎａｋａ等、Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，９２，０８６６０１（２００４））
【００２０】
【数１】
2018018564.tif 000003
【００２１】
上記数式において、Ｋは磁気異方性が困難な磁区間のエネルギー差であり、このＫはしきい電流（ｊｃ）と比例関係にある。従って、部分的に磁性細線５の磁気異方性を制御できれば、磁性細線５中に磁区トラップサイトを生成できると言える。
【００２２】
また、磁性細線５中の磁気異方性は、磁性細線５の歪に依存することが知られている（弓野健太郎，金属人口格子の磁気異方性に関する理論的研究，東京大学，博士論文，１９９５）。従って、磁性細線５中に構造的な歪を形成することにより、磁性細線５中に磁区トラップサイトを生成できることが分かる。
そこで、本実施形態の磁気再生装置２００では、圧電素子４０による応力の付加により、磁性細線５に可逆的な磁区トラップサイトを形成するものである。
【００２３】
［磁気記録媒体１００］
磁気記録媒体１００は、基板７（図１では省略、後述の図２〜４参照）と、磁性細線５と、を備える。磁性細線５は、基板７上に磁性体を細線状に成形することで形成される。本実施形態では、複数の磁性細線５が並列配置されている。
磁性細線５は、後述の記録部２０において、２値のデータ（「０」又は「１」のデータ）を異なる２方向の磁化のいずれかとして、磁性細線５の延びる方向に連続して記録されるものである。磁化の方向としては、磁性細線５の膜面内方向と垂直方向のいずれも可能であるが、磁区Ｄをより高密度化でき、印加するパルス電流の大きさを抑制できる観点から、本実施形態のように膜面に対して垂直方向（膜厚方向）の磁化とすることが好ましい。
【００２４】
すなわち、本実施形態においては、磁性細線５を垂直磁気異方性材料としたとき、その磁化方向は膜厚方向上向き又は下向きである。本実施形態では、データ「０」は下向きの磁化を意味し、図１では下向きの白矢印で示している。また、データ「１」は上向きの磁化を意味し、図１では上向きの白矢印で示している。
磁性細線５において、データ「０」が記録された領域（磁区Ｄ）とデータ「１」を記録された領域（磁区Ｄ）との間に、磁壁ＤＷが形成される。磁壁ＤＷ内では、隣接する磁区Ｄの磁化方向（上向き）から磁化方向（下向き）へと磁化が徐々に変化して回転している。
【００２５】
このように磁化が回転している磁壁ＤＷは、磁性細線５へのパルス電流の供給と停止を繰り返すことで、磁壁ＤＷに挟まれた磁区Ｄを一定の距離ずつ移動させては停止させることができるようになっている。すなわち、パルス幅（電流供給時間）を調整してパルス電流を供給することで、磁性細線５におけるデータ領域を１データ長ずつ、細線の延びる方向にシフトさせることができ、再生領域５ｃにおけるデータ領域（磁区Ｄ）を順番に入れ替えることができる。これにより、パルス電流に同期して、データの再生を行うことができるようになっている。
【００２６】
ここで、図２は、磁気記録媒体１００のデータシフト領域５ｂにおける断面模式図である。
図２に示すように、データシフト領域５ｂにおける磁気記録媒体１００は、例えば、磁性細線５と、絶縁層６と、基板７と、を備える。磁性細線５は、平坦性の観点から、基板７上の絶縁層６中に埋設されていることが好ましい。磁性細線５は、例えば、配向制御層１と、記録層２と、がこの順に積層された構造を有する。これら各層については後段で詳述する。
【００２７】
図３は、磁気記録媒体１００の記録領域５ａにおける断面模式図である。
図３に示すように、記録領域５ａにおける磁気記録媒体１００は、上述のデータシフト領域５ｂと比べて、磁性細線５に後述の記録部２０を構成する記録素子２０ａを備える。記録素子２０ａは、下部電極２１と、中間層２２と、上部電極２３と、書込回路２４と、を備える。この記録素子２０ａは、磁気記録媒体１００の表面から突出していてもよい。この記録素子２０ａについては後段で詳述する。
【００２８】
図４は、磁気記録媒体１００の再生領域５ｃにおける断面模式図である。
図４に示すように、再生領域５ｃにおける磁気記録媒体１００は、上述のデータシフト領域５ｂと比べて、磁性細線５に後述の再生部３０を構成する再生素子３０ａを備える。再生素子３０ａは、下部電極３１と、磁化反転層３２と、中間層３３と、磁化固定層３４と、上部電極３５と、読取回路３６と、を備える。この再生素子３０ａは、磁気記録媒体１００の表面から突出していてもよい。この再生素子３０ａについては後段で詳述する。
【００２９】
磁気記録媒体１００の形状としては特に限定されないが、例えば円盤状の基板７上に磁性細線５を円環状（同心円状）に形成し、該磁性細線５を円環の一部を欠いた形状としても良い。磁性細線５を円環状に形成することで、磁区Ｄが滑らかに動き易くなる。また、磁性細線５の円環の一部を切り欠くことで、磁性細線５の一端と他端にパルス電流供給部１０を接続可能となる。
【００３０】
ここで、磁性細線５は、強磁性材料からなり、特に膜面に垂直な方向の磁化を有し、例えば、垂直磁気異方性材料で形成されることが好ましい。磁性細線５を構成する材料としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の遷移金属やその合金、Ｐｄ、Ｐｔ等との積層膜が用いられる。
磁性細線５の膜厚は５〜１００ｎｍ、幅は１０〜２００ｎｍ、隣接する磁性細線５同士の間隔は４０〜２００ｎｍであるのが好ましい。幅及び間隔が短いほど、すなわちトラックピッチが狭いほど、磁気記録媒体１００の記録容量を大きくできる。
磁性細線５の長さ（トラック長）は、特に限定されない。磁気記録媒体１００における全ての磁性細線５が同じ長さでなくてもよいが、同時にデータを再生する隣接する磁性細線５同士の長さは揃えるのが好ましい。
【００３１】
より詳しくは、図２〜図４に示すように、磁性細線５は、その下側が磁性細線５の磁気特性を制御するための配向制御層１で構成され、その上側が、データを記録するための記録層２で構成される。これら各層については後段で詳述する。
【００３２】
以上の構成を備える磁気記録媒体１００は、例えば次のようにして製造される。
磁気記録媒体１００は、例えば磁性細線５をダマシン法にて形成することで製造される。
具体的には、先ず、表面を熱酸化したＳｉ基板やガラス基板等の公知の基板材料からなる基板７上に、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の絶縁膜をスパッタリング法等により成膜させる。次いで、成膜した絶縁膜に対して、電子線リソグラフィー及びイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングにより、磁性細線５の細線形状の溝を形成して絶縁層６とする。
【００３３】
その際、記録領域５ａにおける下部電極２１を形成する部位には、下部電極２１を形成できるように、さらに深い溝を形成する。次いで、この深い溝を埋め込むようにスパッタ法等により、Ｃｕ等の導電材料を堆積させる。そして、堆積した導電材料の表面をＣＭＰ（化学機械研磨）法により研磨して平坦化することで、導電材料を充填してなる下部電極２１を形成する。
【００３４】
次いで、絶縁層６上に磁性材料をスパッタリング法等により溝に堆積させた後、表面をＣＭＰ等で溝内以外の強磁性材料を除去することで、磁性細線５とする。
より詳しくは、磁性細線５は、配向制御層１をスパッタ等により堆積させた後、同一真空中で記録層２も堆積させることで形成する。配向制御層１は、磁性細線５の原子配列をうまく調整し、磁気特性を最適な状態に保つ機能を有する。配向制御層１の材料としては、例えば、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ等が用いられる。
【００３５】
次いで、記録領域５ａ及び再生領域５ｃを除いて、樹脂等で表面を被覆する。記録領域５ａには、中間層２２、上部電極２３をスパッタ法等により逐次成膜する。また、再生領域５ｃには、下部電極３１、磁化反転層３２、中間層３３、磁化固定層３４、上部電極３５を、スパッタ法等により逐次成膜する。
以上により、磁気記録媒体１００が製造される。
【００３６】
［パルス電流供給部１０］
図１に戻って、パルス電流供給部１０は、磁気記録媒体１００の磁性細線５の両端に接続される。パルス電流供給部１０は、磁性細線５の再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流を供給し、記録領域５ａから再生領域５ｃに向かう電子を注入する。これにより、磁性細線５中の磁壁ＤＷ及び磁区Ｄは、記録領域５ａから再生領域５ｃに向かって移動する。
【００３７】
なお、パルス電流供給部によるパルス電流の大きさについては、磁性細線５の断面積あたりの電流密度を大きくすると磁壁移動速度が速くなるので、磁性細線５の幅と厚さ及び再生速度に基づいて設定され、磁壁移動方向と逆の一定の向きの正又は負のいずれかの直流とする。具体的には、パルス電流の停止時間は、磁気の検出に要する時間以上に設定すればよい。具体的には、電流密度１０５〜１０１３Ａ／ｍ２、パルス幅１ｐｓ〜１０μｓ、停止時間１０ｐｓ〜１０μｓの範囲で調整することが好ましい。
【００３８】
［記録部２０］
記録部２０は、各磁性細線５に予め形成された記録領域５ａに接続される。記録部２０は、パルス電流供給部１０が供給するパルス電流に同期して、記録領域５ａにデータを記録する。すなわち、磁性細線５の記録領域５ａにおいて、パルス電流供給部１０が供給するパルス電流に同期して、磁壁ＤＷ及び磁区Ｄの断続的な移動が静止した時に、磁性細線５の記録領域５ａに到達しているデータ領域（磁区Ｄ）にデータを記録する。
記録部２０では、スピン注入磁化反転を用いて、磁性細線５の磁区状態を変化させることで、データの書き込みが実行される。これにより、磁性細線５にデータが記録され、磁性細線５は磁気記録媒体１００の記録領域となる。
【００３９】
記録部２０は、磁性細線５を構成する配向制御層１の下方に位置する下部電極２１と、磁性細線５の記録層２の上方に位置する中間層２２及び上部電極２３と、下部電極２１及び上部電極２３に配線を介して接続された書込回路２４と、を含んで構成される（図３参照）。
上述したように、磁気記録媒体１００を脱着可能とする場合には、例えば書込回路２４を配線で接続せずに、磁気記録媒体１００の電極パッドと、書込回路２４の電極コンタクト部との接触により、外部と信号のやり取りをするように構成する。
【００４０】
なお、下部電極２１、中間層２２、上部電極２３によって、記録素子２０ａが構成される。上部電極２３は磁性層、下部電極２１は金属層である。この記録素子２０ａは、磁性細線５と一体化されて、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ−Ｇｉａｎｔ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子型又はＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子型の構造を有するスピン注入磁化反転素子構造を構成し、記録素子として機能する。すなわち、スピン注入磁化反転による磁化が、記録層２に記録される。
【００４１】
下部電極２１と配向制御層１、中間層２２と記録層２の間は、接している方が好ましいが、トンネル電子が流れる程度のわずかな距離であれば、離れていてもよい。離れている場合には、ＴＭＲ素子の絶縁層のようなものが挟まっている状態と同様な状態であるといえる。ＴＭＲ素子でも、スピン注入磁化反転は起こるためである。
【００４２】
下部電極２１の材料としては、抵抗率の低いＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属材料とする。上部電極２３は、スピン注入磁化反転について研究されている従来公知の材料でよく、例えばＣｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ２ＦｅＳｉ等のホイスラー合金等が用いられる。また、上部電極２３は、抵抗率の低い垂直磁気異方性材料であり、スピン偏極率が高い材料であることが好ましく、さらに記録層２よりも膜厚を大きく設定し、容易に磁化反転が起こらない構造とする。中間層２２の材料としては、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子でよく使用されるＣｕやＡｇが好ましいが、ＴＭＲ素子で利用されるＡｌ２Ｏ３やＭｇＯであっても良い。
なお、記録部２０としては、データの記録（書き込み）ができるものであればよく、従来公知の磁気ヘッドを用いてもよい。
【００４３】
［再生部３０］
図１に戻って、再生部３０は、磁性細線５に予め形成された再生領域５ｃに接続される。再生部３０は、パルス電流に同期して、再生領域５ｃに記録されているデータを再生する。すなわち、磁性細線５の再生領域５ｃにおいて、パルス電流供給部１０が供給するパルス電流に同期して、磁性細線５において磁壁ＤＷの断続的な移動における静止時に、磁性細線５の再生領域５ｃに到達しているデータ領域（磁区Ｄ）に記録されているデータを再生する。再生部３０は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いて、磁性細線５の磁区状態を検出することで、データの読み出しを実行する。
【００４４】
再生部３０は、再生素子３０ａと、読取回路３６と、を備える。すなわち、再生素子３０ａは、下部電極３１と、下部電極３１上に設けられた磁化反転層３２と、磁化反転層３２上に設けられた中間層３３と、中間層３３上に設けられた磁化固定層３４と、磁化固定層３４上に設けられた上部電極３５と、を含んで構成される。下部電極３１及び上部電極３５は、配線を介して読取回路３６と接続されている（図４参照）。
上述したように、磁気記録媒体１００を脱着可能とする場合には、例えば読取回路３６を配線で接続せずに、磁気記録媒体１００の電極パッドと、読取回路３６の電極コンタクト部との接触により、外部と信号のやり取りをするように構成する。また、下部電極３１と磁化反転層３２は区別せずに一体構造として作製してもよく、同様に上部電極３５と磁化固定層３４は区別せずに一体構造として作製してもよい。
【００４５】
再生部３０の磁化反転層３２、中間層３３及び磁化固定層３４は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子のデータ読取層として機能する。従って、磁化固定層３４は、強磁性材料からなり、磁化方向が細線の延びる方向と垂直な上向き又は下向きに固定されている。中間層３３は、非磁性材料からなる非磁性層又は絶縁材料からなる絶縁層である。再生部３０は、中間層３３が非磁性層の場合にはＣＰＰ−ＧＭＲ素子を備えるものとなり、中間層３３が絶縁層の場合にはＴＭＲ素子を備えるものとなる。磁化反転層３２は、強磁性材料からなり、一般的に初期状態では、その磁化方向は磁化固定層３４での磁化方向とは反対に揃えられる。再生部３０では、磁性細線５の記録層２からのもれ磁束を、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子で検出し、記録層２の磁化状態を再生する。
【００４６】
また、磁化反転層３２、中間層３３及び磁化固定層３４の材料としては、現在、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子について研究されている材料であれば良い。例えば、磁化固定層３４には、ホイスラー合金（Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ等）等の磁性合金が用いられるが、これとＩｒＭｎ等のスピン固着層とを組み合わせた積層構造としてもよい。また、再生部３０がＣＰＰ−ＧＭＲ素子を備える場合には、中間層３３には、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｕ合金等の非磁性金属又は合金が好ましく用いられる。このうちＣｕは、電気抵抗が小さくバリア効果が高いので、特に好ましく用いられる。再生部３０がＴＭＲ素子を備える場合には、中間層３３には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やマグネシア（ＭｇＯ）等の絶縁材料が好ましく用いられ、その厚さは、スピン偏極電子がトンネルできる程度の厚さである数ｎｍ以下とされる。
【００４７】
磁化反転層３２は、磁化固定層３４と同じ材料で構成することもできるが、記録層２からのもれ磁束により容易に磁化方向が反転することができる材料であって、透磁率が高く保磁力が小さく、スピン偏極率が比較的高い強磁性材料を選択することが好ましい。
また、下部電極３１及び上部電極３５は、それぞれ、スピン注入磁化反転素子を駆動するための一対の電極の一方及び他方であり、例えば、Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｃｕ等の一般的な電極用金属材料で構成することができる。
なお、再生部３０は、データの再生（読み出し）ができるものであれば、従来公知の磁気ヘッドを用いてもよい。
【００４８】
再生部３０では、先ず、磁壁移動電流として所定のパルス電流をパルス電流供給部１０から磁性細線５に供給し、磁区Ｄを区切る磁壁ＤＷを移動させる。そして、再生を行いたい磁区Ｄ（所望のデータ領域（単一あるいは連続した複数のデータ領域））を再生部３０の下部電極３１の直下（再生領域５ｃ）まで移動させる。再生領域５ｃは、磁性細線５の磁気を磁気効果により検出するための領域であり、磁性細線５において１つのデータ領域に含まれる長さとする。再生領域５ｃの位置は、該磁性細線５において固定され、磁気記録媒体１００の全ての磁性細線５において、隣接する磁性細線５同士における再生領域５ｃが、磁性細線５の並列方向に並ぶように設けられている。次いで、磁壁ＤＷは、パルス電流に同期して、すなわちパルス電流のパルス周期に合わせて、移動と停止を繰り返すが、この断続的な移動における静止時に、読取回路３６から読取電流を再生素子３０ａに供給する。
【００４９】
ここで、磁化反転層３２と磁化固定層３４との間には、非磁性膜や絶縁膜からなる中間層３３が設けられているため、磁化反転層３２から磁化固定層３４に電流が流れる場合の電気抵抗は、磁化反転層３２の磁化と、磁化固定層３４の磁化との相対的な方向に依存する。ここで、磁化反転層３２の磁化は、磁区Ｄに記録されている信号磁界を受けて、その方向に回転する。その磁化方向を、前記のように磁化反転層３２と磁化固定層３４との相対的な方向に依存する電気抵抗の変化として検出することができる。
従って、再生を行いたい磁区Ｄを移動させた後、下部電極３１と上部電極３５との間に、電流を流し、電気抵抗の変化を検出する。これにより、再生を行いたい磁区Ｄに記録されている磁化方向を検出（識別）することができ、データを再生することが可能となる。
【００５０】
例えば、磁化反転層３２の磁化と磁化固定層３４の磁化とが同一方向な場合の電気抵抗をＲｐとし、逆方向な場合の電気抵抗をＲａｐとすると、Ｒａｐ＞Ｒｐとなる。このように、データ領域の磁化方向に対応した抵抗値を読取電圧として再生領域５ｃで検出することにより、このデータ領域に対応した磁区Ｄの磁化方向をデータとして読み取る。
【００５１】
なお、読み取られたデータは、予め設定されたある基準電圧と比較することによって、電圧の高低、すなわち容易に「１」、「０」のデータとして、読み出される。そして、従来のハードディスク装置と同様な復号処理を施すことによって元のデータを取り出すことができ、磁気再生装置２００外部に出力して、映像、音声等の情報として再生できるようになっている。
【００５２】
［圧電素子４０］
図１に戻って、圧電素子４０は、データシフト領域５ｂにおける磁性細線５に対して、細線の延びる方向に複数並んで配置される。この圧電素子４０には、電圧供給線５１を介して電圧印加部５０が接続される。圧電素子４０は、電圧印加部５０により電圧が印加されると、磁性細線５に対して引張り応力又は圧縮応力を付加する。電圧印加部５０は、複数の圧電素子４０に対して、同一の時期に同一の電圧を印加する。
本実施形態では、圧電素子４０は、データシフト領域５ｂにおける磁性細線５上、すなわち膜面上に配置されている。ただしこれに限定されず、磁性細線５に対して応力を付加してその磁性を変化させることができる配置であればよい。
【００５３】
圧電素子４０は、図１に示すように、各磁性細線５の磁区Ｄの長さであるビット長ごとに配置されるのが好ましい。これにより、磁壁ＤＷ及び磁区Ｄの移動をより正確に制御でき、ビット長をより正確に制御して揃えることができる。ただしこれに限定されず、データを再生する再生部３０が配置された再生領域５ｃでビット長が揃っていればよいため、例えばビット長のずれが比較的小さい材料からなる磁性細線５であれば、１ビットごとでなく２ビットや３ビットごと、あるいはそれ以上のビットごとに圧電素子を配置してもよい。
【００５４】
上述したように本実施形態の磁性細線５は並列に複数配置されており、複数の圧電素子４０は、磁性細線５の並列方向に並んで配置されている。すなわち、図１に示すように、磁性細線５の延びる方向に直交する方向に並んで配置されている。これにより、複数の磁性細線５中の磁区Ｄを並列駆動させたときに、ビット長を揃えることができるようになっている。
【００５５】
圧電素子４０としては、従来公知の圧電素子を用いることができる。具体的には、圧電素子４０として、ＺｎＯ、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛中の鉛の一部をＬａに置換したもの）、ＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）ＴｉＯ）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５）等を用いることができる。圧電素子４０の材料の選定については、後段で詳述する。
【００５６】
図５は、圧電素子４０の作用を説明するための図である。
先ず、図５の（ａ）に示すように初期状態においては、圧電素子４０に電圧が印加されていないため、圧電素子４０に応力は生じず、磁性細線５に変化は見られない。
次いで、図５の（ｂ）に示すように電圧印加部５０により圧電素子４０に電圧が印加されると、圧電素子４０自体が収縮又は膨張することで、引張り応力又は圧縮応力が磁性細線５に付加される。
【００５７】
すると、図５の（ｃ）に示すように、圧電素子４０から応力が付加された部分において、磁性細線５の磁性が変化する。これは、磁性細線５に歪が生じることで磁化が変化する現象であり、逆磁歪効果と呼ばれる。この逆磁歪効果により、圧電素子４０から応力を受けた磁性細線５の部分に磁化が生じることで、磁化が生じた部分において磁気異方性（磁気的括れ）が生じる結果、磁区トラップサイトが形成される。ここで、磁性細線５の磁歪定数（磁化の大きさと変形量の比）と圧電素子４０の圧電特性（変形方向、変形量等）は、いずれも磁性細線５や圧電素子４０の構成材料により決定される。そのため、磁性細線５や圧電素子４０の構成材料によって最適な応力の向きや強さは異なるため、磁性細線５の構成材料に応じて、圧電素子４０の構成材料を選定することが重要である。
次いで、図５の（ａ）の状態に戻って圧電素子４０への電圧の印加が停止されると、圧電素子４０からの応力の付加が無くなるため、磁性細線５の磁性が元の状態に戻って周囲と同様となる結果、磁区トラップサイトが消失する。
【００５８】
このように、圧電素子４０への電圧の印加を供給、停止することによって、磁性細線５に対して可逆的な磁区トラップサイトが形成される。これにより、磁性細線５中の磁壁ＤＷ及び磁区Ｄの移動がこの磁区トラップサイトで制限されることで、ビット長が正確に制御される結果、再生領域５ｃにおいてビット長が揃うようになっている。
【００５９】
また、電圧印加部５０は、パルス電流のパルス周期の終期付近で、電圧を印加するのが好ましい。これにより、パルス電流により磁壁ＤＷ及び磁区Ｄを移動させているときには、基本的には圧電素子４０には電圧が印加されないため、磁区トラップサイトが形成されることがなく、磁壁ＤＷ及び磁区Ｄの移動が妨げられることがない。そのため、磁区駆動に必要なパルス電流の大きさが抑制されている。
【００６０】
次に、圧電素子４０の構造例及びその製造方法について詳しく説明する。
図６は、圧電素子４０の構造例１及びその製造方法を説明するための図である。
図６に示すように、本構造例１の圧電素子４１は、磁性細線５の上側に配置され、ピエゾ薄膜４１ａと、中間層４１ｂと、を含んで構成される。本構造例１では、ビット長ごとに小さな穴４１ｃが複数形成された非磁性・非導電性の中間層４１ｂを作製した後、該中間層４１ｂ上にピエゾ薄膜４１ａを堆積させて成膜する。これにより、穴４１ｃ内にもピエゾ薄膜４１ａが充填される結果、ビット長ごとに圧電素子４１が磁性細線５側に露出した構造とすることができる。
なお、ピエゾ薄膜を作製するためには、通常６００℃程度の加熱が必要であるところ、磁性細線５の形成に加熱が必要な場合には、本構造例１は好ましく採用される。
【００６１】
図７は、圧電素子４０の構造例２及びその製造方法を説明するための図である。
図７に示すように、本構造例２の圧電素子４２は、磁性細線５の下側に配置され、ピエゾ薄膜４２ａと、中間層４２ｂと、を含んで構成される。中間層４２ｂは、相対的に柔らかい素材４２ｃに対してビット長ごとに穴を形成した後、該穴に相対的に硬い素材４２ｄを充填したものである。
本構造例２では、先ず最下層にピエゾ薄膜４２ａを堆積して成膜し、熱処理した後、中間層４２ｂを積層する。そして、ビット長ごとに並んだ硬い素材４２ｄ上に、磁性細線５を配置する。これにより、ピエゾ薄膜４２ａで生じた応力は、柔らかい素材４２ｃでは吸収される一方で、硬い素材４２ｄでは磁性細線５の下側から応力が付加されるようになっている。
【００６２】
図８は、圧電素子４０の構造例３及びその製造方法を説明するための図である。
図８に示すように、本構造例３の圧電素子４３は、磁性細線５の上側に配置され、ピエゾ薄膜４３ａと、中間層４３ｂと、を含んで構成される。中間層４３ｂは、構造例２の中間層４２ｂと同様の構成である。
本構造例３では、先ず、ピエゾ薄膜４３ａ上に中間層４３ｂを作製し、表面を研磨する。そして、これを、磁性細線５を並列配置した基板７と貼り合わせる。これにより、構造例２と同様の圧電素子を形成できる。
【００６３】
図９は、圧電素子４０の構造例４及びその製造方法を説明するための図である。
図９に示すように、本構造例４の圧電素子４４は、磁性細線５の上側に配置され、ピエゾ薄膜４４ａと、中間層４４ｂと、基材層４４ｄと、を含んで構成される。中間層４４ｂは、構造例１の中間層４１ｂと同様の構成である。
本構造例４では、先ず、基材層４４ｄ上に中間層４４ｂを成形し、中間層４４ｂ上にスパッタ等でピエゾ薄膜４４ａを成膜し、熱処理（あるいはスパッタ中に加熱）する。その後、ピエゾ薄膜４４ａ側の表面を中間層４４ｂが露出するまで研磨した後、磁性細線５を並列配置した基板７と貼り合わせる。これにより、ビット長ごとに圧電素子４０を配置できる。
【００６４】
図１０は、圧電素子４０の構造例５及びその製造方法を説明するための図である。
図１０に示すように、本構造例５の圧電素子４５は、磁性細線５の上側に配置され、ピエゾ薄膜４５ａと、基板４５ｂと、を含んで構成される。基板４５ｂは、所定の厚みを有し、磁性細線５の細線が延びる方向に直交する方向に延びる溝４５ｃが所定間隔で複数形成されている。
本構造例５では、先ず、基板４５ｂに上記複数の溝４５ｃを形成した後、かかる基板４５ｂ上にピエゾ薄膜４５ａを堆積させて成膜する。その後、基板４５ｂが露出するまでピエゾ薄膜４５ａ側の表面を研磨する。そして、これを、溝４５ｃ内に充填されたピエゾ薄膜４５ａと磁性細線５とが互いに直交するようにして、磁性細線５を並列配置した基板７と貼り合わせる。これにより、ビット長ごとに圧電素子４０を配置できる。
【００６５】
＜磁気再生方法＞
本実施形態の磁気再生方法は、上述の磁気再生装置２００を用いて実行される。
本実施形態の磁気再生方法は、電流供給工程と、電圧印加工程と、再生工程と、を有する。
電流供給工程は、上述のパルス電流供給部１０により実行される。電流供給工程では、再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流を供給する。
電圧印加工程は、上述の電圧印加部５０により実行される。電圧印加工程では、パルス電流のパルス周期の周期付近で、圧電素子４０に電圧を印加する。
再生工程は、上述の再生部３０により実行される。再生工程では、パルス電流に同期して磁気記録媒体１００に記録されたデータを再生する。
なお、これら各工程の詳細については、上述した通りである。
【００６６】
本実施形態の磁気記録媒体１００、磁気再生装置２００及び磁気再生方法によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態に係る磁気記録媒体１００は、２値のデータを異なる２方向の磁化のいずれかとして記録される記録領域５ａと、記録領域５ａで記録されたデータが再生される再生領域５ｃと、これら記録領域５ａと再生領域５ｃとの間に配置され、再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流が供給されることで、２値のデータの一方が記録されて形成された磁区Ｄと２値のデータの他方が記録されて形成された磁区Ｄとの間に形成された磁壁ＤＷが記録領域５ａから再生領域５ｃへと断続的に移動するデータシフト領域５ｂと、を有する磁性細線５を備える磁気記録媒体１００とした。
また、データシフト領域５ｂにおける磁性細線５上に細線の延びる方向に複数並んで配置され、電圧が印加されると磁性細線５に対して応力を付加することで磁性細線５の磁性を変化させる圧電素子４０を設けた。
【００６７】
これにより、従来の磁壁の通過を妨げる構造的なトラップサイトや磁気的なトラップサイトに代わって、複数の圧電素子４０を磁性細線５上に配置することで、圧電素子４０に電圧を印加するとピエゾ効果によって圧電歪を生じ、磁性細線５に応力（引っ張り又は圧縮）を付加できる。このとき、磁性細線５には逆磁歪効果が働き、磁性細線５の磁性が局所的に変化するため、その部分が磁気的なトラップサイトとして動作する。圧電素子４０に電圧を印加しない状態では、磁性細線５に応力が加わらないため、磁性細線５には磁区トラップサイトは存在しないことになり、本来的に磁区駆動に必要な印加電流量で、磁性細線５上において磁壁ＤＷを自由に移動させることができる。
従って本実施形態によれば、駆動電流と圧電素子制御電圧の印加タイミングを調整することで、磁区駆動に必要な電流を維持したままビット長を正確に制御できる。
【００６８】
また、複数の磁性細線５を並列配置させて大容量化することで、これら複数の磁性細線５に対する電流印加のタイミングを合わせて同期駆動させることにより、高い転送レートを実現できる。
また、本実施形態の磁気記録媒体１００によれば、可動部が無いため無限の書換え耐性を有し、データの信頼性も高い。そのため、シーケンシャルデータの記録や特殊映像の再生に好適であり、映像用途として適したデバイスである。
【００６９】
なお、圧電素子４０を磁性細線５の磁区Ｄの長さであるビット長ごとに配置することにより、上記効果がより高められる。
また、複数の圧電素子４０を、磁性細線５の並列方向に並んで配置することにより、上記効果がより高められ、よりビット長を正確に制御できる。
【００７０】
また本実施形態に係る磁気再生装置２００では、磁気記録媒体１００に記録されたデータを再生する再生部３０を設け、再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流を供給するパルス電流供給部１０と、複数の圧電素子４０に電圧を印加する電圧印加部５０を設けた。これにより、上述の効果と同様の効果が得られる。
また、電圧印加部５０により、複数の圧電素子４０に対して同時に電圧を印加することにより、上記効果がより確実に得られる。
また、電圧印加部５０により、パルス電流のパルス周期の終期付近で電圧を印加することにより、上記効果がより高められる。
【００７１】
また本実施形態に係る磁気再生方法は、上述の磁気再生装置２００により上述の磁気記録媒体１００に記録されたデータを再生する磁気再生方法であり、パルス電流供給部１０により、再生領域５ｃから記録領域５ａに向かうパルス電流を供給する電流供給工程と、電圧印加部５０により、パルス電流のパルス周期の終期付近で圧電素子４０に電圧を印加する電圧印加工程と、再生部３０により、パルス電流に同期して磁気記録媒体１００に記録されたデータを再生する再生工程と、を有する構成とした。これにより、上述の効果と同様の効果が得られる。
【００７２】
なお、本発明は上記第１実施形態〜第５実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、磁気記録媒体１００や磁性細線５の形状は限定されない。各磁性細線５は並列に配置すればよく、磁性細線５の本数は特に限定されない。上記実施形態では磁性細線５の構造として配向制御層を用いたものを例示したが、配向制御層を用いなくてもよい。また、記録部２０や再生部３０の構成は、上記実施形態に限定されず、他の構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の形態を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
５      磁性細線
５ａ    記録領域
５ｂ    データシフト領域
５ｃ    再生領域
１０    パルス電流供給部（電流供給手段）
２０    記録部
３０    再生部（再生手段）
４０    圧電素子
５０    電圧印加部（電圧印加手段）
１００  磁気記録媒体
２００  磁気再生装置
【図１】
2018018564.tif 000004
【図２】
2018018564.tif 000005
【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】
2018018564.tif 000010
【図８】
2018018564.tif 000011
【図９】
2018018564.tif 000012
【図１０】
2018018564.tif 000013