(57)【要約】【課題】多値記録を可能とする磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様にかかる磁気記録装置は、第１強磁性層を含む第１記録層と、電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む磁化制御層と、前記磁化制御層の第１面の磁化と交換結合により磁気的に結合し、前記第１面の磁化に応じた磁気状態を示す第２強磁性層と、を備え、前記第１記録層に積層された第２記録層と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性層を含む第１記録層と、
電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む磁化制御層と、前記磁化制御層の第１面の磁化と交換結合により磁気的に結合し、前記第１面の磁化に応じた磁気状態を示す第２強磁性層と、を備え、前記第１記録層に積層された第２記録層と、を備える、磁気記録媒体。
【請求項２】
前記第１記録層と前記第２記録層との間に、磁気分離層をさらに備える、請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層が積層方向に磁気異方性を有する、請求項１又は２に記載の磁気記録媒体。
【請求項４】
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との飽和磁化量が異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項５】
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層のうち外表面から遠い側の層の飽和磁化量が、他方の層の飽和磁化量より大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項６】
前記磁化制御層と前記第２強磁性層との間にスペーサ層を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項７】
前記第１記録層が、電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む第２磁化制御層を備え、
前記第１強磁性層の磁化の向きが前記第２磁化制御層の第１面の磁化との交換結合により変化する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体の前記磁化制御層に電場を印加する電場印加手段と、
前記磁気記録媒体に磁場を印加する磁場印加手段と、を備える、磁気記録装置。
【請求項９】
前記磁場印加手段が、発生する磁場方向が固定された磁石である、請求項８に記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体及び磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク記録装置に用いられる磁気記録媒体は、磁性体の磁化の向きで情報を記録している。磁気記録媒体の記録容量は飛躍的に向上しているが、更なる高容量化が求められている。
【０００３】
磁気記録媒体の記録容量を高めるためには、記録層における１ｂｉｔの情報を記録する領域（記録領域）の体積を小さくする必要がある。しかしながら、記録領域が狭くなると、記録領域内に含まれる磁化の総量が少なくなり、磁化の熱安定性が低下する。磁化の熱安定性が低下すると、熱擾乱による意図しない磁化反転が生じる確率が高まる。その結果、磁気記録媒体が記録情報を長時間保持できなくなり、磁気記録媒体の信頼性が低下する。
【０００４】
一方で、記録層に一軸磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の高い材料を用い、熱安定性を高めることも検討されている。しかしながら、Ｋｕが高いと、記録層の磁化を反転させるために大きなエネルギーが必要になる。すなわち、磁気記録媒体への記録情報の書込み容易性が低下する。
【０００５】
このように磁気記録媒体において高記録密度化の実現と、熱安定性の向上と、書込み容易性の向上とは、互いに相関関係を有する課題である。磁気記録媒体の高記録密度化を実現しようとすると磁気記録媒体の熱安定性が低下し、磁気記録媒体の熱安定性を高めようとすると磁気記録媒体の書込み容易性が低下する。この問題は、磁気記録媒体のトリレンマと言われている。
【０００６】
磁気記録媒体のトリレンマを解決するための方法として、エネルギーアシスト磁気記録方式が知られている。例えば、磁化反転をアシストする手段として熱を利用した熱アシスト磁気記録方式（TAMR:Thermally-Assisted Magnetic Recording）、磁化反転をアシストする手段としてマイクロ波を利用したマイクロ波アシスト磁気記録方式（MAMR：Micro-Wave-Assisted Magnetic Recording）が知られている。
【０００７】
特許文献１には、マイクロ波アシスト磁気記録方式をさらに発展させた磁気記録装置が記載されている。特許文献１の磁気記録装置は、磁気共鳴周波数の異なる磁気記録層を積層し、印加するマイクロ波の周波数を切り替えている。印加するマイクロ波の周波数を切り替えることで、積層方向に積層されたいずれの磁気記録層にデータを記録するかを選択でき、多値記録が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５８９３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の磁気記録装置は、マイクロ波を印加するための高周波発振素子を駆動するために、直流電流を印加する必要がある。そのため、磁気記録装置を駆動するための消費電力が大きい。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、新たな方式で多値記録を可能とする磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１２】
（１）第１の態様にかかる磁気記録媒体は、第１強磁性層を含む第１記録層と、電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む磁化制御層と、前記磁化制御層の第１面の磁化と交換結合により磁気的に結合し、前記第１面の磁化に応じた磁気状態を示す第２強磁性層と、を備え、前記第１記録層に積層された第２記録層と、を備える。
【００１３】
（２）上記態様にかかる磁気記録媒体は、前記第１記録層と前記第２記録層との間に、磁気分離層をさらに備えてもよい。
【００１４】
（３）上記態様にかかる磁気記録媒体において、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層が積層方向に磁気異方性を有してもよい。
【００１５】
（４）上記態様にかかる磁気記録媒体において、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との飽和磁化量が異なってもよい。
【００１６】
（５）上記態様にかかる磁気記録媒体において、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層のうち外表面から遠い側の層の飽和磁化量が、他方の層の飽和磁化量より大きくてもよい。
【００１７】
（６）上記態様にかかる磁気記録媒体において、前記磁化制御層と前記第２強磁性層との間にスペーサ層を備えてもよい。
【００１８】
（７）上記態様にかかる磁気記録媒体において、前記第１記録層が、電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む第２磁化制御層を備え、前記第１強磁性層の磁化の向きが前記第２磁化制御層の第１面の磁化との交換結合により変化する構成でもよい。
【００１９】
（８）第２の態様にかかる磁気記録装置は、上記態様にかかる磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の前記磁化制御層に電場を印加する電場印加手段と、前記磁気記録媒体に磁場を印加する磁場印加手段と、を備える。
【００２０】
（９）上記態様にかかる磁気記録装置において、前記磁場印加手段が、発生する磁場方向が固定された磁石であってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
上記態様にかかる磁気記録媒体及び磁気記録装置によれば、新たな方式でデータを多値で記録できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態にかかる磁気記録媒体を模式的に示した図である。
【図２】電気磁気効果を示すＣｒ２Ｏ３の結晶構造と、Ｃｒ原子が示す磁化（スピン）の向きを示した図である。
【図３】磁化制御層と第２強磁性層との磁気的な関係を模式的に示した図である。
【図４】第１実施形態にかかる磁気記録媒体の別の例を模式的に示した図である。
【図５】第１実施形態にかかる磁気記録装置を模式的に示した図である。
【図６】第１実施形態にかかる磁気記録装置の別の例を模式的に示した図である。
【図７】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図８】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図９】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図１０】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図１１】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図１２】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図１３】磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。
【図１４】第２実施形態にかかる磁気記録媒体の断面模式図である。
【図１５】第２実施形態にかかる磁気記録媒体を備える磁気記録装置の断面模式図である。
【図１６】第２実施形態にかかる磁気記録媒体に印加する外部磁場と外部電場の方向と、磁気記録媒体の磁気状態の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態について、図面を用いてその構成を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２４】
［第１実施形態］
＜磁気記録媒体＞
図１は、本実施形態にかかる磁気記録媒体１００の断面模式図である。図１に示すように、磁気記録媒体１００は、第１記録層１０と第２記録層２０とを備える。図１に示す磁気記録媒体１００は、第１記録層１０と第２記録層２０との間に、磁気分離層３０を備える。以下、磁気記録媒体１００の積層方向を単に「ｚ方向」、積層方向に垂直な面方向を「ｘｙ方向」と言うことがある。
【００２５】
「第１記録層」
第１記録層１０は、第１強磁性層１を有する。図１に示す第１記録層１０は、第１強磁性層１からなる。第１強磁性層１には、公知の強磁性材料を用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属及びこれらの金属を１種以上含み強磁性を示す合金を用いることができる。またこれらの金属と、Ｂ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とを含む合金を用いることもできる。具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂが挙げられる。
【００２６】
第１強磁性層１はｚ方向に磁気異方性を有し、第１強磁性層１の磁化Ｍ１はｚ方向に配向していることが好ましい。磁化Ｍ１がｚ方向に配向すると、ｘｙ面内に配向する場合と比較して１ビットを記録するために必要な面積が小さくなり、磁気記録媒体１００の記録密度を高めることができる。
【００２７】
「第２記録層」
第２記録層２０は、第１記録層１０のｚ方向に位置する。第２記録層２０は、磁化制御層２１と第２強磁性層２２とを備える。第２強磁性層２２は、磁化制御層２１より第１記録層１０側に配設されることが好ましい。
【００２８】
（磁化制御層）
磁化制御層２１は、電気磁気効果を示す電気磁気材料を含む。電気磁気効果とは、電場の印加によって物質の磁化が誘起される現象又は磁場の印加によって物質に電気分極が誘起される現象の呼称である。電気磁気効果を示す電気磁気材料としては反強磁性体、フェリ磁性体等が知られており、具体的にはα−Ｃｒ２Ｏ３、酸素の一部をボロンに置換したα−Ｃｒ２Ｏ３−ｘＢｘ、ＹＭｎＯ３、ＢｉＦｅＯ３等が知られている。
【００２９】
図２は、電気磁気効果を示すＣｒ２Ｏ３の結晶構造と、Ｃｒ原子が示す磁化（スピン）の向きを示した図である。図２に示すようにＣｒ２Ｏ３は、Ｃｒ原子とＯ原子とが積層した結晶構造を示す。
【００３０】
Ｃｒ２Ｏ３は反強磁性体であるため、隣接するＣｒ原子のもつスピンの向きは反対である。それぞれのＣｒ原子のもつスピンは２状態をとることができるため、Ｃｒ２Ｏ３がとりうる磁化の状態としては、図２（ａ）に示す場合と図２（ｂ）に示す場合の２状態がある。以下、図２（ａ）に示す状態をＦ＋ドメインと称し、図２（ｂ）に示す状態をＦ−ドメインと称する。
【００３１】
Ｆ＋ドメインとＦ−ドメインとでは、電気磁気結合係数αの正負が逆である。電気磁気結合係数αは、電場又は磁場を印加した際に電気磁気材料にどの程度の磁化又は電気分極が発現するかの指標である。すなわち、印加した電場をＥとすると発現する磁化ΔＭとの間にはΔＭ＝αＥの関係が成り立ち、印加した磁場をＨとすると発現する電気分極ΔＰとの間にはΔＰ＝αＨの関係が成り立つ。
【００３２】
Ｃｒ２Ｏ３がＦ＋ドメインとＦ−ドメインのいずれの状態をとるかは、電気磁気材料に印加する磁場及び電場の向きによって制御される。例えば、＋ｚ方向に電場を印加すると、Ｆ＋ドメインは＋ｚ方向に磁化を発現し、Ｆ−ドメインは−ｚ方向に磁化を発現する。そのため、この磁化が発現する方向と同一方向に磁場が印加されていれば、Ｃｒ２Ｏ３はよりいずれかの一状態で安定する。換言すると、電場が印加される方向と磁場が印加される方向が等しい場合はＦ＋ドメインで磁化状態は安定化し、電場が印加される方向と磁場が印加される方向が等しい場合はＦ−ドメインで磁化状態は安定化する。
【００３３】
ここではＣｒ２Ｏ３の場合を例に説明したが、その他の電気磁気材料においてもこの傾向は同一である。電気磁気材料を含む磁化制御層２１の磁化状態は、印加する磁場Ｈと印加する電場Ｅの向きによって、Ｆ＋ドメインとＦ−ドメインのいずれの状態を選択するかを制御できる。印加する磁場と電場の方向が一致する場合はＦ＋ドメインを選択し、印加する磁場と電場の方向が異なる場合はＦ−ドメインを選択する。
【００３４】
（第２強磁性層）
第２強磁性層２２は、磁化制御層２１の第１面２１ａの磁化と交換結合により磁気的に結合し、第１面２１ａの磁化に応じた磁気状態を示す。図３は、磁化制御層２１と第２強磁性層２２との磁気的な関係を模式的に示した図である。交換結合には、図３（ａ）に示す反強磁性カップリングと図３（ｂ）に示す強磁性カップリングとがある。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、交換結合が反強磁性カップリングの場合は、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと反対方向に配向する。これに対し図３（ｂ）に示すように、交換結合が強磁性カップリングの場合は、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと同一方向に配向する。すなわち反強磁性カップリングの場合は、第２強磁性層２２は磁化制御層２１の第１面２１ａの磁化状態を反映し、強磁性カップリングの場合は、第２強磁性層２２は磁化制御層２１の第１面２１ａの磁化状態を転写する。
【００３６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第２強磁性層２２は、磁化制御層２１の磁化Ｍ２１ａの影響を受けて２状態を選択できる。磁化制御層２１と第２強磁性層２２との間の交換結合は、反強磁性カップリング又は強磁性カップリングのいずれかを問わない。
【００３７】
交換結合が反強磁性カップリングであるか強磁性カップリングであるかは、磁化制御層２１を構成する材料によって変化する。磁化制御層２１が酸化物からなる場合は、反強磁性カップリングを取りやすい。
【００３８】
第２強磁性層２２には、公知の強磁性材料を用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属及びこれらの金属を１種以上含み強磁性を示す合金を用いることができる。またこれらの金属と、Ｂ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とを含む合金を用いることもできる。具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂが挙げられる。
【００３９】
第２強磁性層２２はｚ方向に磁気異方性を有し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２はｚ方向に配向していることが好ましい。磁化Ｍ２２がｚ方向に配向すると、ｘｙ面内に配向する場合と１ビットを記録するために必要な面積が小さくなり、磁気記録媒体１００の記録密度を高めることができる。
【００４０】
また第２強磁性層２２の飽和磁化量と、第１強磁性層１の飽和磁化量とは異なることが好ましい。それぞれの層の飽和磁化量が異なることで、各層の磁気状態が変化した際に漏れ磁束の変化量が大きくなる。すなわち、データの読み出しが容易になる。
【００４１】
また第２強磁性層２２の飽和磁化量は、第１強磁性層１の飽和磁化量より大きいことが好ましい。後述するが、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は外部磁場により制御し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２１ａは外部磁場及び外部電場により制御された磁化制御層２１との交換相互作用により制御される。そのため、外部磁場のみで第２強磁性層２２の磁化方向が変化しないことが好ましい。また漏れ磁場を検出する読み取りヘッドが第１強磁性層１側に配設された場合（すなわち、第１強磁性層１が外表面側に配設された場合）でも、第２強磁性層２２の飽和磁化が第１強磁性層１の飽和磁化より大きいことで、外表面から遠い第２強磁性層２２の漏れ磁場を容易に検出できる。つまり、安定的にデータを読み出すことができる。
【００４２】
また図４に示す磁気記録媒体１０１のように、磁化制御層２１と第２強磁性層２２との間には、スペーサ層２３を備えてもよい。スペーサ層２３により、磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２との間に働く交換結合の強度を調整できる。これらの間に働く交換結合の強度を弱めることで、磁化制御層２１の磁気状態を変更しやすくなる。また磁化制御層２１と第２強磁性層２２との間における材料のミキシングや酸素元素の拡散を防ぐことができる。例えば、磁化制御層２１がＣｒ２Ｏ３からなる場合、酸素元素が第２強磁性層２２に拡散することを防ぎ、第２強磁性層２２の飽和磁化量の減少を抑制できる。
【００４３】
「磁気分離層」
磁気分離層３０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２２とを磁気的に分離する。磁気分離層３０を備えると、第１強磁性層１及び第２強磁性層２２の漏れ磁場が互いの層に影響を及ぼすことが抑制できる。磁気分離層３０には、非磁性層を用いることができる。例えば、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ等を用いることができる。非磁性層は、金属に限られず、半導体、絶縁体を用いることができる。
【００４４】
磁気分離層３０の厚みは、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ程度であることがさらに好ましい。磁気分離層３０の厚みをこの範囲内にすることで、外表面から遠い側の層（例えば、第２強磁性層２２）の漏れ磁場を読み取りヘッドで検出でき、かつ、第１強磁性層１及び第２強磁性層２２が生じる漏れ磁場が互いの層に影響を及ぼす影響を抑制できる。
【００４５】
＜磁気記録装置＞
図５は、本実施形態にかかる磁気記録装置の断面模式図である。図５に示す磁気記録装置２００は、上述の磁気記録媒体１００と磁気ヘッド１１０とを備える。磁気ヘッド１１０には、磁場印加手段１２０と電場印加手段１３０が接続されている。また磁気記録媒体１００は、基板１４０上に積層されている。
【００４６】
「磁場印加手段」
磁場印加手段１２０は、磁化制御層２１に磁場Ｈを加え、磁化制御層２１の磁化の状態を制御する。磁場印加手段は、磁化制御層２１に磁場Ｈを加えることができれば、特に問わない。例えば、永久磁石、電磁石等を用いることができる。
【００４７】
「電場印加手段」
電場印加手段１３０は、磁化制御層２１に電場Ｅを加え、磁化制御層２１の磁化の状態を制御する。図５に示す電場印加手段１３０は、電極層１３２と対向電極１３４と電源１３６とを備える。電極層１３２と対向電極１３４との間に電位差が生じることで、磁化制御層２１に電場が印加される。
【００４８】
電場印加手段１３０は、磁化制御層２１に電場Ｅを加えることができれば、図５の構成に限られない。例えば、図６は本実施形態にかかる磁気記録装置の別の例の断面模式図である。図６に示す磁気記録装置２０１は、電場印加手段１３０が磁気ヘッド１１０と分離されている。電源１３６により磁気分離層３０と電極層１３２との間に電位差を生み出すことで、磁化制御層２１に電場Ｅを加えることができる。図６では、電場印加手段１３０の一端を磁気分離層３０に接続して磁化制御層２１に電位差を与えているが、電場印加手段１３０の一端を第１強磁性層１又は第２強磁性層２２に接続して磁化制御層２１に電位差を与えてもよい。
【００４９】
＜磁気記録媒体の磁気状態の変化＞
図７〜図１３は、磁気記録媒体の磁気状態の変化を示す図である。いずれの図においても（ａ）は磁気記録媒体１００の磁気状態を模式的に示した図であり、（ｂ）は第１強磁性層１の磁気特性を示す磁化曲線であり、（ｃ）は第２強磁性層２２の磁気特性を示す磁化曲線である。
【００５０】
磁気記録媒体１００の磁気状態が図７（ａ）に示す一状態から他の状態にどのように移行するかを説明する。図７（ａ）に示す第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、下向きに配向している。また磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は反強磁性カップリングしている。図７（ｂ）に示す第１強磁性層１の磁化曲線はヒステリシスループを描く。これに対し、図７（ｃ）に示す第２強磁性層２２の磁化曲線は、磁化制御層２１との交換結合の影響を受けるため、＋Ｈ（Ｏｅ）側に偏った曲線となる。図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、無磁場の状態で磁気状態を安定的に保持できる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２がいずれも下向きに配向したこの状態を第１磁気状態という。
【００５１】
第１磁気状態にある磁気記録媒体１００に外部磁場Ｈを印加する。外部磁場Ｈは、図５に示す磁場印加手段１２０によって印加される。外部磁場Ｈが印加されると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の磁気特性は変化し（図８（ｂ））、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は上向きに配向する（図８（ａ））。同様に、外部磁場Ｈが印加されると、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２の磁気特性は変化し（図８（ｃ））、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は上向きに配向する（図８（ａ））。一方で、磁化制御層２１の磁化Ｍ２１ａの向きは、磁場と電場が印加されないと変化しない。
【００５２】
図９は、図８に示す磁気状態の磁気記録媒体１００への外部磁場Ｈの印加を止めた状態である。図９（ｂ）に示すように第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、ヒステリシスループに沿って配向するため、上向きの配向状態を維持する（図９（ａ））。これに対し、図９（ｃ）に示すように第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、磁化制御層２１との反強磁性カップリングを維持するため、磁化反転する。その結果、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、下向きに配向する（図９（ａ））。つまり、無磁場下において磁気記録媒体１００は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が上向きに配向し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２が下向きに配向した磁気状態となる。この状態を第２磁気状態という。
【００５３】
一方で図１０は、図８に示す磁気状態の磁気記録媒体１００への外部磁場Ｈの印加を止めずに、さらに外部電場Ｅを印加した状態である。外部電場Ｅは、図５に示す電場印加手段１３０によって印加される。外部電場Ｅは、外部磁場Ｈと反対方向に印加する。外部磁場Ｈと外部電場Ｅが逆向きに印加されると、磁化制御層２１の磁気状態が変化する。磁化制御層２１の磁気状態は、Ｆ＋ドメインからＦ−ドメインに変化する（図２参照）。磁化制御層２１の磁気状態が変化すると、磁化制御層２１の第１面２１ａの磁化Ｍ２１ａと交換結合する第２強磁性層２２の磁化曲線が変化する。図１０（ｃ）に示すように、第２強磁性層２２の磁化曲線は、＋Ｈ（Ｏｅ）側に偏った曲線から−Ｈ（Ｏｅ）側に偏った曲線に変化する。この際、第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、外部磁場Ｈの影響を受けて上向きに配向する。
【００５４】
図１１は、図１０に示す磁気状態の磁気記録媒体１００への外部磁場Ｈ及び外部電場Ｅの印加を止めた状態である。図１０（ｂ）に示すように第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、ヒステリシスループに沿って配向するため、上向きの配向状態を維持する（図１０（ａ））。また図１０（ｃ）に示すように、第２強磁性層２２の磁化曲線の偏り方向が変化することで、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２も上向きの状態を維持する（図１０（ａ））この際、磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は反強磁性カップリングし、安定化している。つまり、無磁場下において磁気記録媒体１００は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２が上向きに配向した磁気状態となる。この状態を第３磁気状態という。
【００５５】
図１２は、図１１に示す磁気状態の磁気記録媒体１００へ図８において印加した方向と逆向きの外部磁場Ｈを印加した状態である。外部磁場Ｈが印加されると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の磁気特性は変化し（図１２（ｂ））、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は下向きに配向する（図１２（ａ））。同様に、外部磁場Ｈが印加されると、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２の磁気特性は変化し（図８（ｃ））、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は下向きに配向する（図１２（ａ））。一方で、磁化制御層２１の磁化Ｍ２１ａの向きは、磁場と電場が印加されていないため、変化しない。
【００５６】
図１３は、図１２に示す磁気状態の磁気記録媒体１００への外部磁場Ｈの印加を止めた状態である。図１３（ｂ）に示すように第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、ヒステリシスループに沿って配向するため、下向きの配向状態を維持する（図１３（ａ））。これに対し、図１３（ｃ）に示すように第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、磁化制御層２１との反強磁性カップリングを維持するため、磁化反転する。その結果、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は、上向きに配向する（図１３（ａ））。つまり、無磁場下において磁気記録媒体１００は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が下向きに配向し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２が上向きに配向した磁気状態となる。この状態を第４磁気状態という。
【００５７】
上述のように、磁気記録媒体１００の磁気状態を変化させることで、第１磁気状態（図７）、第２磁気状態（図９）、第３磁気状態（図１１）、第４磁気状態（図１３）の４状態を選択できる。すなわち、本実施形態にかかる磁気記録媒体１００は、４値の情報を記録できる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
【００５９】
例えば、図１〜図１３では、第１強磁性層１、第２強磁性層２２及び磁化制御層２１を垂直磁化膜としたが、第１強磁性層１又は第２強磁性層２２を面内磁化膜としてもよい。これらの層の合成磁場が読み取りヘッドで読み取る漏れ磁場であり、いずれかの層が面内方向膜の場合でも、合成磁場は変化するため、多値記録を実現できる。
【００６０】
また磁気記録媒体は、ｘｙ方向に１ビット毎に区切られた不連続媒体でも、区切りの無い連続媒体でもよい。不連続媒体の場合、図１に示す１単位を１ビットの記録領域として複数配列し、隣接する記録領域との間を非磁性層で分離する。非磁性層で各記録領域を分離することで、各記録領域の磁気状態を安定化することができる。一方で、連続媒体の場合、図１に示す各層をｘｙ面内に連続的に延在させる。磁化制御層２１の磁化Ｍ２１ａは、外部磁場と外部電場が印加された領域のみ変化し、その他の領域は変化しない。そのため、各磁性層が連続的に延在していても領域毎に磁気状態を変えることができる。磁気記録媒体が連続媒体であれば、記録領域を密に配列することができ、高容量な磁気記録媒体を実現できる。
【００６１】
また本実施形態にかかる磁気記録媒体は、公知の積層方法を用いて順に成膜することで作製できる。例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等を用いることができる。
【００６２】
［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態にかかる磁気記録媒体１０２の断面模式図である。図１４に示す磁気記録媒体１０２は、第１記録層１０が第１強磁性層１と第２磁化制御層２とからなる点が、図１に示す磁気記録媒体１００と異なる。その他の構成は、図１に示す磁気記録媒体１００と同様であり、同様の構成については説明を省く。
【００６３】
第２磁化制御層２は、第２記録層２０における磁化制御層２１と同様のものを用いることができる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、第２磁化制御層２の第１面２ａの磁化と交換結合により磁気的に結合し、第１面２ａの磁化に応じた磁気状態を示す。
【００６４】
図１５は、第２実施形態にかかる磁気記録媒体を備える磁気記録装置の断面模式図である。図１５に示す磁気記録装置２０２は、上述の磁気記録媒体１０２と磁気ヘッド１１０とを備える。磁気ヘッド１１０には、磁場印加手段１２０と電場印加手段１３０が接続されている。また磁気記録媒体１０２は、基板１４０上に積層されている。電場印加手段１３０の構成が、図５に示す磁気記録装置２００と異なる。その他の構成は、図５に示す磁気記録装置２００と同様であり、同様の構成については説明を省く。
【００６５】
図１５に示す電場印加手段１３０は、電極層１３２と磁気分離層３０との間で第２記録層２０の磁化制御層２１に電場を印加する第１電源１３６ａと、磁気分離層３０と対向電極１３４との間で第１記録層１０の第２磁化制御層２に電場を印加する第２電源１３６ｂと、を備える。
【００６６】
図１６は、第２実施形態にかかる磁気記録媒体に印加する外部磁場と外部電場の方向と、磁気記録媒体の磁気状態の変化を示した図である。図１６（ａ）は、外部磁場Ｈ、第１外部電場Ｅａ及び第２外部電場Ｅｂをいずれも同様の方向に印加した場合の磁気記録媒体１０２の磁気状態を示す。外部磁場Ｈは磁場印加手段１２０により印加され、第１外部電場Ｅａは第１電源１３６ａにより印加され、第２外部電場Ｅｂは第２電源１３６ｂにより印加される（図１５）。
【００６７】
外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａの印加方向は等しいため、磁化制御層２１の磁化状態はＦ＋ドメインとなる（図２）。同様に、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂの印加方向は等しいため、第２磁化制御層２の磁化状態もＦ＋ドメインとなる（図２）。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は第２磁化制御層２の第１面２ａ近傍の磁化Ｍ２ａと反強磁性カップリングし、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は磁化制御層２１の第１面２１ａ近傍の磁化Ｍ２１ａと反強磁性カップリングする。そのため、第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２はいずれも下向きに配向する（第１磁化状態）。
【００６８】
これに対し図１６（ｂ）は、外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａとは同一方向に印加し、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂとは異なる方向に印加した場合の磁気記録媒体１０２の磁気状態を示す。
【００６９】
外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａの印加方向は等しいため、磁化制御層２１の磁化状態はＦ＋ドメインとなる（図２）。一方で、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂの印加方向は異なるため、第２磁化制御層２の磁化状態はＦ−ドメインとなる（図２）。そのため、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は上向き配向し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は下向きに配向する（第２磁化状態）。
【００７０】
また図１６（ｃ）は、外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａとは異なる方向に印加し、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂとは同一方向に印加した場合の磁気記録媒体１０２の磁気状態を示す。
【００７１】
外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａの印加方向は異なるため、磁化制御層２１の磁化状態はＦ−ドメインとなる（図２）。一方で、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂの印加方向は等しいため、第２磁化制御層２の磁化状態はＦ＋ドメインとなる（図２）。そのため、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は下向き配向し、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２は上向きに配向する（第３磁化状態）。
【００７２】
さらに図１６（ｄ）は、外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａ及び第２外部電場Ｅｂとを異なる方向に印加した場合の磁気記録媒体１０２の磁気状態を示す。
【００７３】
外部磁場Ｈと第１外部電場Ｅａの印加方向は異なるため、磁化制御層２１の磁化状態はＦ−ドメインとなる（図２）。同様に、外部磁場Ｈと第２外部電場Ｅｂの印加方向も異なるため、第２磁化制御層２の磁化状態はＦ−ドメインとなる（図２）。そのため、第１強磁性層１の磁化Ｍ１及び第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２はいずれも上向きに配向する（第４磁化状態）。
【００７４】
上述のように、磁気記録媒体１０２は、印加する外部磁場Ｈ、第１外部電場Ｅａ及び第２外部電場Ｅｂの方向を制御することで、複数の磁化状態を選択できる。すなわち、第２実施形態にかかる磁気記録媒体１０２は、多値の記録を行うことができる。また第２実施形態にかかる磁気記録媒体１０２は、図１６に示すようにいずれの状態をとる場合でも印加する外部磁場Ｈの方向を一定にすることができる。すなわち、磁場印加手段を、磁場印加方向を変化させることができる電磁石にする必要が無く、発生する磁場方向が固定された永久磁石とすることができる。すなわち、磁場印加手段を駆動するために必要な電力が不要になり、消費電力をより下げることができる。
【００７５】
また第１実施形態及び第２実施形態にかかる磁気記録媒体は、記録層を２層の場合を例に説明した。しかしながら記録層の積層数は２層に限られず、３層以上でもよい。この場合、それぞれの記録層には磁化制御層が設けられ、電場及び磁場によりそれぞれの層の磁化状態を制御する。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
実施例１では、図５に示す磁気記録装置２００と同様の磁気記録装置を作成した。まず基板１４０として（０００１）方向を積層面としたＡｌ２Ｏ３基板を準備した。そして、基板１４０上に、電極層１３２として２５ｎｍ厚のＰｔ、磁化制御層２１として１００ｎｍ厚みのＣｒ２Ｏ３、第２強磁性層２２として４ｎｍ厚みのＣｏ、磁気分離層３０として５ｎｍ厚みのＲｕ、第１強磁性層１として３ｎｍ厚みのＣｏＣｒＰｔを順に積層した。これらの層は、スパッタリング法により積層した。
【００７７】
そして作製された磁気記録媒体１００に＋１０ｋＯｅの外部磁場Ｈと、−２０Ｖの外部電場Ｅを印加した。外部磁場Ｈと外部電場Ｅの積は、−２００００ｋＶｋＯｅ／ｃｍであった。その結果、磁気記録媒体１００の磁気状態が、図１１に示す第３磁気状態になることを確認した。第１強磁性層１及び第２強磁性層２２の磁化がいずれの方向を向いているかは、外部磁場、外部電場印加後の記録媒体の深さ分析ＸＭＣＤ測定を用いて確認した。
【００７８】
次いで磁気記録媒体１００に＋１０ｋＯｅの外部磁場Ｈと、＋２０Ｖの外部電場Ｅを印加した。外部磁場Ｈと外部電場Ｅの積は、＋２００００ｋＶｋＯｅ／ｃｍであった。その結果、磁気記録媒体１００の磁気状態が、図９に示す第２磁気状態になることを確認した。
【００７９】
次いで磁気記録媒体１００に−１０ｋＯｅの外部磁場Ｈと、＋２０Ｖの外部電場Ｅを印加した。外部磁場Ｈと外部電場Ｅの積は、−２００００ｋＶｋＯｅ／ｃｍであった。その結果、磁気記録媒体１００の磁気状態が、図１３に示す第４磁気状態になることを確認した。
【００８０】
次いで磁気記録媒体１００に−１０ｋＯｅの外部磁場Ｈと、−２０Ｖの外部電場Ｅを印加した。外部磁場Ｈと外部電場Ｅの積は、＋２００００ｋＶｋＯｅ／ｃｍであった。その結果、磁気記録媒体１００の磁気状態が、図７に示す第１磁気状態になることを確認した。
【符号の説明】
【００８１】
１  第１強磁性層
２  第２磁化制御層
１０  第１記録層
２０  第２記録層
２１  磁化制御層
２２  第２強磁性層
２３  スペーサ層
２ａ、２１ａ  第１面
１００，１０１，１０２  磁気記録媒体
１１０  磁気ヘッド
１２０  磁場印加手段
１３０  電場印加手段
１３２  電極層
１３４  対向電極
１３６  電源
１３６ａ  第１電源
１３６ｂ  第２電源
１４０  基板
２００，２０１，２０２  磁気記録装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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