(57)【要約】【課題】再生信号のＳＮ比を向上させることができる磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る磁気記録再生装置は、記録媒体及びスピントルク発振素子再生ヘッドを備える。記録媒体では、複数の同心円状トラックが形成されている。スピントルク発振素子再生ヘッドは、前記記録媒体から情報を再生するものであって、第１のクロストラック方向幅を有する発振層と、第２のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備える。前記第１のクロストラック方向幅は前記第２のクロストラック方向幅の２倍より大きく、前記第２のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい。【選択図】図２
2015008026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同心円状トラックが形成されている記録媒体と、
前記記録媒体から情報を再生するスピントルク発振素子再生ヘッドであって、第１のクロストラック方向幅を有する発振層と、第２のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備えるスピントルク発振素子再生ヘッドと、
を具備し、
前記第１のクロストラック方向幅は前記第２のクロストラック方向幅の２倍より大きく、前記第２のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい、磁気記録再生装置。
【請求項２】
前記スピントルク発振素子を挟んで設けられた１対のシールド層をさらに具備し、前記１対のシールド層間のギャップが前記記録媒体のビット間距離以下である、請求項１に記載の磁気記録再生装置。
【請求項３】
前記発振層は前記記録媒体に対向する第１の媒体対向面を有し、前記ポーラライザ層は前記記録媒体に対向する第２の媒体対向面を有し、前記第１の媒体対向面と前記第２の媒体対向面との間の距離が前記第２のクロストラック方向幅の半分より大きい、請求項１又は２に記載の磁気記録再生装置。
【請求項４】
前記ポーラライザ層の前記クロストラック方向の両側に配置されたハードバイアス膜をさらに具備する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項５】
前記第１の媒体対向面に対向する前記発振層の側面に対向して配置されたハードバイアス膜をさらに具備する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項６】
前記発振層が面内磁化膜であり、前記ポーラライザ層が面内磁化膜である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項７】
前記発振層が面内磁化膜であり、前記ポーラライザ層が垂直磁化膜である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項８】
前記発振層が垂直磁化膜であり、前記ポーラライザ層が面内磁化膜である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項９】
前記発振層が垂直磁化膜であり、前記ポーラライザ層が垂直磁化膜である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項１０】
前記発振層が人工フェリ磁性膜である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【請求項１１】
前記ポーラライザ層が人工フェリ磁性膜である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スピントルク発生素子再生ヘッドを備えた磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピントルク発振素子をハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気記録再生装置の再生ヘッドに利用する技術が提案されている。スピントルク発振素子を備えるスピントルク発振素子再生ヘッドでは、従来のＨＤＤ再生ヘッドにおいて問題になりつつあるマグノイズの問題を回避できると考えられている。これは、スピントルク発振素子の発振層内の磁化の発振エネルギーによってマグノイズのエネルギーを相対的に抑制することができるためである。スピントルク発振素子再生ヘッドでは、スピントルク発振素子の発振が安定であるほどマグノイズが抑制され、高ＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）の再生信号を得ることができる。スピントルク発振素子再生ヘッドにおいては、トラック間干渉及びビット間干渉といった媒体ノイズを抑制し、再生信号のＳＮ比を向上できることが求められている。
【０００３】
ところで、スピントランスファ技術分野でよく知られているスピントルク発振素子の加工形状の型はピラー型とナノコンタクト型の２つに大別される。ピラー型のスピントルク発振素子は、磁気抵抗効果（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子の形状に類似して、発振層、スペーサ層、及びポーラライザ層により形成された磁性多層膜をサブミクロンサイズの柱状に加工した形状を有する。一方、ナノコンタクト型のスピントルク発振素子は、磁性多層膜を特定の形状に加工することなく、通電するためのコンタクト電極をサブミクロンサイズに加工した形状を有する。ナノコンタクト型のスピントルク発振素子は、ピラー型のスピントルク発振素子に比べて安定な発振が得られやすいと考えられている。例えば、ナノコンタクト型のスピントルク発振素子において、適当な磁場環境下で１８０００という高いＱ値の発振を得られることが報告されている。ナノコンタクト型のスピントルク発振素子では、発振層が特に加工されておらず、発振層の側面の加工ダメージが少ないことが、安定な発振を得られる理由であると考えられている。このように、発振層に対する加工ダメージを小さくすることが安定な発振につながるとする知見が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８６８５５号公報
【特許文献２】特許第４０９８７８６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. I. Kiselev et al., Nature 425, 380 (2003)
【非特許文献２】W. H. Rippard et al., Physical Review B 70, 100406 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スピントルク発振素子再生ヘッドにおいては、再生信号のＳＮ比を向上するために、スピントルク発振素子を安定して発振させ、且つ、媒体ノイズを抑制することができることが求められている。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、再生信号のＳＮ比を向上させることができる磁気記録再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係る磁気記録再生装置は、記録媒体及びスピントルク発振素子再生ヘッドを備える。記録媒体では、複数の同心円状トラックが形成されている。スピントルク発振素子再生ヘッドは、前記記録媒体から情報を再生するものであって、第１のクロストラック方向幅を有する発振層と、第２のクロストラック方向幅を有するポーラライザ層と、前記発振層及び前記ポーラライザ層間に配置されたスペーサ層と、を含むスピントルク発振素子を備える。前記第１のクロストラック方向幅は前記第２のクロストラック方向幅の２倍より大きく、前記第２のクロストラック方向幅は隣接トラック間距離より小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る磁気記録再生装置を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示したスピントルク発振素子及び記録媒体の概略構成を示す図。
【図３】（ａ）はＬ＞２Ｄという条件を説明するためのシミュレーションに使用するスピントルク発振素子の概略構成を示す図であり、（ｂ）はシミュレーション結果を示すグラフ。
【図４】第２の実施形態に係るスピントルク発振素子再生ヘッドを概略的に示す断面図。
【図５】一実施形態に係る発振層及びポーラライザ層が面内磁化膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図６】一実施形態に係る発振層が人工フェリ磁性膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図７】一実施形態に係るポーラライザ層が人工フェリ磁性膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図８】一実施形態に係る発振層及びポーラライザ層が人工フェリ磁性膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図９】一実施形態に係る発振層が面内磁化膜であり且つポーラライザ層が垂直磁化膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図１０】一実施形態に係る発振層が垂直磁化膜であり且つポーラライザ層が面内磁化膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図１１】一実施形態に係る発振層及びポーラライザ層が垂直磁化膜であるスピントルク発振素子を示す断面図。
【図１２】第３の実施形態に係るスピントルク発振素子再生ヘッドを概略的に示す図。
【図１３】一実施形態に係るスピントルク発振素子再生ヘッドにハードバイアス膜が設けられる一例を示す図。
【図１４】一実施形態に係るスピントルク発振素子再生ヘッドにハードバイアス膜が設けられる他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら種々の実施形態を説明する。ここでは、実施形態に係る磁気記録再生装置をハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に適用した例について説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る磁気記録再生装置１００を概略的に示している。磁気記録再生装置１００は、図１に示すように、スピントルク発振素子再生ヘッド１１０及び記録媒体１２０を備える。
【００１２】
スピントルク発振素子再生ヘッド１１０は、記録媒体１２０に記録されている磁気情報を再生するために使用される。具体的には、スピントルク発振素子再生ヘッド１１０は、記録媒体１２０から発せられる磁場を検出する磁気センサとしてスピントルク発振素子（ＳＴＯ：Ｓｐｉｎ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１１２を備える。以下では、スピントルク発振素子再生ヘッドをＳＴＯ再生ヘッドと記載する。ＳＴＯ再生ヘッド１１０は、図示しないアクチュエータアームの先端部に取り付けられている。情報再生時には、ＳＴＯ再生ヘッド１１０が記録媒体１２０の表面から所定の浮上量をもって保持されるように、アクチュエータアームが駆動される。
【００１３】
本実施形態では、記録媒体１２０は磁気ディスクである。記録媒体１２０には、複数の同心円状のトラック１２２が形成されている。各トラック１２２には、記録ビットが等間隔に配列されている。記録ビットが配列される間隔は、同一トラック内で等間隔であればよく、トラックごとに異なっていてもよい。情報再生時には、記録媒体１２０は、図示しない回転機構により矢印Ｒ（あるいはその逆）の方向に回転される。それにより、ＳＴＯ再生ヘッド１１０は記録媒体１２０に対して相対的に移動する。
【００１４】
ここでは、説明の便宜上、図１に示すように、ＳＴＯ再生ヘッド１１０に固定されたＸＹＺ直交座標系を定義する。Ｘ方向はクロストラック方向（すなわち、記録媒体１２０の径方向）を表し、Ｙ方向は記録媒体１２０の記録面に垂直な方向を表し、Ｚ方向はスピントルク発振素子１１２が記録媒体１２０に対して相対的に移動する方向（ダウントラック方向。ここでは，ビット方向と称することにする。）を表す。
【００１５】
図２は、スピントルク発振素子１１２を概略的に示している。スピントルク発振素子１１２は、図２に示すように、発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３、キャップ層２０４、及び下地層２０５により形成されている。発振層２０１は下地層２０５に積層され、スペーサ層２０２は発振層２０１に積層され、ポーラライザ層２０３はスペーサ層２０２に積層され、キャップ層２０４はポーラライザ層２０３に積層されている。下地層２０５、発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３、及びキャップ層２０４が積層されている方向を積層方向と称することにする。情報再生時には、ＳＴＯ再生ヘッド１１０は、積層方向がビット方向に略一致するようにして記録媒体１２０に対向して配置される。ここでは、記録ビットＣを含むトラック１２２Ｃに記録されている情報を再生する場合を想定している。情報再生を行う対象のトラックを対象トラックと称する。図２では、説明のために記録媒体１２０の一部とスピントルク発振素子１１２のＸ−Ｚ断面とを並べて示しているが、情報再生時には、スピントルク発振素子１１２は、対象トラック（例えばトラック１２２Ｃ）上をビット方向に相対的に移動しながら、直下に位置する記録ビットからの媒体磁場を検出する。
【００１６】
スピントルク発振素子１１２は、１対の電極を介して所定の直流電流を通電することにより発振する。所定の直流電流とは、閾値電流密度より大きい電流密度を有する直流電流を指す。具体的には、スピントルク発振素子１１２に直流電流を通電すると、直流電流がポーラライザ層２０３によってスピン偏極される。スピン偏極した電流は、発振層２０１の磁化にスピントルクを作用させる。それにより、発振層２０１の磁化が定常的に振動する。本実施形態では、ポーラライザ層２０３は磁化が運動できるフリー層であり、直流電流の通電下ではポーラライザ層２０３の磁化も定常的に振動する。なお、ポーラライザ層２０３は磁化が固定されたピンド層であってもよい。
【００１７】
磁化振動は、磁気抵抗（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を通じて高周波出力に変換される。具体的には、磁気抵抗効果によって電極間の電圧に交流成分が生じ、電圧の交流成分が図示しない高周波回路によって取り出される。高周波出力の周波数は、例えば、発振層２０１のサイズ及び膜厚、直流電流の大きさ、外部磁場の大きさなどに依存する。高周波出力の周波数は、外部磁場に依存することから、記録媒体１２０の記録ビットからの磁場にも依存する。従って、再生信号である高周波出力の周波数(あるいは位相)を測定することで記録ビットの磁化方向を検出することができる。
【００１８】
一例では、記録媒体１２０は垂直磁気記録媒体である。記録媒体１２０の各記録ビットは、その磁化方向に応じた情報を保持する。例えば、磁化方向が上向き（＋Ｙ方向）の記録ビットは情報“０”を保持し、磁化方向が下向き（−Ｙ方向）の記録ビットは情報“１”を保持する。さらに、記録ビットは、その磁化方向に応じた媒体磁場を発生する。ＳＴＯ再生ヘッド１１０は、スピントルク発振素子１１２に作用する記録ビットからの媒体磁場を検出することで、その記録ビットが保持する情報を再生することができる。
【００１９】
ＳＴＯ再生ヘッド１１０による再生動作は、スピントルク発振素子１１２を発振させた状態でなされる。スピントルク発振素子１１２が発振した状態でスピントルク発振素子１１２をビット方向に記録媒体１２０に対して相対移動させることにより、ＳＴＯ再生ヘッド１１０は、記録ビットからの磁場を次々に検出する。磁場の検出は、高周波出力の周波数変化又は位相変化を検出することによってなされる。
【００２０】
発振層２０１は、クロストラック方向幅Ｌを有する。ポーラライザ層２０３は、クロストラック方向幅Ｄを有する。ポーラライザ層２０３は、円柱形状、楕円柱形状、角が丸くなっている四角柱形状などの柱状にパターニングされており、クロストラック方向幅Ｄは、ポーラライザ層２０３のクロストラック方向幅の最大値を指す。例えば、ポーラライザ層２０３が半径Ｒの円柱形状である場合、クロストラック方向幅Ｄは半径Ｒの２倍である。クロストラック方向幅は、スピントルク発振素子１１２が情報再生のために記録媒体１２０に対向して配置された状態でのクロストラック方向の寸法を指す。スピントルク発振素子１１２は、クロストラック方向幅Ｌ及びＤが下記数式（１）を満たすように、設計され加工されている。数式（１）によれば、クロストラック方向幅Ｌはクロストラック方向幅Ｄの２倍より大きい。  
Ｌ＞２Ｄ          （１）
数式（１）は、スピントルクによって発振層２０１に励起される磁化ダイナミクスが発振層２０１の側面の加工ダメージの影響をほぼ受けない条件を表す。数式（１）を満たす場合には、発振層２０１に対する加工ダメージの影響を回避して安定な発振を取り出すことができる。なお、数式（１）を満たす場合に発振層２０１に励起される磁化ダイナミクスが発振層２０１側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないとする理由は後述する。
【００２１】
数式（１）を満たす場合、発振層２０１、スペーサ層２０２、及びポーラライザ層２０３を含む磁性多層膜の加工形状は、ハーフピラー型と呼び得る形状である。図２の例では、スペーサ層２０２がポーラライザ層２０３と同様にパターニングされているが、これは、ハーフピラー型と呼んでいる形状にとって本質的ではない。ここで、ハーフピラー型と呼んでいるのは、ポーラライザ層２０３がピラー状（柱状）に加工されていることに由来している。スペーサ層２０２の形状は、ポーラライザ層２０３と同様の形状であってもよく、ポーラライザ層２０３に向かって先細りとなる形状であってもよい。
【００２２】
記録媒体１２０では、トラック幅がＷとなるように、図示しない記録ヘッドによって磁気記録がなされている。図２では、記録媒体１２０の例としてグラニュラー媒体を模式的に図示している。この場合、隣接トラック間領域２１０には磁化転移が生じる。記録媒体１２０は、いわゆるディスクリート・トラック媒体やビットバターンド媒体であっても良く、その場合、隣接トラック間領域２１０には、非磁性体が埋め込まれるなどの加工が施されている。磁気記録再生装置１００では、ポーラライザ層２０３のクロストラック方向幅Ｄ及び隣接トラック間距離Ｂは、下記数式（２）を満たす。隣接トラック間距離とは、図２に示すような点線間の距離のことであり、記録ビット中心と，その記録ビットに動径方向に隣接する記録ビットの中心との距離を意味する。ここで隣接トラック間距離は例えば、磁気力顕微鏡(MFM)を用いて磁気像を解析することで評価することができる。数式（２）によれば、クロストラック方向幅Ｄは隣接トラック間距離Ｂより小さい。  
Ｄ＜Ｂ          （２）
数式（２）は、ポーラライザ層２０３に作用する非対象トラックからの干渉を低減して、媒体ノイズを抑制するための条件を表す。非対象トラックは、対象トラック（例えばトラック１２２Ｃ）にクロストラック方向に隣接するトラック（例えばトラック１２２Ｌ、１２２Ｒなど）を指す。この条件について説明するために、これとは逆の条件、すなわち、Ｄ＞Ｂの場合に、媒体ノイズによって再生信号が劣化する傾向があることを説明する。ここでは、図２に示される記録ビットＣを再生するものとする。記録ビットＬ、Ｒが記録ビットＣとクロストラック方向に隣接している。Ｄ＞Ｂの場合、対象トラック上だけでなく、対象トラック外の隣接トラック上にもポーラライザ層２０３がかぶって位置するため、記録ビットＬ、Ｒからの磁場がポーラライザ層２０３に働くようになり、ポーラライザ層２０３の磁化ｐは、記録ビットＬ、Ｒからの影響を受けて揺らぐ。一方、発振層２０１の磁化ｍを励起するＳｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉ型スピントルクは、σＩｍ×（ｍ×ｐ）に比例する。ここで、σはスピントランスファ効率を表し、Ｉはスピントルク発振素子１１２に通電される電流を表す。従って、隣接記録ビットＬ、Ｒからの磁場による磁化ｐの揺らぎは、スピントルクσＩｍ×（ｍ×ｐ）を通じて磁化ｍの揺らぎに変換されることになる。磁化ｍの揺らぎは、発振の揺らぎにほかならず、スピントルク発振素子１１２からの再生信号の劣化につながる。このように、数式（２）の条件は、非対象トラックによるポーラライザ層２０３の磁化ｐの揺らぎが、スピントルクを通じて磁化ｍの発振に与える影響を抑えるための条件である。
【００２３】
次に、数式（１）に示す条件について説明する。  
Ｌ＞２Ｄの場合に、発振層２０１に励起される磁化ダイナミクスが発振層２０１側面の加工ダメージの影響をほぼ受けないことを、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、発明者らが行った、発振層２０１の磁化ダイナミクスに関するマイクロマグネティックシミュレーションの設定である磁気多層膜の形状を示している。図３（ｂ）は、そのマイクロマグネティックシミュレーションの結果を示している。シミュレーションでは、図３（ａ）に示すように、発振層２０１をＸ方向の長さＬｘ、Ｙ方向の長さＬｙが４００ｎｍであり且つ膜厚（Ｚ方向に規定される。）ｄが３ｎｍである直方体形状とし、ポーラライザ層２０３を半径Ｒが４０ｎｍの円柱形状としている。発振層２０１の磁性パラメタとして、飽和磁化８００ｅｍｕ／ｃｍ３、交換スティッフネス係数１ｘ１０−６ｅｒｇ／ｃｍ、ｘ方向の結晶一軸異方性１０００ｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバートダンピング係数０．０２、Ｘ方向の面内外部磁場Ｈｅｘｔ＝１０００ Ｏｅを用い、電流密度Ｊ＝Ｉ/πＲ２の通電下で磁化ダイナミクスを計算している。
【００２４】
図３（ｂ）は、電流密度が６×１０８Ａ／ｃｍ２の場合の計算結果を示し、発振層２０１の磁化は、ｘｙ面からの立ち上がり角θ空間分布を表している。図３（ｂ）において、点線は振動の一周期分の時空間依存性を表し、太線はθの空間分布の一周期平均を表す。図３（ｂ）からは、大振幅の磁化ダイナミクスが、原点を中心として局在し、幅２Ｄ（この例では１６０ｎｍ）の範囲におさまることがわかる。従って、Ｌ＞２Ｄの場合、発振層２０１に励起される大振幅の磁化ダイナミクスは、発振層２０１のクロストラック方向幅Ｌの影響をほとんど受けない。さらに、Ｌ＝１８０、２４０、２８０ｎｍの場合も計算したが、Ｌ＝４００ｎｍの場合とほとんど同一の磁化ダイナミクスが現れることがシミュレーションで確認されている。すなわち、Ｌ＞２Ｄであれば、発振層２０１の形状に無関係に同様の磁化ダイナミクスが励起される。これは、Ｌ＞２Ｄの場合には、発振層２０１に励起される磁化ダイナミクスが発振層２０１側面の加工ダメージの影響を受けないことを意味する。
【００２５】
以上のように、第１の実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、発振層のクロストラック方向幅がポーラライザ層のクロストラック方向幅の２倍より大きく、且つ、ポーラライザ層のクロストラック方向幅が隣接トラック間距離より小さくなるように加工されたスピントルク発振素子を備えることにより、安定した発振を得ることが可能になるとともに、媒体ノイズを低減させることが可能になる。その結果、再生信号のＳＮ比を高めることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態では、ＳＴＯ再生ヘッドの構造についてより具体的に説明する。  
図４は、第２の実施形態に係る磁気記録再生装置に搭載されるＳＴＯ再生ヘッド１１０を概略的に示している。このＳＴＯ再生ヘッド１１０は、図４に示すように、スピントルク発振素子１１２及び一対のシールド層４０１を備える。シールド層４０１は積層方向に対向し、シールド層４０１間にスピントルク発振素子１１２が配置されている。シールド層４０１間のギャップＧは、ビット間干渉を低減するために、図２に示されるビット間距離以下になるように設計される。ビット間距離は、トラック上に記録ビットが配列される間隔を示す。ギャップＧは、スピントルク発振素子１１２の膜厚、すなわち、発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３、キャップ層２０４、及び下地層２０５の合計膜厚に対応する。シールド層４０１の材料としては、パーマロイなどの高透磁率材料を用いることができる。
【００２７】
シールド層４０１は、スピントルク発振素子１１２に作用する磁場の大部分が、読み取る対象の記録ビット（例えば記録ビットＣ）から発生する磁場になるように、記録ビットＣとビット方向に隣接する記録ビットから発生する磁場を吸収する。すなわち、シールド層４０１は、隣接記録ビットからの磁場がスピントルク発振素子１１２に作用するのを防ぐ磁気シールドとして機能する。ギャップＧがビット間距離以下である場合、スピントルク発振素子１１２内の発振層２０１、スペーサ層２０２、及びポーラライザ層２０３により形成される磁性多層膜に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減することができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
【００２８】
さらに、シールド層４０１は、膜面に垂直な方向に、スピントルク発振素子１１２に直流電流を流すための一対の電極として機能することができる。ここでは、発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３の積層方向に垂直な面を膜面と呼ぶ。
【００２９】
ＨＤＤ技術に関する予測によれば、現行技術を延長していった場合、記録密度の増大に伴ってＨＤＤの記録ビットのビット間距離は、２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代で約２０ｎｍ、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代で約１４ｎｍになるだろうとされている。この予測通りに記録ビットが配列される場合、２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜２０ｎｍ、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜１４ｎｍとすることが必要になる。ＧＭＲ（giant magnetoresistance effect）素子やＴＭＲ（tunnel magnetoresistance effect）素子のような従来型の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を備えるＭＲ素子再生ヘッドには磁気シールドが設けられている。現行技術を延長していった場合、ＭＲ素子再生ヘッド技術において、２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜２０ｎｍ、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜１４ｎｍというギャップ距離が要求される。
【００３０】
このようなギャップ距離に関する要求は、ＭＲ素子再生ヘッド技術にとって大変困難な課題であると考えられている。現行のＭＲ素子再生ヘッド用のＭＲ素子においては、ＩｒＭｎのような反強磁性体でピンされた磁性層であるピンド層が再生動作にとって不可欠であり、そのような反強磁性層によるピンド効果は、反強磁性体の膜厚が約７ｎｍより大きい時に現れる。現行のＭＲ素子再生ヘッド用のＭＲ素子に近い形で典型的な数値として、例えば、フリー層を３ｎｍ、スペーサ層を１ｎｍ、ピンド層を５ｎｍ、反強磁性層を７ｎｍとすると、これらだけで１６ｎｍとなり、キャップ層及び下地層を含めてぎりぎりＧ＜２０ｎｍをクリアできるかどうかというところである。５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代のようなＧ＜１４ｎｍというギャップ距離を達成することは困難とされる。
【００３１】
一方、ＳＴＯ再生ヘッド技術に関しては、２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜２０ｎｍ、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２世代でＧ＜１４ｎｍというギャップ距離に関する要求を達成することは可能であると考えられる。これは、スピントルク発振素子にはピンド層を設けなくてもよい、すなわち、反強磁性層のようなピニング層を設けなくてもよいためである。本実施形態に係るポーラライザ層２０３は、発振層２０１にスピン偏極電流を与えるために設けられる層であって、ポーラライザ層２０３の磁化ｐが固定されている必要はない。スピントルク発振素子１１２の発振モードには、ポーラライザ層２０３の磁化ｐが、発振層２０１の磁化ｍとスピントルク相互作用やダイポール相互作用をしてコヒーレントに振動する振動モードがある。
【００３２】
本実施形態では、ポーラライザ層２０３をフリー層とすることで、ＩｒＭｎのようなピンニング用途の反強磁性体膜が必ずしも必要なくなるため、スピントルク発振素子１１２の膜厚を小さくすることが可能である。これにより、シールド層４０１間のギャップＧを小さくすることができるので、ビット間距離の小さい（すなわち、記録密度の大きい）記録媒体を用いる場合にもビット間干渉を低減することができる。  
ポーラライザ層２０３がフリー層であるスピントルク発振素子は次に説明するような磁化膜の組み合わせで構成することが可能である。
【００３３】
＜第１の構成例＞  
図５は、スピントルク発振素子１１２の第１の構成例を概略的に示している。第１の構成例では、図５に示すように、発振層２０１とポーラライザ層２０３がともに面内磁化膜である。発振層２０１及びポーラライザ層２０３の材料としては、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ（パーマロイ）、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢや、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金を用いることができる。
【００３４】
スペーサ層２０２の材料としては、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ｒｕ（ルテニウム）などの非磁性金属、或いは、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）などの絶縁体を用いることができる。下地層２０５及びキャップ層２０４の材料としては、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｕ、Ａｕ（金）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｕなどの非磁性金属、Ｔｉ合金、Ｃｒ合金などを用いることができる。
【００３５】
一例として、スピントルク発振素子１１２は、下地層２０５を２ｎｍのＴａ層、発振層２０１を３ｎｍのＣｏＦｅ層、スペーサ層２０２を０．８６ｎｍのＭｇＯ層、ポーラライザ層２０３を２ｎｍのＣｏＦｅＢ層、キャップ層２０４を２ｎｍのＴａ層とした膜構成を有する。ここでは、このような膜構成をＴａ（２）／ＣｏＦｅ（３）／ＭｇＯ（０．８６）／ＣｏＦｅＢ（２）／Ｔａ（２）のように表記する。括弧内は、膜厚を表し、その単位はｎｍである。この例では、ギャップＧは９．８６ｎｍである。この場合、ビット間距離が９．８６ｎｍ以上である記録媒体１２０を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子１１２に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
【００３６】
ポーラライザ層２０３は、図６に示すように、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３で形成された面内人工フェリ磁性（ＳｙＦ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ）膜又は人工反強磁性膜であってもよい。第１強磁性層６０１及び第２強磁性層６０３の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。非磁性スペーサ層６０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏ（モリブデン）などを用いることができる。一例では、ポーラライザ層２０３は、ＣｏＦｅ（２．６）／Ｒｕ（０．９）／ＣｏＦｅＢ（２）のような膜構成を有する。ポーラライザ層２０３をＳｙＦ膜とすることで、ポーラライザ層２０３から発振層２０１への漏れ磁場が低減し、発振層２０１の磁化に対する外部磁場分布が均一化する。そのことで、発振層２０１の磁化振動の乱れが低減され得る。
【００３７】
発振層２０１は、図７に示すように、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された面内ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層７０１及び第２強磁性層７０３の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。非磁性スペーサ層７０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、発振層２０１は、ＣｏＦｅＢ（２）／Ｒｕ（０．９）／ＣｏＦｅ（２．６）のような膜構成を有する。発振層２０１をＳｙＦ膜とすることで、第１、第２の２つの強磁性層７０１、７０３が磁化振動に関与するようになり、発振に関わる磁気モーメントの大きさを大きくでき、発振磁化振動エネルギーを増大させることができる。それにより、磁化の熱揺らぎに由来する振動の乱れが低減しえる。一般に、熱エネルギーに対して、磁化振動エネルギーが大きいほど振動の安定性が大きい。
【００３８】
或いは、発振層２０１及びポーラライザ層２０３の両方が面内ＳｙＦ膜であってもよい。具体的には、図８に示すように、発振層２０１は、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された面内ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３は、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された面内ＳｙＦ膜であってもよい。発振層２０１及びポーラライザ層２０３を共にＳｙＦ膜とすることで、磁化振動の乱れを低減し得る。一方で、スピントルク発振素子１１２の総膜厚が大きくなるため、ギャップＧを小さくしたいという観点からは短所となり得る。
【００３９】
＜第２の構成例＞  
図９は、スピントルク発振素子１１２の第２の構成例を概略的に示している。第２の構成例では、図９に示すように、発振層２０１が面内磁化膜であり、ポーラライザ層２０３が垂直磁化膜である。発振層２０１の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢや、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金を用いることができる。ポーラライザ層２０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
【００４０】
スペーサ層２０２の材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕなどの非磁性金属、或いは、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＯなどの絶縁体を用いることができる。下地層２０５及びキャップ層２０４の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、Ｒｕなどの非磁性金属、Ｔｉ合金、Ｃｒ合金などを用いることができる。
【００４１】
一例として、スピントルク発振素子１１２は、Ｔａ（２）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６／ＭｇＯ（０．８６）／ＣｏＦｅＢ（２）／Ｔａ（２）のような膜構成を有する。この例では、ギャップＧは１３．１６ｎｍである。この場合、ビット間距離が１３．１６ｎｍ以上になるように記録された記録媒体１２０を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子１１２に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
【００４２】
なお、スペーサ層２０２の材料としてＭｇＯを用いた場合、ＭｇＯと強磁性体との界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢや、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金で形成されたポーラライザ層２０３を垂直磁化膜とすることができる。この場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、ポーラライザ層２０３の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層２０２のＭｇＯ（０．８６）上にポーラライザ層２０３としてＣｏＦｅＢ（１．６）を積層することで、面内磁化膜のポーラライザ層２０３を垂直磁化膜とすることができる。
【００４３】
ポーラライザ層２０３は、図６に示すように、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層６０１及び第２強磁性層６０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層６０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層２０３はＰｔ（０．６）／[Ｃｏ（１．６）／Ｐｔ（０．６）]２／Ｒｕ（０．８５）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６のような膜構成を有する。
【００４４】
発振層２０１は、図７に示すように、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された面内ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層７０１及び第２強磁性層７０３の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。非磁性スペーサ層６０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、発振層２０１は、ＣｏＦｅＢ（２）／Ｒｕ（０．９）／ＣｏＦｅ（２．６）のような膜構成を有する。
【００４５】
或いは、発振層２０１が面内ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３が垂直ＳｙＦ膜であってもよい。具体的には、図８に示すように、発振層２０１は、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された面内ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３は、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。
【００４６】
＜第３の構成例＞  
図１０は、スピントルク発振素子１１２の第３の構成例を概略的に示している。第３の構成例では、図１０に示すように、発振層２０１が垂直磁化膜であり、ポーラライザ層２０３が面内磁化膜である。発振層２０１の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。ポーラライザ層２０３の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金を用いることができる。
【００４７】
スペーサ層２０２の材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕなどの非磁性金属、或いは、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＯなどの絶縁体を用いることができる。下地層２０５及びキャップ層２０４の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、Ｒｕなどの非磁性金属、Ｔｉ合金、Ｃｒ合金などを用いることができる。
【００４８】
一例として、スピントルク発振素子１１２は、Ｔａ（２）／ＣｏＦｅＢ（２）／ＭｇＯ（０．８６）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６／Ｔａ（２）のような膜構成を有する。この例では、ギャップＧは１３．１６ｎｍである。この場合、ビット間距離が１３．１６ｎｍ以上になるように記録された記録媒体１２０を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子１１２に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
【００４９】
なお、スペーサ層２０２の材料としてＭｇＯを用いた場合、ＭｇＯと強磁性体との界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢや、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金で形成された発振層２０１を垂直磁化膜とすることができる。この場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、発振層２０１の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層２０２のＭｇＯ（０．８６）下に発振層２０１としてＣｏＦｅＢ（１．６）を積層することで、発振層２０１を垂直磁化膜とすることができる。
【００５０】
ポーラライザ層２０３は、図６に示すように、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層６０１及び第２強磁性層６０３の材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びそれらを含む合金、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。非磁性スペーサ層６０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層２０３は、ＣｏＦｅＢ（２）／Ｒｕ（０．９）／ＣｏＦｅＢ（２．６）のような膜構成を有する。
【００５１】
発振層２０１は、図７に示すように、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層７０１及び第２強磁性層７０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層７０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、発振層２０１は、Ｐｔ（０．６）／[Ｃｏ（１．６）／Ｐｔ（０．６）]２／Ｒｕ（０．８５）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６のような膜構成を有する。
【００５２】
或いは、発振層２０１が垂直ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３が面内ＳｙＦ膜であってもよい。具体的には、図８に示すように、発振層２０１は、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３は、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された面内ＳｙＦ膜であってもよい。
【００５３】
＜第４の構成例＞  
図１１は、スピントルク発振素子１１２の第４の構成例を概略的に示している。第４の構成例では、図１１に示すように、発振層２０１及びポーラライザ層２０３がともに垂直磁化膜である。発振層２０１及びポーラライザ層２０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。
【００５４】
スペーサ層２０２の材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕなどの非磁性金属、或いは、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＯなどの絶縁体を用いることができる。下地層２０５及びキャップ層２０５の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、Ｒｕなどの非磁性金属、Ｔｉ合金、Ｃｒ合金などを用いることができる。
【００５５】
一例として、スピントルク発振素子１１２は、Ｔａ（２）／Ｐｔ（０．６）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６／Ｒｕ（０．８６）／[Ｃｏ（１．６）／Ｐｔ（０．６）]２／Ｔａ（２）のような膜構成で形成される。この例では、ギャップＧは１６．１６ｎｍである。この場合、ビット間距離が１６．１６ｎｍ以上になるように記録された記録媒体１２０を備える磁気記録再生装置において、スピントルク発振素子１１２に対する、ビット方向の隣接記録ビットによる影響を低減させることができ、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。
【００５６】
なお、スペーサ層２０２の材料としてＭｇＯを用いた場合、ＭｇＯと強磁性体の界面に界面垂直磁気異方性が生じることが知られているが、その界面垂直磁気異方性を活かして、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びそれらを含む合金、例えば、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢや、Ｃｏ２ＦｅＡｌｘＳｉ１−ｘなどのホイスラー合金で形成された面内磁化膜の発振層２０１及びポーラライザ層２０３を垂直磁化膜とすることができる。その場合には、界面垂直磁気異方性が効くように、発振層２０１及びポーラライザ層２０３の膜厚を薄くする必要がある。例えば、スペーサ層２０２のＭｇＯ（０．８６）上下に発振層２０１及びポーラライザ層２０３としてＣｏＦｅＢ（１．６）をそれぞれ積層することで、発振層２０１及びポーラライザ層２０３を垂直磁化膜とすることができる。
【００５７】
ポーラライザ層２０３は、図６に示すように、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層６０１及び第２強磁性層６０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層６０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、ポーラライザ層２０３は、Ｐｔ（０．６）／[Ｃｏ（１．６）／Ｐｔ（０．６）]２／Ｒｕ（０．８５）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６のような膜構成を有する。
【００５８】
発振層２０１は、図７に示すように、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。第１強磁性層７０１及び第２強磁性層７０３の材料としては、ＦｅＰｔ／ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｃｒ合金、Ｃｏ／Ｐｔ（Ｐｄ）多層膜などの垂直磁気材料を用いることができる。非磁性スペーサ層７０２の材料としては、強磁性体膜間に配置した場合に強磁性体膜間に反強磁性結合が生じる非磁性金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏなどを用いることができる。一例では、発振層２０１は、Ｐｔ（０．６）／[Ｃｏ（１．６）／Ｐｔ（０．６）]２／Ｒｕ（０．８５）／[Ｐｔ（０．６）／Ｃｏ（０．４５）]６のような膜構成を有する。
【００５９】
或いは、発振層２０１及びポーラライザ層２０３が垂直ＳｙＦ膜であってもよい。具体的には、図８に示すように、発振層２０１は、第１強磁性層６０１、第１強磁性層６０１に積層された非磁性スペーサ層６０２、及び非磁性スペーサ層６０２に積層された第２強磁性層６０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であり、ポーラライザ層２０３は、第１強磁性層７０１、第１強磁性層７０１に積層された非磁性スペーサ層７０２、及び非磁性スペーサ層７０２に積層された第２強磁性層７０３により形成された垂直ＳｙＦ膜であってもよい。
【００６０】
以上のように、第２の実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、スピントルク発振素子を挟んで設けられるシールド層間のギャップがビット間距離以下であるスピントルク発振素子を使用することにより、ビット間干渉による媒体ノイズを低減することができる。その結果、再生信号のＳＮ比を高めることができる。
【００６１】
（第３の実施形態）  
図１２は、ビット方向から見た、第３の実施形態に係るスピントルク発振素子１１２の概略構造を示している。スピントルク発振素子１１２は、図１２に示すように、記録媒体１２０の表面に対向する面であるＡＢＳ面（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ）１２０１を有する。発振層２０１は、記録媒体１２０の表面に対向する媒体対向面１２０２を有する。ＡＢＳ面１２０１は媒体対向面１２０２を含む。さらに、ポーラライザ層２０３は、記録媒体１２０の表面に対向する媒体対向面１２０３を有する。本実施形態では、ポーラライザ層２０３の媒体対向面１２０３とＡＢＳ面１２０１（具体的には発振層２０１の媒体対向面１２０２）と間の距離Ｆはポーラライザ層２０３のクロストラック方向幅Ｄの半分より大きい。すなわち、下記数式（３）を満たすように、スピントルク発振素子１１２が設計され加工されている。
【００６２】
Ｆ＞Ｄ／２          （３）
数式（３）を満たす場合、発振層２０１に励起される大振幅の磁化ダイナミクスに伴うスピン波の発振層２０１でのＡＢＳ面側での反射が抑制される。それにより、ポーラライザ層２０３及びスペーサ層２０２直下の大振幅の磁化ダイナミクスが乱されにくくなる。その結果、スピントルク発振素子１１２は安定に発振し、スピントルク発振素子１１２から高Ｑ値の再生信号を取り出すことができる。
【００６３】
Ｆ＞Ｄ／２の場合に発振層２０１に励起される大振幅の磁化ダイナミクスに伴うスピン波の発振層２０１でのＡＢＳ面側での反射が抑制される理由は、数式（１）に関して前述した理由と同じである。すなわち、ハーフピラー型のスピントルク発振素子１１２においては、電流によって励起される大振幅の磁化ダイナミクスは、ポーラライザ層２０３及びスペーサ層２０２直下の幅２Ｄの範囲に局在するためである。Ｆ＞Ｄ／２であれば、磁化ダイナミクスの極々一部のみが発振層２０１の媒体対向面１２０２に到達することができ、ポーラライザ層２０３及びスペーサ層２０２直下の大振幅の磁化ダイナミクスを乱すことはほとんどなくなる。  
ポーラライザ層２０３のパターニング形状は、円柱形状に限らず、楕円柱形状、角が丸くなっている四角柱形状などであってもよい。
【００６４】
スピントルク発振素子１１２の発振と外部磁場との関係について説明する。  
一般に、スピントルク発振素子１１２の発振は、電流、外部磁場、磁性材料などに由来する磁気パラメタに敏感であり、それらの値によって安定な発振モードが現れたり、乱流的な不安定モードが現れたりすることは、スピントランスファ技術分野に関わる技術者たちによく知られている。従って、スピントルク発振素子１１２を発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３で形成すれば、必ず安定な発振が得られるというわけではない。
【００６５】
そこで、以下に、安定な発振を得るために、スピントルク発振素子１１２に作用する外部磁場を印加するための構造例を示す。本実施形態では、スピントルク発振素子１１２に作用させる外部磁場を、従来のＭＲ素子再生ヘッドに設けられているようなハードバイアス膜で発生させる。ハードバイアス膜には、ＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒ合金などの高保磁力強磁性材料を用いる。
【００６６】
図１３は、ハードバイアス膜１３０１の配置の一例を示している。ハードバイアス膜１３０１はポーラライザ層２０３のクロストラック方向両側に配置されている。例えば、ハードバイアス膜１３０１をクロストラック方向に磁化させた場合、ポーラライザ層２０３をハードバイアス膜１３０１によって、（完全ではないまでも）クロストラック方向にピンニングすることができ、ポーラライザ層２０３の磁化ｐの揺らぎを抑えることができる。
【００６７】
また、ハードバイアス膜１３０１からの磁場は、発振層２０１にも作用するため、ハードバイアス膜１３０１とポーラライザ層２０３との間の距離、ハードバイアス膜１３０１とスペーサ層２０２との間の距離、ハードバイアス膜１３０１と発振層２０１との間の距離を適宜調整することで、通電下で安定した発振が得られるように調整することができる。典型的には、ハードバイアス膜１３０１と発振層２０１、スペーサ層２０２、ポーラライザ層２０３との間には絶縁層１３０２が設けられる。
【００６８】
図１４は、ハードバイアス膜１４０１の配置の他の例を示している。この例では、ＡＢＳ面１２０１（具体的には発振層２０１の媒体対向面１２０２）に対向する発振層２０１の側面１４０２に対向してハードバイアス膜１４０１が配置されている。ここでは、記録媒体１２０は垂直磁気記録媒体であるとする。例えば、ハードバイアス膜１４０１を媒体面に垂直な方向に（すなわち、Ｙ方向に）磁化させると、発振層２０１にＹ方向の磁場が働く。このとき、発振層２０１の発振中心軸は、記録媒体１２０からの磁場と平行になりやすく、その場合、スピントルク発振素子１１２の高周波出力の媒体磁場による位相シフトが効率的になされる。従って、位相シフト検出方式のＳＴＯ再生ヘッドに適している。
【００６９】
また、ハードバイアス膜１４０１による磁場は、ポーラライザ層２０３にも作用するため、（完全ではないまでも）ポーラライザ層２０３の磁化をピンニングすることができ、ｐの揺らぎを抑えることができる。その結果、安定な発振を得ることができる。
【００７０】
以上のように、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置では、ポーラライザ層の媒体対向面と発振層の媒体対向面と間の距離がポーラライザ層のクロストラック方向幅の半分より大きいスピントルク発振素子を用いることで、スピントルク発振素子を安定して発振させることができる。その結果、再生信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００７１】
以上述べた少なくとも１つの実施形態に係る磁気記録再生装置によれば、発振層のクロストラック方向幅がポーラライザ層のクロストラック方向幅の２倍より大きく、且つ、ポーラライザ層のクロストラック方向幅が記録媒体の隣接トラック間距離より小さくなるように加工されたスピントルク発振素子を備えることにより、安定した発振を得ることが可能になるとともに、媒体ノイズを低減させることが可能になる。その結果、再生信号のＳＮ比を高めることができる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…磁気記録再生装置、１１０…スピントルク発振素子再生ヘッド、１１２…スピントルク発振素子、１２０…記録媒体、１２２…トラック、２０１…発振層、２０２…スペーサ層、２０３…ポーラライザ層、２０４…キャップ層、２０５…下地層、４０１…シールド層、６０１…強磁性層、６０２…非磁性スペーサ層、６０３…強磁性層、７０１…強磁性層、７０２…非磁性スペーサ層、７０３…強磁性層、１２０１…ＡＢＳ面、１２０２，１２０３…媒体対向面、１３０１…ハードバイアス膜、１３０２…絶縁層、１４０１…ハードバイアス膜。
【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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