(57)【要約】【課題】磁気記録媒体に熱履歴等の測定誤差の原因となる処理をすることなく、簡便かつ容易に磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価することができる磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価法の提供。【解決手段】磁気記録媒体の磁性層を交流消磁する段階と、交流消磁された前記磁性層の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求める段階と、前記磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒと、前記磁気記録媒体の磁性層の膜厚δとから求められる磁気クラスター体積Ｖｅｆｆと、磁気異方性エネルギＫｕとから有効熱安定指標Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））を求める段階と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層を有する磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価する方法であって、
前記磁気記録媒体の磁性層を交流消磁する段階と、
交流消磁された前記磁性層の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求める段階と、
前記磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒと、前記磁気記録媒体の磁性層の膜厚δとから求められる磁気クラスター体積Ｖｅｆｆと、磁気異方性エネルギＫｕとから有効熱安定指標Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））を求める段階と、を含むことを特徴とする磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法。
【請求項２】
前記磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒは、前記磁性層の磁化の垂直成分ｍｚの自己相関関数の半値幅から求めることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法。
【請求項３】
前記自己相関関数が、下記式（１）で表されることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法。
【数１】
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（ここで、ｍｚは、磁性層の磁化の垂直成分（磁化ベクトルのＺ成分）である。）
【請求項４】
前記磁気クラスターサイズｒを、磁気力顕微鏡を用いて求めることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク等の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク等の磁気記録媒体においては、近年、急速な高記録密度化が進展している。この高記録密度化に伴って、磁気記録層を構成する結晶粒子の微細化が進んでいる。しかし、結晶粒子が微細になると、熱ゆらぎの影響が大きくなり、磁化の熱的安定性が低下する原因となる。磁化の熱的安定性が低下すると、高温下での磁気記録や再生において、磁化が不安定となる場合がある。
【０００３】
そこで、予め、磁気記録媒体の熱ゆらぎを正確に評価できれば、効率的な磁気記録媒体の開発や、磁気記録装置の設計が可能となる。現在、磁気記録媒体の熱ゆらぎは、媒体の磁気異方性定数Ｋｕと媒体を構成する結晶粒の体積ｖから、熱安定指標Ｋｕ×ｖ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ:絶対温度）を算出して推定されている。そして、熱安定性は、この熱安定指標の数値が５０〜１００程度となるように設計されている。しかしながら、磁気記録媒体の微細構造などによるばらつきがあるため、熱減衰特性は、磁気記録媒体へ信号を記録した後、再生波形の経時変化を数十分〜数時間の一定期間測定し、データを外挿することで求められる。
【０００４】
また、直接的に、磁気記録媒体の熱安定性を測定する方法として、磁気記録媒体の磁気記録が書き込まれている部分を加熱するとともに、再生ヘッドにより磁気記録を再生して再生出力を測定する方法（特許文献１）などが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３９６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、磁気記録媒体の熱減磁特性は、記録密度に依存して変化し、また測定誤差などによりデータの外挿値に大きな誤差を生じる可能性がある。また、前記の従来の熱安定性の指標として用いられている熱安定指標は、媒体の磁気異方性定数Ｋｕと、媒体を構成する微粒子の体積Ｖgrainとから求められるエネルギ障壁ΔＥ＝Ｋｕ×Ｖgrainに基づいている。しかし、このエネルギ障壁の計算では、媒体を構成する微粒子の間の相互作用が考慮されていないため、磁気クラスターを形成するような大きな相互作用を有する媒体における熱ゆらぎを正確に評価できるものではなかった。
【０００６】
さらに、従来提案されている磁気記録媒体の熱安定性を測定する方法では、磁気記録が書き込まれている部分を加熱するためにレーザ照射を行うなど、煩雑な操作および特別な装置が必要であったり、レーザ照射によって媒体に熱履歴が与えられるため測定誤差が生じたり、測定に使用した磁気記録媒体を他の測定または分析に用いることはできない、などの問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、磁気記録媒体に熱履歴等の測定誤差の原因となる処理をすることなく、簡便かつ容易に磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価することができる磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々検討したところ、磁気記録媒体を交流消磁したときに、磁気力顕微鏡などで測定される磁気クラスターサイズと、熱緩和特性との間に一定の関係があることを発見した。そして、媒体を構成する微粒子の間の相互作用を考慮して、Ｖgrainの代わりに相互作用を反映した磁気クラスターの実効体積を用いることで、従来よりも正確に熱ゆらぎを評価できる熱安定指標を求めることができることを見出した。
【０００９】
すなわち、請求項１に係る発明は、磁性層を有する磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価する方法であって、前記磁気記録媒体の磁性層を交流消磁する段階と、交流消磁された前記磁性層の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求める段階と、前記磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒと、前記磁気記録媒体の磁性層の膜厚δとから求められる磁気クラスター体積Ｖｅｆｆと、磁気異方性エネルギＫｕとから有効熱安定指標Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））を求める段階と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法では、交流消磁された磁気記録媒体の磁性層の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求め、この磁気クラスターサイズの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒと磁性層の膜厚δとから求められる磁気クラスターの実効体積Ｖｅｆｆと、磁気異方性定数Ｋｕとから有効熱安定指標Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））を求めることによって、磁気記録媒体に熱履歴等の測定誤差の原因となる処理をすることなく、簡便かつ容易に磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価することが可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを、前記磁性層の磁化の垂直成分の自己相関関数の半値幅から求めることを特徴とする。
【００１２】
この磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法では、磁性層の磁化の垂直成分ｍｚの自己相関関数の半値幅から磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求めることによって、簡便かつ容易に磁気記録媒体の熱ゆらぎを評価することが可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記自己相関関数が、下記式（１）で表されることを特徴とする。
【数２】
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（ここで、ｍｚは、磁性層の磁化の垂直成分（磁化ベクトルのＺ成分）である。）
【００１４】
この磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法では、自己相関関数を、下記式（１）に基づいて求め、その半値幅から磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを簡便かつ容易に求めることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、前記磁気クラスターサイズｒを、磁気力顕微鏡を用いて測定することを特徴とする。
【００１６】
この磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法では、磁気力顕微鏡を用いることによって、磁気クラスターを高分解能で測定し、その測定結果から、磁気クラスターサイズｒを求めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法によれば、磁気記録媒体に熱履歴等の測定誤差の原因となる処理をすることなく、媒体を構成する微粒子の間の相互作用を考慮して従来よりも正確に熱ゆらぎを評価できる熱安定指標を簡便に求めることができ、この熱安定指標によって正確に熱ゆらぎを評価することが可能となる。これにより効率的な磁気記録媒体の開発や、磁気記録装置の設計が可能となり、工業上非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の磁気記録媒体の熱ゆらぎ評価方法（以下、「本発明の方法」という）について詳細に説明する。
本発明の方法は、磁気記録媒体の磁性層を交流消磁する段階（ａ）と、磁性層の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求める段階（ｂ）と、有効熱安定指標Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））を求める段階（ｃ）とを含む。
【００１９】
磁気記録媒体の磁性層を交流消磁する段階（ａ）は、通常、磁気記録媒体の飽和磁界（７．９６×１０５Ａ／ｍ（１０ｋＯｅ）〜１．１９×１０６Ａ／ｍ（１５ｋＯｅ））程度の交流磁界中に磁気記録媒体を置き、徐々に、例えば、１０秒程度で減磁することによって、行うことができる。
【００２０】
磁性層の磁気クラスターサイズｒを求める段階（ｂ）は、磁性層の表面磁化状態を測定することによって行うことができる。表面磁化状態の測定は、例えば、高分解能測定は磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、ローレンツ顕微鏡、スピン偏極電子を用いたトンネル顕微鏡または走査型電子顕微鏡、低分解能測定であれば磁気光学効果を利用した観察手法などを用いて行うことができる。
ここで、図１（Ａ）〜（Ｃ）は、交流消磁された磁気記録媒体の表面磁化状態の一例として、後記の実施例のシミュレーションにおいて、交換スティフネスを変化させた場合の表面磁化状態の例を示し、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ交換スティフネスが１×１０−１６Ｊ／ｃｍ（０．００１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）、１×１０−１４Ｊ／ｃｍ（０．１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）、および３×１０−１４Ｊ／ｃｍ（０．１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）の場合の磁化パターンを示す図である。図中、ＭＣは磁気クラスターを示す。
このとき、磁性層の表面磁化パターンから磁気クラスターサイズｒを算出する方法は、磁気力顕微鏡等による表面磁化状態の画像から、直接、磁気クラスターサイズｒを計測してもよいし、また、閾値以上の円形領域を切り出すような画像処理による擬似的な算出方法によって求めてもよい。
【００２１】
そして、測定された磁気クラスターサイズｒに基づいて、下記式（１）にしたがって、前記磁性層の磁化の垂直成分の自己相関関数Ｆ（ａ）を計算する。ここで、ｍｚは、磁性層の磁化の垂直成分（磁化ベクトルのＺ成分）であり、磁化の自己相関関数とは、相互作用などによる磁化の相関の大きさを表す。
【数３】
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次に、求められた自己相関関数Ｆ（ａ）の半値幅を磁気クラスターサイズの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒとする。例えば、図２に示す自己相関関数のグラフから半値幅を求め、その半値幅を磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒとする。
【００２２】
有効熱安定指標を求める段階（ｃ）においては、まず、段階（ｂ）で求められた磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒと、磁性層の膜厚δとから、磁気クラスターの実効体積Ｖｅｆｆ＝ｒｃｌｕｓｔｅｒ２×δを計算する。磁性層の膜厚δは、磁性層の作製時に求めておくことができる。
【００２３】
次に、前記に求められた磁気クラスターの実効体積Ｖｅｆｆと、磁気異方性定数Ｋｕとから、下記式（２）にしたがって、有効熱安定指標ＴＨを算出する。
ＴＨ＝Ｋｕ×Ｖｅｆｆ／ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ））      （２）
ここで、磁気異方性定数Ｋｕは、例えば、トルク法等によって測定することができる。
【００２４】
ここで、従来の熱安定性の指標として用いられている熱安定指標は、媒体の磁気異方性定数Ｋｕと、媒体を構成する微粒子の体積Ｖgrainとから求められるエネルギ障壁ΔＥ＝Ｋｕ×Ｖgrainに基づいている。しかし、図３に示すように、このエネルギ障壁は、媒体を構成する磁性結晶粒（磁気クラスター）の間の相互作用磁界Ｈｉｎｔが考慮されていないため、磁気クラスターを形成するような大きな相互作用を示す磁気記録媒体における熱ゆらぎを正確に評価できるものではなかった。
そこで、本発明の方法においては、下記に示すように、媒体を構成する磁性結晶粒の間の相互作用を考慮して、Ｖgrainの代わりに相互作用を反映した磁気クラスターの実効体積を用いることで、従来よりも正確に熱ゆらぎを評価できる熱安定指標ＴＨを求めることができるのである。
【数４】
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【数５】
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【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例により、本発明を具体的に説明する。
図４に示すシミュレーションモデル１を用いて、磁気クラスターサイズの平均値および有効熱安定指標を計算した。
このシミュレーションモデル１は、１０ｎｍの立方体セル２からなる磁気記録層３を軟磁性層４の上に有する磁気記録媒体５と、磁気記録層３の表面上を移動する記録ヘッド６と、再生ヘッド７を有する。
このシミュレーションモデル１において、図４に示すように、記録ヘッド６を移動させながら記録パターン８を計算する。交流消磁状態は、メッシュサイズ以下の記録ビット長で媒体への記録を行い擬似的に算出し、この交流消磁パターンより自己相関関数を計算し、磁気クラスターサイズの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒを求めた。このとき、下記表１に示す計算パラメータを用いた。
【表１】
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【００２６】
この計算は、下記のようにして行った。
すなわち、磁気記録媒体の磁性層にデータを記録した後、Ｔ秒後の記録パターンを、図４に示すシミュレーションモデルから得られた記録直後の記録パターンより計算します。各微粒子（計算セル；磁性微粒子に相当）の緩和時間をτ、attempt frequencyをｆ０とすると、ｋ（ボルツマン定数）、Ｔ（絶対温度）、ΔＥ（安定状態間のエネルギー障壁）を用いて、
１／o＝ｆ０exp（−ΔE／ｋＴ）
と表され、各微粒子はt秒後に、ｅｘｐ(−ｔ／τ)に比例する確率で磁化反転を起こす。（ｆ０に関しては正確な測定値はなく、１０９Ｈｚが計算に用いられます。）これをメトロポリスのアルゴリズムを用いたモンテカルロ法を使ってシミュレーションによって計算した。
【００２７】
このシミュレーションより得られた、例えば、１０００秒後の記録パターンから再生波形vを、相反定理を用いて以下のように計算した。
v(T) ∝ ∬∫K(x’、y、’z’)*m(x−x’、y’、z’、T)dx’dy’dz’
ここで、ＫはＭＲヘッドの感度分布、ｍは磁気記録媒体の磁化分布（記録パターン）である。
【００２８】
この計算において、記録直後の波形出力ｖ(０)と１０００秒後の出力ｖ(１０００)より｜v(1000)／v(0)｜を計算してプロットしたものが図５である。
【００２９】
この図５は、磁気記録媒体の磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒに対して、記録ヘッドによる記録から１０００秒後の規格化出力を示す。すなわち、この図５に示す結果は、記録直後の再生出力を１．０とするとき、記録から１０００秒後の出力レベルが、どの程度減衰したのかを示している。この結果から、磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒが１７ｎｍ以上の場合には、ほとんど出力の減衰がないことが分かる。
【００３０】
そして、図６は、図１の交流消磁された磁気記録媒体の表面磁化パターンより数式1を使って自己相関関数を求め、その半値幅より磁気クラスターサイズを算出し、数式３（Ｋｕ＝１．２×１０−１Ｊ／ｃｍ３、δ＝１０ｎｍ、ｋ＝１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋ、Ｔ＝３００Ｋ）から計算した数値をプロットしたものである。
【００３１】
したがって、図６は、図２に示す磁気クラスターの実効体積Ｖｅｆｆから求めた有効熱安定指標ＴＨと、磁気クラスターサイズｒの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒとの関係を示す。ここで、磁気異方性定数１．２×１０−１Ｊ／ｃｍ３（１．２×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３）、磁気記録層３の膜厚δ＝１０ｎｍ、温度Ｔ＝３００Ｋとした。この図６に示す結果から、磁気クラスターサイズの平均値ｒｃｌｕｓｔｅｒが１７ｎｍで有効熱安定指標ＫｕＶｅｆｆ／ｋＴが約６５となり、熱安定性の目安である５０〜１００程度に対応していることが分かる。したがって、熱減衰が小さくなる磁気クラスターサイズの平均値は熱安定指標が６５以上の領域である。この熱安定指標が６５以上の磁気クラスターの実効体積をもつ領域が、熱減磁が小さく使用可能な領域であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】交流消磁された磁気記録媒体の表面磁化状態の一例として、実施例のシミュレーションにおいて、交換スティフネスを変化させた場合の表面磁化状態の例を示し、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ交換スティフネスが１×１０−１６Ｊ／ｃｍ（０．００１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）、１×１０−１４Ｊ／ｃｍ（０．１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）、および３×１０−１４Ｊ／ｃｍ（０．１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ）の場合の磁化パターンを示す図である。
【図２】自己相関関数の一例を示す図である。
【図３】磁気記録媒体におけるエネルギ障壁を説明する図である。
【図４】実施例で用いたシミュレーションモデルを示す模式概念図である。
【図５】磁気クラスターサイズの平均値と、記録ヘッドによる記録から１０００秒後の規格化出力の関係を示す図である。
【図６】磁気クラスターサイズの平均値と有効熱安定指標の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      シミュレーションモデル
２      立方体セル
３      磁気記録層
４      磁気記録媒体
５      記録ヘッド
６      再生ヘッド
【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１】
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