(57)【要約】【課題】マイクロ波アシスト記録方式を用いる場合において、信頼性が高くマイクロ波強度の向上が可能な磁気ヘッド及び信頼性が高く高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供する。【解決手段】  磁気記憶装置において、磁気記録媒体１３０と、記録磁極１２２と対向磁極１２４とコイル１２３と高周波磁界発生素子１４０とを備える磁気ヘッドとを含み、高周波磁界発生素子１４０は、コイル１２３に流れる記録電流の変化によって生じる高周波磁界１４５により磁気記録媒体１３０への書き込みをアシストする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と、前記記録磁極を励磁するコイルと、前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子と、前記記録磁極および対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子とを備える磁気ヘッドとを含み、
前記高周波磁界発生素子は、前記コイルに流れる記録電流の変化によって生じる高周波磁界により誘起された前記高周波磁界発生素子の磁化の才差運動により生じる高周波磁界により、前記磁気記録媒体への書き込みをアシストするものであることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記高周波磁界発生素子にはスピントルク伝達電流を通電する機能が設けられていないことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記記録電流は、記録信号に対応して正負両方向に変調された第1の電流と、前記記録信号の最大周波数以上の周波数で変調された第２の電流とが重畳されたものであり、
前記記録電流の変化は、前記第２の電流の変化に対応するものであることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第２の電流は、前記記録電流の振幅Ｉｗに対し、その振幅ΔＩと周波数ｆが、
ΔＩ／Ｉｗ＞０．１、
ｆ＞１０ＧＨｚ、
の正弦波状であることを特徴とすることを特徴とする請求項３記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記記録電流は、前記記録信号の最小変調周期以下の周期で、前記周期以下の期間、その絶対値が前記記録電流の最大振幅Ｉｗより小さなレベルに設定されるものであり、この設定が前記記録電流の変化を生じさせることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記期間は、前記記録信号の最小周期の２０％以下で、前記レベルは前記記録電流の最大振幅Ｉｗの２０％以下であることを特徴とすることを特徴とする請求項５記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記高周波磁界発生素子は、高周波磁界発生層と固定層のみからなることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記高周波磁界発生層は、負の磁気異方性を有することを特徴とする請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記磁気記録媒体は、前記記録磁極からの記録磁界だけでは十分な記録ができないことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
記録磁界を発生する記録磁極と、
前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と、
前記記録磁極および対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子と、
前記記録磁極を励磁するコイルとを有し、
前記高周波磁界発生素子は、前記コイルに流れる記録電流の変化によって生じる高周波磁界により誘起された前記高周波磁界発生素子の磁化の才差運動により生じる高周波磁界により、磁気記録媒体への書き込みをアシストするものであることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１１】
前記高周波磁界発生素子には、スピントルク伝達電流を通電する機能が設けられていないことを特徴とする請求項１０記載の磁気ヘッド。
【請求項１２】
前記高周波磁界発生素子は、高周波磁界発生層と固定層のみからなることを特徴とする請求項１１記載の磁気ヘッド。
【請求項１３】
前記記録電流は、記録信号に基づく第１の電流と、前記記録信号の周波数とは別の周波数を有する第２の電流とを重畳したものであり、前記記録電流の変化は、前記第２の電流の変化に対応するものであることを特徴とする請求項１０記載の磁気ヘッド。
【請求項１４】
前記第２の電流は、逆三角形状の波形を有することを特徴とする請求項１３記載の磁気ヘッド。
【請求項１５】
前記記録電流の変化は、記録信号に基づく前記記録電流の立上り、立下りに対応することを特徴とする請求項１０記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッド及びそれを搭載した磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インタネット環境の進化、クラウドコンピューティングの浸透などによるデータセンタの増設などにより、生成される情報量が近年急増している。記録密度が最も高く、ビットコストに優れた磁気ディスク装置（ＨＤＤ）などの磁気記憶装置が”ビッグデータ時代”のストレージの主役であることは間違いない。このためには、磁気記憶装置の大容量化、それを支える高密度化が必須である。現在、磁気記憶装置は、主磁極・シールド磁極型の磁気記録ヘッドと磁性層表面層（キャップ層とも呼ばれる）における結晶磁気異方性エネルギーを小さくして記録し易さを飛躍的に改善したＥＣＣ（Exchange Coupled Composite）媒体と呼ばれる磁気記録媒体による垂直磁気記録方式の性能向上により、高密度化を達成してきた。高密度化の基本はスケーリング則で、磁気ヘッドのトラック幅、ヘッド・磁気記録媒体間のスペーシング、磁気記録媒体の結晶粒などを小さくする事が必須である。しかし磁気記録媒体の結晶粒を小さくすると、磁化状態を保とうとする上記異方性エネルギーが小さくなり、熱擾乱により、記録された磁化状態が乱されやすくなる。この現象は超常磁性効果と呼ばれ、非特許文献１に記載されているように、１ Ｔｂ／ｉｎ２程度の時代になると現状方式の単なる延長では実用限界の壁があるとされる。高密度化のためにはこれを越える技術を開発することが最大の課題となっている。
【０００３】
これに対して特許文献１では、外部に設けた高周波源を磁気ヘッドの動きに追従させることで、磁気共鳴条件を満たす高周波磁界を磁気記録媒体に供給し、磁気記録媒体のスピンが高周波磁界のエネルギーを吸収して保磁力が実効的に低下することを利用して、磁気記録媒体の温度を事実上上昇させることなく高保磁力磁気記録媒体にも低磁界で書き込みが行えるスピン加熱記録方法が提案されていた。
【０００４】
近年、スピントルクによって高速回転し高周波磁界を発生する、高周波磁界発生層ＦＧＬ（Field Generation Layer）を利用した微小構造の実用的なスピントルク型高周波発振素子（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）が非特許文献２で提案され、次いで非特許文献３では、同種の構造の高周波発振素子ＳＴＯを垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接して配置し、ＳＴＯからのマイクロ波帯域の高周波磁界で媒体磁化の才差運動を励起しスウィッチング磁界を下げながら磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を磁気記録し高密度化を図るマイクロ波アシスト記録方式が開示された。より詳しくは、例えば特許文献２や特許文献３では、低い保磁力を有するスピントルク型高周波発振素子ＳＴＯを垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接して配置、もしくはさらにシールド（補助磁極）を設けて主磁極との間に配置する構造として、スピントルク電流によりＦＧＬ磁化の才差運動を誘起することにより安定した高周波磁界アシスト記録を可能にする磁気ヘッドが提案されている。また、特許文献４には、スピントルク電流を流すことによりＳＴＯを発振させるとともに、ＳＴＯに加える外部磁界に信号磁界以外の変調を加えることにより、ＳＴＯの発振周波数を制御する方法が記載されている。これらにより、マイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）の実用化に向けた研究開発が近年急速に加速されるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４４８０１号公報
【特許文献２】米国特許第７６１６４１２号明細書
【特許文献３】特開２００９−７０５４１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２９１５２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Y. Shiroishi,et al,”Future Options for HDD Storage”, IEEE Trans. Magn., Vol.45, No.10, pp3816−3822 (2009)
【非特許文献２】X.Zhu and J.−G.Zhu, “Bias−Field−Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current” IEEE Trans. Magn., vol.42, No.10, pp.2670−2672, 2006.
【非特許文献３】J−G.Zhu, X.Zhu, and Y.Tang,”Microwave Assisted Magnetic Recording”, IEEE trans. Magn., Vol.44, No.1,pp125−131(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高周波発生素子（ＳＴＯ）を用いたマイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）は従来の熱アシスト方式に比べて磁気ヘッドの小型化が可能であり、高記録密度化に有望と思われる。そこで本発明者らは、高周波発生素子（ＳＴＯ）を搭載した磁気記憶装置を従来装置と同様の種々の環境条件で鋭意検討、試験をしたところ、実用化に向けて以下の課題があることが判明した。
【０００８】
第１の問題点は、ＳＴＯに電流を流すことに起因する信頼性の低下、即ち、故障率の増大や歩留まりの低下である。高周波磁界発生層（ＦＧＬ）にスピントルク伝達（ＳＴＴ：Spin Torque Transfer）電流を流して磁化を回転させることにより交流磁界発生させる方法では、長期間にわたり高電流密度の電流を流すことにより、エレクトロマイグレーションによる断線が生じる。特に、高密度化に伴い記録ビットの幅を縮小するためにはＦＧＬの幅を狭める必要があり、これに伴い高周波磁界発生層（ＦＧＬ）の面積（電流方向に垂直な）が縮小すると、その影響はさらに増大する恐れがある。又、ＳＴＯを挟んで主磁極と補助磁極間に上記電流を流すためには、主磁極と補助磁極間に電圧をかける必要がある。このとき、磁気記録媒体と主磁極又は補助磁極のいずれかの間に電位差が生じる。磁気記録媒体表面と主磁極表面は各々保護膜でおおわれているが、その表面の間隔は１−２ｎｍであり、しかも磁気記録媒体回転に伴いしばしば接触すると考えられている。例えばＳＴＯの必要な電流密度を１×１０１２（Ａ／ｍ２）、抵抗・面積積ＲＡを０．１（Ω・μｍ２）とすると上記電圧は０．１Ｖとなる。このとき、磁気記録媒体との間隙１ｎｍとすると電界強度は１０８（Ｖ／ｍ）と、空気や保護膜（有機膜）の絶縁破壊電界（３．５×１０６〜１０８（Ｖ／ｍ））と同程度かそれ以上となり、絶縁破壊が生じる恐れがある。
【０００９】
第２の問題点は、交流磁界強度を増大するためにＦＧＬ膜の膜厚を厚くすることが難しいという点である。前記ＳＴＯの構成では、磁化方向の固定された固定層から極薄の非磁性中間層を介してＦＧＬ層を積層する。ここで、例えばＦＧＬ層から固定層へ直流電流を流すと、スピン偏極電子がＦＧＬに注入され、ＦＧＬ磁化にスピントルクが作用する。又、固定層からＦＧＬ層へ電流を流すと、固定層内電導度のスピン偏極方向依存性によりＦＧＬ内に固定層と逆方向のスピン偏極電子が蓄積し、ＦＧＬ磁化にスピントルクが作用する。しかし、ＦＧＬ内部の電子スピンのコヒーレント長は１ｎｍ程度であり、上記スピントルクの作用する領域はＦＧＬ層と中間層の界面から距離１ｎｍ程度の領域に限定される。このような狭い領域のスピン偏極だけで厚いＦＧＬ膜全体の磁化を駆動するには限界がある。一方、磁気記録媒体面で得られるＡＣ磁界強度はＦＧＬ膜厚が厚いほど大きい。十分なアシスト効果を得るためには大きなＡＣ磁界強度が必要である。従って、上記ＳＴＯを用いたＭＡＭＲ方式では、得られるアシスト効果に限界があり、高記録密度化する上での課題となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜４や非特許文献１〜３では、スピン注入によるスピントルク効果を用いた新構造の高周波発生素子を用いて実際の磁気記憶装置に適用した場合の問題点、特にその信頼性については十分に検討されておらず、又、性能上の限界についても開示されていない。
【００１１】
本発明の目的は、マイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）を用いる場合において、信頼性が高くマイクロ波強度の向上が可能な磁気ヘッド及び信頼性が高く高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１３】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と、前記記録磁極および対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子と、前記記録磁極を励磁するコイルとを有し、前記高周波磁界発生素子は、前記コイルに流れる記録電流の変化によって生じる高周波磁界により誘起された前記高周波磁界発生素子の磁化の才差運動により生じる高周波磁界により、磁気記録媒体への書き込みをアシストするものであることを特徴とする磁気ヘッドとする。
【００１４】
また、磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と前記記録磁極に対向して設けられた対向磁極と前記記録磁極を励磁するコイルと前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子と前記記録磁極および対向磁極の間に設けられた高周波磁界発生素子とを備える磁気ヘッドとを含み、前記高周波磁界発生素子は、前記コイルに流れる記録電流の変化によって生じる高周波磁界により誘起された前記高周波磁界発生素子の磁化の才差運動により生じる高周波磁界により、前記磁気記録媒体への書き込みをアシストするものであることを特徴とする磁気記憶装置とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上、本発明によれば、マイクロ波アシスト記録方式を用いる場合において、信頼性の高い磁気ヘッド及び高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例に係る磁気記録装置における情報記録動作を説明するための模式図である。
【図２】従来のＭＡＭＲの磁気記憶装置における情報記録動作を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置の主要部の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置において、磁気記録媒体に記録を行う時の高周波磁界発生層の磁化状態を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置において、記録電流に加えた摂動によりＦＧＬ磁化の才差運動が誘起され、これにより発生したＡＣ磁界により記録磁界方向に媒体磁化が反転することを説明するための特性図であり、（ａ）は記録信号電流又はＳＴＯ磁場（規格化量）の時間変化、（ｂ）は規格化ＦＧＬ磁化の時間変化、（ｃ）はＡＣ磁界の時間変化、（ｄ）はＦＧＬ有の場合の規格化媒体磁化の時間変化、（ｅ）は周波数の時間変化、（ｆ）はＦＧＬ無の場合の規格化媒体磁化の時間変化を示す。
【図７Ａ】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置において、ＦＧＬ磁化の過渡特性の、三角波の時間幅Δｔと深さ（底のレベルΔＨ／Ｈ）に対する依存性を説明するための特性図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施例に係る磁気記憶装置において、媒体磁化の過渡特性の、三角波の時間幅Δｔと深さ（底のレベルΔＨ／Ｈ）に対する依存性を説明するための特性図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る磁気記憶装置において、磁気記録媒体に記録を行う時の高周波磁界発生層の磁化状態を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る磁気記憶装置において、記録電流に加えた摂動によりＦＧＬ磁化の才差運動が誘起され、これにより発生したＡＣ磁界により記録磁界方向に媒体磁化が反転することを説明するための特性図であり、（ａ）は記録信号電流又はＳＴＯ磁場（規格化量）の時間変化、（ｂ）は規格化ＦＧＬ磁化の時間変化、（ｃ）はＡＣ磁界の時間変化、（ｄ）はＦＧＬ有の場合の規格化媒体磁化の時間変化、（ｅ）は周波数の時間変化、（ｆ）はＦＧＬ無の場合の規格化媒体磁化の時間変化を示す。
【図１０Ａ】本発明の第２の実施例に係る磁気記憶装置において、ＦＧＬの過渡特性の、正弦波の周波数ｆと深さ（そこのレベルΔＨ/Ｈ（％）に対する依存性を説明するための特性図である。
【図１０Ｂ】本発明の第２の実施例に係る磁気記憶装置において、媒体磁化の過渡特性の、正弦波の周波数ｆと深さ（そこのレベルΔＨ/Ｈ（％）に対する依存性を説明するための特性図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る磁気記憶装置において、磁気記録媒体に記録を行う時の高周波磁界発生層の磁化状態を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る記憶装置に適合した情報記録方式（媒体がＡＣ消磁された状態）を説明するための特性図である。
【図１３】本発明の第３の実施例に係る記憶装置に適合した情報記録方式（媒体がＤＣ消磁された状態）を説明するための特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明者等は、マイクロ波アシスト磁気記録方式（ＭＡＭＲ）の磁気ヘッドや磁気記憶装置の信頼性向上のためには高周波磁界発生層（ＦＧＬ）を含む高周波発生素子（ＳＴＯ）にスピントルク伝達（ＳＴＴ）電流を流さなければよいと考えた。更に、ＳＴＯにＳＴＴ電流を流さずにマイクロ波を発生させる手法について検討を行った。その結果、情報を書き込むための記録磁界の変化によりＳＴＯがマイクロ波を発生することが分かった。本発明はこの新たな知見に基づいて生まれたものである。
【００１８】
一実施形態を以下に示す。磁気記録媒体と、磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極と対向して設けられた対向磁極と、記録磁極を励磁するコイルと、磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子を少なくとも備える磁気ヘッドを含み、記録信号に対応して正負両方向に変調された信号電流を上記コイルに流すことにより、上記記録信号に対応する情報を上記記録媒体に書き込む記録装置において、前記記録磁極と対向磁極との間に設けられた高周波磁界発生素子（ＳＴＯ）を有し、上記高周波磁界発生素子に電流を通電しないことを特徴とする。
【００１９】
主磁極に誘起された磁束は、媒体記録層を通過して媒体下地層へ向かう部分が記録磁界、ＳＴＯを通過して対向磁極又はトレーリングシールドへ向かう部分がＦＧＬ磁界となる。ＦＧＬに加わる磁界が一定でＳＴＴ電流が０のとき、ＦＧＬの磁化はＦＧＬ内の有効磁界と平行な方向を向いて静止したつり合い（平衡）状態にある。ここで、主磁極を駆動するコイル電流に摂動を加えると、ＦＧＬに加わる外部磁界が変調される。ＦＧＬに加わる外部磁界が速やかに変化すると、上記つり合い状態が崩れて（磁化にトルクが作用して）磁化は外部磁界を中心に才差運動を開始し、これに伴いＡＣ磁界が発生する。このように本実施形態によればＳＴＯにＳＴＴ電流を通電することなく、ＳＴＯの磁化を振動させＡＣ磁界を発生できる。上記外部磁界の変化としては、主に以下の２つが考えられる。第１に、主磁極に印加する信号磁界方向が反転すると、ＦＧＬ位置での外部磁界の方向も反転する。これに伴いＦＧＬ磁化のつり合いが崩れて才差運動が開始する。第２に、主磁極を励磁するコイルに流す記録電流に別の周波数又は波形の電流を重畳することにより、ＦＧＬ位置での外部磁界に摂動を加えると、これに伴いＦＧＬ磁化のつり合いが崩れて才差運動が開始する。
【００２０】
ここで、外部磁界の変化により誘起されたＦＧＬ磁化の才差運動はダンピングにより減衰し、これに伴い磁気記録媒体に加わるＡＣ磁界も減衰する。このため、トラック方向に長い記録パターンを記録する場合、記録の途中でＡＣ磁界が弱まり記録困難となる恐れがある。従って、所望の長さの記録パターンを記録する期間を通じて、媒体磁化反転に必要なＡＣ磁界を発生する才差運動が継続することが望ましい。そのため、ＦＧＬのダンピング係数はできるだけ小さいことが望ましい。特に、上記第１の方法では、ＡＣ磁界発生は、記録磁界の反転から一定期間の間に限られるので、一般に任意の長さの記録パターンを記録するのは難しい。このため、記録方式に制限が生じる。一方、上記第２の方法は、ＦＧＬ磁化の才差運動を継続させることが可能なため、任意の長さの記録パターンを記録することができる。但し、ＦＧＬ磁界を変化させると記録磁界も変化してしまうので、ＦＧＬ磁界変調の大きさは極力抑えることが望ましい。
【００２１】
ここで上記第２の摂動による方法について述べると、前記コイルに流す信号電流に、上記記録信号の最大周波数より大きな第２の周波数で変調された第２の電流成分を重畳することによって、前記高周波磁界発生素子における磁化を振動させることが、上記課題解決に有効である。このとき、前記第２の電流は、前記信号電流の振幅Ｉｗに対し、その振幅ΔＩと周波数ｆを、ΔＩ／Ｉｗ＞０．１、Ｆ＞１０ＧＨｚ、の正弦波状とすることが好ましい。なお、この正弦波は、正弦波を発生する装置の誤差範囲内であれば実用上使用することができる。又、前記コイルに流す信号電流を、上記記録信号の最小変調周期以下の周期で、上記最小変周期より十分に短い期間、その絶対値を前記信号電流の最大振幅Ｉｗより小さなレベルに設定することによって、前記高周波磁界発生素子における磁化を振動させてもよい。このとき、前記期間は、上記記録信号の最小周期の２０％以下で、前記レベルは前記信号電流の最大振幅Ｉｗの２０％以下であることが好ましい。上記外部磁界に加える摂動の波形の代表的な例としては実施例で述べるが、他にも様々な波形が使用可能である。
【００２２】
なお、前記高周波磁界発生素子（ＳＴＯ）は、ＦＧＬのみ、又はＦＧＬと固定層のみから構成すればよい。ここで、上記ＦＧＬは、負の磁気異方性を有することが好ましい。ＦＧＬが負の異方性をもっていると、上記才差運動はそのＦＧＬ面内成分が大きくなり、磁気記録媒体面に生じるＡＣ磁界が増大するためである。
【００２３】
上記実施の形態によれば、マイクロ波アシスト磁気記録方式（ＭＡＭＲ）において、ＳＴＯに直流通電電流を流すことなく、簡便なＳＴＯ構造を用いてマイクロ波帯の高周波磁界を磁気記録媒体に印加することが可能なため、エレクトロマイグレーション等の現象によりＳＴＯ素子が劣化故障することがない。又、主磁極又は対向電極に電圧を印加することがないので、ヘッドと磁気記録媒体との間で絶縁破壊を生じる等の問題が生じない。又、ＦＧＬの膜厚方向にほぼ均一な磁界により磁化の才差運動を駆動するので、比較的膜厚の厚いＦＧＬ内でも均一な才差運動を発生することができ、磁気記録媒体面で強いＡＣ磁界が得られる。このため、マイクロ波アシスト磁気記録方式（ＭＡＭＲ）により、従来垂直磁気記録方式の超常磁性限界の壁を越えて記録密度を増大することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
第１の実施例について、図１〜図６、図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。
【００２６】
本実施例に係る磁気記録再生装置の構成例の一部である磁気記録再生ヘッドの概略図を図３に示す。なお、各図において同一符号は同一構成要素を示す。磁気記録再生ヘッドは、磁気記録媒体１３０上をクリアランス１０１で相対的に符号１００で示す方向に走行するスライダ１５０上に形成された、再生ヘッド部１１０、記録ヘッド部１２０を有する。符号１５１はＣＶＤ−Ｃ、ＦＣＡＣ（Filtered Cathodic Arc Carbon）などからなるヘッド保護層、符号１５２は磁気記録再生ヘッドの浮上面（ＡＢＳ:Air Bearing Surface）である。スライダ１５０は、磁気ヘッド磁極部の浮上量が磁気記録媒体全周に亘って１０ｎｍ程度になるように、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣセラミックスのＡＢＳ面を負圧が発生するようにエッチング加工を施したもので、大きさはフェムト型で０．８５×０．７×０．２３ｍｍ程度である。本実施例では、磁気記録再生ヘッドは再生ヘッド部１１０が先頭で記録ヘッド部１２０が後方になる向きに磁気記録媒体１３０が相対的に移動する構成としているが、逆構成であったとしても良く、またヘッド保護層はなくても良い。
【００２７】
再生ヘッド部１１０は、シールド層１１１、再生センサ素子１１２、上部磁気シールド１１３と下部磁気シールド１１４を有する。再生センサ素子１１２は磁気記録媒体からの信号を再生する役割を担うもので、その構成としては、ＴＭＲ（Tunneling Magneto−Resistive）効果、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ効果、ないしはＥＭＲ（Extraordinary Magneto−Resistive）効果を有するもの、更にはＳＴＯ（Spin Torque Oscillator）効果を応用したものや、いわゆる差動型であっても良い。その素子幅Ｔｒｗは、目標とする記録磁界、記録密度に応じて設計、加工され、その大きさは８０ｎｍないし５ｎｍ程度である。なお同図で出力の取り出し端子は省略して記載してある。
【００２８】
記録ヘッド部１２０は高周波磁界１４５を発生するための高周波磁界発生素子１４０、記録ヘッド磁界１２１を発生するための第１の記録磁極１２２、高周波磁界発生素子１４０の磁化回転方向などを制御するための第２の記録磁極１２４、記録磁極を励磁するためのＣｕなどからなるコイル１２３で構成される。なお、図面上ではコイル１２３が第１の記録磁極１２２の左右に分かれて記載されているが、実際は第１の記録磁極１２２を取り巻くように配置されている。符号１２５は、第１の記録磁極１２２と第２の記録磁極１２４との間の磁気ギャップ部を示す。ここでこれらの記録磁極は、ＦｅＣｏＮｉ、ＣｏＦｅ合金などの高飽和磁束軟磁性膜をメッキ法もしくはスパッタ法などで形成される。記録に寄与する記録素子の幅Ｔｗｗは、目標とする記録磁界、記録密度に応じて設計、加工され、その大きさは１６０ｎｍないし１０ｎｍ程度である。また構造を適正化して第１の記録磁極と第２の記録磁極の役割を変えてもよい。
【００２９】
高周波磁界発生素子１４０は、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅなどの軟磁性合金、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒなどの硬磁性合金、Ｆｅ０．４Ｃｏ０．６、Ｆｅ０．０１Ｃｏ０．９９、Ｃｏ０．８Ｉｒ０．２などの負の垂直磁気異方性を有する磁性合金、またＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、Ｃｏ／Ｆｅ、Ｃｏ／Ｉｒなどの磁性人工格子などからなる高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１を含む。なお、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１に隣接してスピン固定層（回転ガイド強磁性層）１４３設けてもよい。スピン固定層１４３は高周波磁界発生層１４１の第１の記録磁極１２２の側、第２の記録磁極１２４の側のいずれに設けてもよく、また両方に設けてもよい。スピン固定層１４３は、垂直異方性を持った材料を用いることによりＦＧＬ１４１の発振を安定させることが出来るので、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄなどの人工磁性材料を用いることが好ましい。なお、ＳＴＯ通電電流を用いる従来型の高周波発振素子同様、高周波磁界発生層１４１と上記スピン固定層１４３との間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｕなどの非磁性伝導材料などからなる非磁性中間層１４２を設けてもかまわない。ＦＧＬ１４１の幅ＷＦＧＬは、目標とする記録磁界、記録密度に応じて設計、加工され、その大きさは１５０ｎｍないし５ｎｍ程度である。
【００３０】
磁気記録媒体１３０は、ガラスやＮｉＰメッキＡｌなどから構成される非磁性基板１３６上に、ＦｅＣｏＴａＺｒなどからなる軟磁性下地層１３５、ＣｏＣｒＰｔ、Ｌ１２−Ｃｏ３Ｐｔ基合金、Ｌ１２−（ＣｏＣｒ）３Ｐｔ基合金、Ｌ１１−Ｃｏ５０Ｐｔ５０基合金、ＣｏＣｒＢ／Ｐｔ、ＣｏＢ／Ｐｄ磁性人工格子、Ｌ１０型ＦｅＰｔ、などを主な構成要素とする磁性膜からなる第一、第二の記録層１３４、１３３、更にＣなどからなる保護層１３２、及び潤滑層１３１などから構成される。ここで記録層１３４、１３３の少なくとも一層は垂直磁気異方性を持つ材料であることが好ましく、その磁化の共鳴周波数と高周波磁界発生素子１４０の高周波磁界の発振周波数は大きくは違わないことが好ましい。なお磁気的な結合を制御するための中間層を両層の間に設けてもよい。また軟磁性下地層１３５と非磁性基板１３６との間に少なくとも一層の非磁性層を、また軟磁性下地層１３５と磁性層（第１記録層１３４）との間にＲｕなどの少なくとも一層の非磁性中間層やそれに加えて磁性中間層を設けても良い。更に軟磁性下地層１３５を、Ｒｕなどを介した２層構造としたり、磁性層（記録層）を単層もしくは、３層以上の多層構造としても良い。なお本実施例では、基板の片面に磁性層などを設けた例を示したが、これらを非磁性基板１３６の両面に設けても良い。本実施例では磁気記録媒体１３０は各ビットが連続して存在する連続媒体の例を示したが、基板上に１０ｎｍ程度の磁性パターンを設けたパターン媒体でもよい。
【００３１】
図４に、本実施例に係る磁気記憶装置の一つである磁気記録再生装置の構成例を示す。上位システムからの記録、再生の命令に従い、磁気記録媒体２０１は所定の回転数でスピンドルモータ２００により回転、再生ヘッドにより、予め装置製造工程で磁気記録媒体に記録されたサーボ情報からの信号を用いて磁気記録媒体上の位置を検出し、再生ヘッド部と記録ヘッド部とを含むヘッドスライダ２０３及びサスペンション２０４とからなる、磁気ヘッドＨＧＡ（Head Gimbal Assembly）２０５を、アーム２０２を介してアクチュエータ２０６で制御することで磁気記録媒体２０１の所定の記録トラック上に移動（シーク動作）、その位置でフォローイング動作をする。次いでそのトラック上で、情報記録時には、記録信号は、サスペンション２０４に予め設けられた配線を通じて、Ｒ／Ｗ−ＩＣ、信号処理系などを含む回路系２０７によって制御されつつ、記録ヘッド部によって磁気記録媒体上の該記録トラックにマイクロ波アシスト方式で記録される。また情報再生時には、再生ヘッド部により信号が再生され、信号処理系での再生、復調信号処理などを経て情報が読み出される。アクチュエータ２０６がロータリー型のアクチュエータであれば、装置の小型軽量化の点で好ましい。本実施例では、磁気記録媒体が１個、磁気ヘッドスライダが２個の場合を示したが、磁気記録媒体１個に対し磁気ヘッドスライダが１個でも良く、また磁気記録媒体、磁気ヘッドを目的に応じて複数個に適宜増やしても良い。
【００３２】
図１を用いて、本実施例に係る磁気記憶装置における情報記録動作を模式的に説明する。コイル１２３に両極性の記録信号電流を流すことにより、第１の記録磁極１２２、第２の記録磁極１２４、磁気記録媒体１３０の軟磁性下地層を含む磁気回路に磁束を発生する。これにより、磁気記録媒体１３０及び高周波磁界発生素子１４０の位置に、記録信号電流の向きに応じた記録磁界１２１が生じる。ここで、上記信号電流に図１の上部左図に模式的に示したような摂動を加える。これによりＦＧＬ１４１の磁化が才差運動を行い、高周波磁界１４５が発生する。磁気記録媒体内において一定強度以上の記録磁界１２１と高周波磁界１４５が重畳した領域で、上記高周波磁界１４５のアシスト効果により上記記録磁界１２１の方向に応じて磁気記録媒体１３０の記録層が磁化される。磁気記録媒体１３０を記録ヘッド部１２０に対してトラック方向に移動させることにより、記録情報に応じた磁化情報がトラック方向に順次記録される。なお、符号１３７、１３８は、それぞれ磁気記録媒体に記録された上向き、下向きの磁化を示す。比較のため図２を用いて、従来マイクロ波アシスト記録による情報記録動作を模式的に説明する。従来法では、図２に模式的に示す通りコイル１２３に流す信号電流には摂動を加えず、高周波磁界発生素子１４０の高周波磁界発生層１４１の磁化を才差運動させるために直流のＳＴＯ通電電流（ＳＴＴ電流）１４９を流す必要がある。次に、直流のＳＴＯ通電電流１４９を流さず、信号電流に摂動を加えることにより高周波磁界発生素子１４０の磁化を才差運動させる方法の詳細について図１、図５を用いて以下に説明する。
【００３３】
（最適化方法及び効果）
磁気記録媒体１３０に含まれる磁気記録媒体磁性層（記録層１３３、１３４）に記録された上向きの磁化１３７を下向きの磁化１３８に書き換える場合について説明する。なお、図１では磁気記録媒体層を符号１３３で示す。第１の記録磁極１２２から、図１で下向きの記録磁界１２１が発生するように記録ヘッドのコイル１２３に記録電流を通電する。このとき、第１の記録磁極１２２からの磁界の一部が第２の記録磁極１２４に向けてＳＴＯ１４０が配置されているギャップ部に発生する。本実施例では、一定周期毎に、信号磁界の立ち上がり時間程度の幅でほぼ逆三角波状に磁界の最小値がほぼ０になるように記録電流に摂動を加える（図１の上部左図の上図）。なお、ここでは、上記周期を最短ｂｉｔ長に対応する周期としたが、これに限らない。また、記録磁界１２１は記録磁極における渦電流発生、磁化の飽和等により、必ずしも記録電流に比例して変化しない。従って、記録磁界１２１が所望の時間変化を達成するように記録電流を制御する。ここでは、上記立ち上がり時間程度の幅で電流を０とした。この幅については、最も大きなアシスト効果が得られるように調整することが望ましい。また、記録用磁場をできるだけ垂直に近い形状で立上げるために、記録電流は立ち上がり時にオーバーシュートさせている（図示せず）。
【００３４】
図５に、磁気記録媒体１３０の磁気記録媒体層１３３に記録を行う時の高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の磁化状態を模式的に示す。ここで符号１４７は、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の磁化、符号１４８は高周波磁界発生層（ＦＧＬ）の磁化１４７の回転方向である。
【００３５】
まず、記録磁界に摂動を加えずに低温の定常状態にある場合について図５（ａ）に示す。ＦＧＬ１４１は負の異方性を持っているので、磁化をＦＧＬ面内方向に向けようとする有効磁界の磁気異方性に起因する成分（磁気異方性起因有効磁界成分１６１）と、磁化をＦＧＬ面の法線方向へ向けようとする外部磁界１６２がつり合った状態で静止する。簡単のため反磁界と交換磁界を無視すると、図で右向きの外部磁界１６２と左向きの磁気異方性起因有効磁界成分１６１がつり合う角度θ１で有効磁界（＝外部磁界＋磁気異方性起因有効磁界成分）は０となり静止する。ここで図５（ｂ）に示すように、摂動により外部磁界１６２が速やかに（磁化が追随しない速度で）減少すると、有効磁界１６３は図において左向きとなり、磁化１４７はこれからトルク１６４を受けて面内方向１４８に回転運動を始める。同時に、図５（ｂ）に示すように磁化１４７はダンピング１６５を受け、図５（ｃ）に示すように新たなつり合い角θ２に向かって面内方向に傾き、負の有効磁界の磁気異方性起因有効磁界成分１６１が減少し、有効磁界１６３も減少する。やがて図５（ｄ）に示すように、外部磁界１６２が元の値にもどると、今度は、有効磁界１６３は図で右向きとなり、磁化１４７は逆方向に回転をはじめる。この回転（才差）運動は図５（ａ）に示した最初の定常状態に達するまで継続する。これにより、高周波磁界発生層１４１の磁化１４７が高速回転し、磁気記録媒体層１３３の上向きの記録磁化１３７の運動をアシストする性質の高周波磁界を発生する。最終的にこの高周波磁界１４５のアシスト効果に助けられ、下向きの記録磁界１２１によって磁気記録媒体の上向き磁化１３７は下向きの磁化１３８に反転、情報の書き換えが行われることになる。磁気記録媒体層１３３に記録された下向きの磁化１３８を上向きに書き換える場合についても、各磁界及び磁化の回転方向が逆になることを除き、上記と全く同様である。
【００３６】
上記回転の周波数を増大するには、異方性磁界と外部磁界の差を大きくして磁化に作用するトルクを増大することが好ましい。このためには、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の負の異方性を増大する、外部磁界を増大する、磁化が摂動による外部磁界変化に追随しないように外部磁界変化の速度を速くする等することが望ましい。又、上記才差運動が長期間継続するために、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１のダンピング係数を小さくする等することが望ましい。
【００３７】
図６を用いて、記録電流に加えた摂動によりＦＧＬ磁化の才差運動が誘起され、これにより発生したＡＣ磁界により記録磁界方向に媒体磁化が反転することを説明する。図６（ａ）に示すように、記録電流に摂動を加えることにより、一定周期毎にＳＴＯ位置での磁界に、最大時間幅Δｔが０．１ｎｓｅｃで磁界最小値ΔＨが最大値の１０％の三角波状の摂動を加えた。これにより、ＦＧＬ磁化は図６（ｂ）に示すような才差運動を行い、媒体位置に図６（ｃ）に示すような高周波磁界が生じた。ここで、上向きの記録磁界を印加した状態で上記高周波磁界にさらされた磁気記録媒体の磁化を強制的に下向きにリセットすると、図６（ｄ）に示すようにリセット後一定時間を経過した後、媒体磁化は上向きに反転する（“−１”から“１”へ変化）。比較のため、上記高周波磁界を加えず上向き記録磁界のみにさらした場合には媒体磁化反転は起こらず（“−１”のまま）、磁化は下向きのままであった（図６（ｆ））。ここで、図６（ｅ）はＡＣ磁界の周波数と媒体磁化の才差運動周波数の時間変化である。両者がクロスして一致した時点で磁化反転が生じることがわかる。
【００３８】
本実施例では、一定時間毎に外部磁界が磁気記録媒体に記録されることになるので媒体移動速度×摂動間隔が静止記録時のビット長（記録領域のダウントラック方向の分布の長さ）より小さい必要がある。ＬＬＧシミュレーションによる磁化分布計算結果によれば、マイクロ波アシストによる静止記録時のｂｉｔ長は１０ｎｍ程度であり、ヘッド−磁気記録媒体間の相対移動速度を２０ｍ／ｓｅｃとすると、摂動間隔を０．５ｎｓｅｃ以下とすることにより上記条件は満たされる。
【００３９】
ＦＧＬ及び媒体磁化の過渡特性の、三角波の時間幅Δｔと深さ（底のレベルΔＨ／Ｈ）に対する依存性を図７Ａ及び図７Ｂに示す。時間幅Δｔと底のレベルΔＨの最適値は磁気記録媒体に依存するが、例えば、Δｔ≦０．１ｎｓｅｃ、ΔＨ／Ｈ≦１０％程度とすることにより、媒体磁化を反転させることができる（図７Ｂの２段目左図と３段目左図）。
【００４０】
公知のＬＬＧシミュレーションによれば、ＦＧＬは、その膜厚を１ないし１００ｎｍ、より好ましくは５ないし３０ｎｍとし、その幅と高さを４０〜２０ｎｍ程度以下の範囲で最適化して、強い磁界を印加することにより、軟磁性材料、硬磁性材料、負の垂直磁気異方性材料のいずれの材料でも、磁区構造をつくることなく、安定して発振することが確認された。ＦＧＬの材料物性及び動作条件としては、Ｈｋ（負の異方性磁界）がおよそ−１０ｋＯｅから−２０ｋＯｅ、飽和磁化が約１５００ｅｍｕ／ｃｃから２０００ｅｍｕ／ｃｃ、主磁極からの磁界強度が約５ｋＯｅから１５ｋＯｅ、ダンピング係数が０．０１から０．１の間に設定した。
【００４１】
このことから、マイクロ波アシスト記録方式は特に高密度記録に適しているといえる。なお上記で、これら記録磁極の構造を調整し、第１の記録磁極と第２の記録磁極の役割を変えても同様の効果が得られた。また本構成とすることによりＳＴＯへの通電端子が不要になるので、磁気ヘッドや装置製造工程、および耐外来ノイズの面で特に好ましかった。
【００４２】
図３に示す磁気ヘッドにおいて、ＦＧＬの膜厚を３０ｎｍとし三角波の摂動を記録磁界に与えたところ、ＳＴＴ電流を流す従来法に比してマイクロ波強度を数倍に増加することができた。また、電流を流すための配線が無いため信頼性が大幅に向上した。更に、当該磁気ヘッドを図４に示す磁気記憶装置に搭載した結果、信頼性および磁気記録密度を向上することができた。
【００４３】
以上本実施例によれば、マイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）を用いる場合において、信頼性が高くマイクロ波強度の向上が可能な磁気ヘッド及び信頼性が高く高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４４】
第２の実施例について、図８、図９、図１０Ａ、図１０Ｂを用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００４５】
本実施例では、ＳＴＯ通電電流が不要であるだけでなく、ＦＧＬの発振周波数も制御することのできる磁気記憶装置の例を説明する。本実施例では実施例１とほぼ同様の装置構成を用いるので、装置構成については説明を省略する。以下、本実施例の動作について説明する。
【００４６】
磁気記録媒体磁性層（記録層１３３、１３４）に記録された上向きの磁化を下向きに書き換える場合について説明する。第１の記録磁極１２２から、図３で下向きの記録磁界１２１が発生するように記録ヘッドのコイル１２３に記録電流を通電する。このとき、第１の記録磁極１２２からの磁界の一部が第２の記録磁極１２４との間のギャップ部１２５にも発生する。本実施例では、記録電流に周期的な摂動を加えることにより、記録磁界及びギャップ部に発生する磁界を、ほぼ正弦波状（Ｈ＝Ｈ−ΔＨ＋ΔＨ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ））に変化させる。発生する磁界は磁極における渦電流発生、磁化の飽和等により、必ずしも記録電流に比例して変化しないので、磁界が所望の時間変化を達成するように記録電流を制御する。ここでは、記録電流の最大値の１５％の振幅を持つ周波数２０ＧＨｚの正弦波電流を信号電流に重畳した。上記振幅と周波数については、最も大きなアシスト効果が得られるように調整することが望ましい。このとき、上記摂動の周波数ｆとその振幅ΔＨが十分大きくなると、ＦＧＬ１４１の磁化は上記摂動の周波数と同じ周波数で、膜面内方向に連続的な振動をはじめる。
【００４７】
図８に、磁気記録媒体１３０に記録を行う時の高周波磁界発生素子１４０の各層の磁化状態を模式的に示す。実施例１同様、磁界に摂動を加えずに低温の定常状態にある場合、図８（ａ）に示すように、高周波磁界発生層１４１の磁化１４７は、磁化をＦＧＬ面内方向に向けようとする負の磁気異方性による磁気異方性起因有効磁界成分１６１と、磁化をＦＧＬ面の法線方向へ向けようとする外部磁界１６２がつり合った状態で静止する。簡単のため反磁界と交換磁界を無視すると、図で右向きの外部磁界１６２と左向きの磁気異方性起因有効磁界成分１６１がつり合う角度θ１で有効磁界（＝外部磁界＋磁気異方性起因有効磁界成分）は０となり静止する。ここで、図８（ｂ）に示すように、摂動により外部磁界１６２が速やかに（磁化が追随しない速度で）増加すると、有効磁界１６３は図において右向きとなり、磁化はこれからトルク１６４を受けて＋ｙ方向に振られる。やがて、図８（ｃ）に示すように、外部磁界１６２が減少すると、有効磁界１６３は図において左向きとなり、磁化はこれからトルク１６４を受けて−ｙ方向に振られる。この様に、本実施例では磁化は主としてｙ方向（クロストラック方向）に振動する。これにより、磁気記録媒体１３０の上向きの記録磁化の反時計回りの才差運動をアシストする性質の高周波磁界が発生し、最終的にこの高周波磁界１４５のアシスト効果に助けられ、下向きの記録磁界１２１によって磁気記録媒体の上向き磁化は下向きに反転、情報の書き換えが行われることになる。
【００４８】
図９に記録電流に加えた摂動によりＦＧＬに誘起された磁化の才差運動で発生したＡＣ磁界により、記録磁界方向に媒体磁化が反転することを説明する。図９（ａ）に示すように、記録電流に摂動を加えることにより、ＳＴＯ位置での磁界に、周波数ｆが１５ＧＨｚで振幅ΔＨが磁界最大値の１０％の正弦波状の摂動を加えた。これにより、ＦＧＬ磁化は図９（ｂ）に示すような才差運動を行い、図９（ｃ）に示すような高周波磁界が磁気記録媒体位置に生じた。なお図９上では磁界とＦＧＬ磁化の振動周波数が異なるが、実際には両者は等しい。ここで、上向きの記録磁界と上記高周波磁界にさらされた磁気記録媒体の磁化を強制的に下向きにリセットすると、図９（ｄ）に示すようにリセット後一定時間を経過した後、媒体磁化は上向きに反転する（“−１”から“１”へ変化）。比較のため、上記高周波磁界を加えず上向き記録磁界のみにさらした場合には媒体磁化反転は起こらず（“−１”のまま）、磁化は下向きのままであった（図９（ｆ））。
【００４９】
ＦＧＬ及び媒体磁化の過渡特性のΔＨ、ｆ依存性を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。信号周波数の数倍程度のｆではＦＧＬ振動は誘起できないが、１０ＧＨｚ以上になるとＦＧＬは摂動振動数で連続振動をはじめる。ｆを最適化することで、最大磁界の１割のΔＨにより媒体磁化を反転させることができた（図１０Ｂの３段目の左から２番目の図）。
【００５０】
第１の記録磁極から磁気記録媒体に印加される磁界強度を最大化するために、上記記録電流はその最大値において第１の記録磁極の磁化がほぼ飽和磁化に達するように設定することが好ましい。また、摂動により主磁極から磁気記録媒体に印加される磁界強度の平均値は低下するので、摂動の振幅ΔＨは所望のアシスト効果が得られる範囲でできるだけ小さいことが好ましい。
【００５１】
磁気記録媒体に記録された下向きの磁化を上向きに書き換える場合についても、各磁界及び磁化の回転方向が逆になることを除き、上記と全く同じ機構によりＡＣ磁界が発生する。
【００５２】
なお、本実施例では、１０ＧＨｚ以上でコイル電流に摂動を加えることが望ましいので、主磁極渦電流損失を抑制するとともに、コイル駆動伝送回路系の伝送帯域を拡大すべく、これらの設計を最適化した。
【００５３】
実施例１と同様に、これら記録磁極の構造を調整し、第１の記録磁極と第２の記録磁極の役割を変えても同様の効果が得られた。
【００５４】
図３に示す磁気ヘッドにおいて、ＦＧＬの膜厚を３０ｎｍとし、正弦波の摂動を記録磁界に与えたところ、ＳＴＴ電流を流す従来法に比してマイクロ波強度を数倍に増加することができた。また、電流を流すための配線が無いため信頼性が大幅に向上した。更に、当該磁気ヘッドを図４に示す磁気記憶装置に搭載した結果、信頼性および磁気記録密度を向上することができた。
【００５５】
以上本実施例によれば、マイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）を用いる場合において、信頼性が高くマイクロ波強度の向上が可能な磁気ヘッド及び信頼性が高く高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供することができる。また、正弦波の摂動を与えることにより、ＦＧＬの発振周波数を制御することができる。
【実施例３】
【００５６】
第３の実施例について、図１１〜図１３を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００５７】
本実施例では、ＳＴＴ電流が不要であるだけでなく、記録電流に摂動を加える必要のない磁気記憶装置の例を説明する。本実施例では実施例１とほぼ同様の装置構成を用いるので、装置構成については説明を省略する。本実施例では、上記実施例１及び２と異なり記録電流に一定周期で摂動を加えることはしない。しかしながら、高周波発生素子に直流電流を流さない点は共通している。以下、本実施例の動作について説明する。
【００５８】
図１１に、磁気記録媒体１３０に記録を行う時の高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の磁化状態を模式的に示す。ここで符号１４７は、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の磁化、符号１４８は高周波磁界発生層（ＦＧＬ）の磁化１４７の回転方向である。まずはじめ磁化は、磁化１４７を磁気記録媒体面内方向に向けようとする負の磁気異方性による磁気異方性起因有効磁界成分１６１と、磁化１４７を磁気記録媒体面法線方向へ向けようとする外部磁界１６２がつり合った状態にある（図１１(ａ)）。ここで図１１(ｂ)に示すように、記録電流の符号が逆転して、ＦＧＬに加わる外部磁界１６２の向きが反転すると、有効磁界１６３は図において左向きとなり、磁化１４７はこれからトルク１６４を受けて面内方向に回転運動を始める。磁化１４７は、新たなつり合い角θ３に向かって面内方向に傾き、負の磁気異方性実効磁界は減少する。この回転（才差）運動は、図１１(ｃ)に示す新たな定常状態に達するまで継続する。上記回転の周波数を増大するには、磁気異方性起因有効磁界成分１６１と外部磁界１６２の和を大きくして磁化に作用するトルクを増大することが好ましい。このためには、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１の負の異方性を増大する、外部磁界を増大する、磁化が摂動による外部磁界変化に追随しないように外部磁界変化の速度を速くすることが望ましい。又、上記才差運動が長期間継続するために、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１４１のダンピング係数を小さくすることが望ましい。
【００５９】
本実施例では、記録電流の符号が逆転して、ＦＧＬに加わる外部磁界の向きが反転したとき、ＦＧＬ磁化のつり合い状態が壊れて磁化の回転運動が誘起され、これによりＡＣ磁界が発生し、このときの記録磁界の向きに応じた方向に磁気記録媒体が磁化される。ＦＧＬの磁化運動がダンピングにより減衰してＡＣアシスト効果が減少すると、媒体磁化は記録磁界の方向に従わない。即ち、磁気記録媒体上の記録電流極性切り替えのタイミングに対応する位置近傍でのみ記録が行われるため、ビット長の長い記録パターンを記録することが難しい。このため、本実施例に適合した情報記録方式を用いる必要がある。以下、本実施例に適した情報記録方式の例について図１２、図１３を用いて説明する。図１２は本実施例に係る記憶装置に適合した情報記録方式（媒体がＡＣ消磁された状態）を説明するための特性図、図１３は本実施例に係る記憶装置に適合した情報記録方式（媒体がＤＣ消磁された状態）を説明するための特性図である。
【００６０】
まず、簡単のため、最初に磁気記録媒体がＡＣ消磁された状態にある場合について図１２を用いて説明する。図１２(ａ)の情報を記録するとする。コイル１２３に、図１２(ｂ)の記録電流を与えると、磁気記録媒体にはトラック方向に図１２(ｃ)の磁化情報が記録される。これを再生ヘッドで検出すると図１２(ｄ)の信号が再現されるが、図１２(ｄ)の信号を時間方向に積分することにより、図１２(ｅ)の信号が得られる。図１２(ｅ)の信号は比較器等を通すことにより元の記録信号が再現される。
【００６１】
一方、媒体磁化の初期状態がＤＣ消磁された状態にある場合には、情報の記録は記録電流の立ち上がりか立下りのどちらか片方でしか行うことができない。このため、達成可能な記録密度は半分になる。しかしながら、図１３（ｂ）（ｂｂ）に示すように、元の記録信号を２つの信号に分解して、その各々を磁気記録媒体上の同一位置に重ねて記録することにより、高密度記録が可能となる。即ち、図１３（ａ）の記録情報から図１３（ｂ）の信号Ｉ及び図１３（ｂｂ）の信号ＩＩを分割生成する。次に、コイル１２３に、上記信号Ｉに従って図１３（ｃ）に示す電流を与えると、磁気記録媒体にはトラック方向に図１３（ｄ）に示す磁化情報が記録される。次に、磁気記録媒体上の上記信号Ｉの記録領域に重なるように、コイル１２３に上記信号ＩＩに従って図１３（ｃ）に示す電流を与えると、磁気記録媒体にはトラック方向に図１３（ｄｄ）に示す磁化情報が記録される。これを再生ヘッドで検出すると図１３（ｅ）のように元の記録信号が再現される。図１３（ｅ）の信号は比較器等を通すことにより元の記録信号が再現される。
【００６２】
図３に示す磁気ヘッドにおいて、ＦＧＬの膜厚を２０ｎｍとし、記録磁界に変化を与えたところ、ＡＣ消磁の場合でもＤＣ消磁の場合でもＳＴＴ電流を流す従来法に比してマイクロ波強度を２倍に増加することができた。また、電流を流すための配線が無いため信頼性が大幅に向上した。更に、当該磁気ヘッドを図４に示す磁気記憶装置に搭載した結果、信頼性および磁気記録密度を向上することができた。
【００６３】
以上本実施例によれば、マイクロ波アシスト記録方式（ＭＡＭＲ）を用いる場合において、信頼性が高くマイクロ波強度の向上が可能な磁気ヘッド及び信頼性が高く高記録密度化が可能な磁気記憶装置を提供することができる。また、ＳＴＴ電流が不要で、かつ記録電流に摂動を加える必要のないＭＡＭＲ用の磁気ヘッドや磁気記憶装置を提供することができる。
【００６４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００：磁気ヘッドの走行方向、１０１：磁気ヘッドと磁気記録媒体のクリアランス、１１０：再生ヘッド部、１１１：シールド層、１１２：再生センサ素子、１１３：上部磁気シールド、１１４：下部磁気シールド、１２０：記録ヘッド部、１２１：記録ヘッド磁界、１２２：第１の記録磁極、１２３：コイル、１２４：第２の記録磁極、１２５：磁気ギャップ部、１３０：磁気記録媒体、１３１：潤滑層、１３２：保護層、１３３：第二の記録層（多層構造を有する記録層）、１３４：第一の記録層、１３５：軟磁性下地層、１３６：非磁性基板、１４０：高周波磁界発生素子部、１４１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）、１４２：非磁性中間層、１４３：スピン固定層、１４５：高周波磁界、１４７：ＦＧＬの磁化、１４８：ＦＧＬの磁化の回転方向、１４９：ＳＴＯ通電電流（ＳＴＴ電流）、１５０：スライダ、１５１：ヘッド保護層、１５２：磁気記録再生ヘッド浮上面（ＡＢＳ）、１６１：有効磁界の磁気異方性に起因する成分（磁気異方性起因有効磁界成分）、１６２：外部磁界、１６３：有効磁界、１６４：トルク、１６５：ダンピング、２００：スピンドルモータ、２０１：磁気記録媒体、２０２：アーム、２０３：磁気記録再生素子搭載ヘッドスライダ、２０４：サスペンション、２０５：磁気ヘッド（ＨＧＡ）、２０６：アクチュエータ、２０７：Ｒ／Ｗ−ＩＣや信号処理系などを含む回路系。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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