(57)【要約】【課題】電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストし、電界磁界積の臨界値を低くすることによって、信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供すること。【解決手段】基板、基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含む記録媒体と、記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備え、記録媒体に対して、電界及び磁界の印加と共にマイクロ波領域の電磁波が印加される、磁気記録デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、前記第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、前記第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含む記録媒体と、
前記記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、
前記記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備え、
前記記録媒体に対して、前記電界及び前記磁界の印加と共にマイクロ波領域の電磁波が印加される、磁気記録デバイス。
【請求項２】
前記マイクロ波領域の電磁波は、１〜６ＧＨｚの周波数を有する、請求項１に記載の磁気記録デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置は、情報爆発の時代になっても、記録技術の中核の技術に位置付けられている。その中心は記録ビットの微細化による大容量化である。磁気記録媒体と磁気ヘッドとの最適条件の組み合わせにより、延長線上の技術によって高密度記録が実用化されてきたものの、工学的な限界も近く、記録磁界を実質的に有効にする熱アシスト（特許文献１）やマイクロ波アシスト(特許文献２)の記録技術の実用化が検討されている。
【０００３】
一方、従来の信号記録や信号の保持とは異なる原理に基づく磁気記録技術に着目し、非特許文献１に開示された、電気と磁気の交差相関である電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」という。）のハードディスク装置への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５６６３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９０８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｘ．Ｈｅ．ｅｔ．ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，９，５７９（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスでは、記録媒体上の所望の領域の磁化の方向を選択的に操作することによって情報の記録を行うため、磁化の方向の操作に加えて、任意の微小領域の磁化を操作する技術が必要とされる。上述したＭＥ効果を磁気記録に活かすには、ＭＥ効果もまた所望の領域で選択的に引き起こす必要がある。
【０００７】
すなわち、ＭＥ効果を磁気記録デバイスに応用するうえで基幹となる技術の一つが、電界と磁界の微小領域での重畳である。そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、以下のことが明らかとなった。すなわち、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層と、それに隣接するように配置され、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層と、を含む積層膜を記録媒体として用い、第一の記録媒体層に、磁気記録に必要な第二の記録媒体層の磁化反転に関わるＭＥ効果を発現させるためには、電界（Ｅ）と磁界（Ｈ）との強度の積である電界磁界積（Ｅ×Ｈ）の値に関し、第一の記録媒体の構成材料に対応した臨界値が存在する。一方、当該臨界値を超えるよう、単に電界磁界積（Ｅ×Ｈ）を設定しようとしても、電界（Ｅ）の大きさによっては、記録媒体の構成材料に絶縁破壊が生じてしまう。
【０００８】
そこで本発明は、電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストし、磁気記録に必要な電界磁界積の臨界値を低くすることによって、信頼性が向上した磁気記録デバイス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】
【０００９】
本発明は、基板、基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含む記録媒体と、記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備え、記録媒体に対して、電界及び磁界の印加と共にマイクロ波領域の電磁波が印加される、磁気記録デバイスを提供する。
【００１０】
本発明によれば、第一の記録媒体層に主として含まれる反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンの配列状態が、印加されるマイクロ波領域の電磁波（以下、単に「マイクロ波」という場合がある。）から電磁界の摂動を受ける。これにより、電界と磁界とが重畳された領域において、ＭＥ効果により第一の記録媒体層の磁化が反転するようにスピンの配列状態が変化し、これに伴って、第二の記録媒体層の磁化が同じ方向を向くように反転する。すなわち、マイクロ波領域の電磁波を印加することによって、その際のエネルギーを小さくできる。上述のようにして、本発明によれば、第二の記録媒体層における磁化反転に関わる、第一の記録媒体層におけるＭＥ効果の発現に必要な電界磁界積（Ｅ×Ｈ）の臨界値を実効的に小さくできる。その結果、特に、第一の記録媒体層（特に、酸化物薄膜）の絶縁破壊を防止できることになり、安定して電界と磁界との重畳を磁気記録媒体に生じせしめることができる。また、記録密度をより高めたうえで、記録再生の繰り返し耐久性を有する磁気記録デバイスを提供できる。
【００１１】
本発明者らは、本発明と、数十ＧＨｚ以上の周波数を有するマイクロ波を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録（以下、「高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録」という）との相違点を、以下のように推察する。本発明は、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のように、記録媒体の構成要素、マイクロ波の共鳴条件といった、複数、かつ、複雑な条件を考慮したうえで実施される必要がなく、かつ、ＭＥ効果の発現に必要な電界磁界積（Ｅ×Ｈ）の臨界値を下げることができる。この理由は、スピンの歳差運動とマイクロ波の共鳴によって高保磁力の記録媒体の磁化反転をアシストする、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のような作用とは異なり、電界と磁界の合成であるマイクロ波が、電界、磁界のいずれか、あるいは両方によって反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンに摂動を与える作用が、ＭＥ効果の発現に必要な電界磁界積（Ｅ×Ｈ）の臨界値を下げるためと推察される。この効果は、高周波磁界を追加的に印加するマイクロ波アシスト記録のように共鳴条件を最適化する必要はなく、非共鳴であっても、ＭＥ効果を発現する反強磁性体又はフェリ磁性体の反平行スピンに対する摂動作用が磁気記録に対して有効であるということを示したといえる。その結果、供給パワーを、マイクロ波アシスト記録に要するマイクロ波周波数の数十分の１程度に最適化することが可能で、実用性も高いと言える。また、記録媒体の構成材料は、ピンホールではなくても薄膜に不均一で薄い部分があると、絶縁性が保てなくなる事象、すなわち絶縁破壊に遭遇する。絶縁破壊には臨界点があるがその臨界点を超えない限りは、デジタル情報としてビットエラーがあっても、訂正可能なレベルに抑制可能である。すなわち本発明によれば、記録媒体の構成材料の絶縁破壊が抑制されることによって、信頼性が向上した実用性のある新しい記録技術の提供が可能である。
【００１２】
ここで、マイクロ波領域の電磁波は、１〜６ＧＨｚの周波数を有するとよい。電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストするマイクロ波のエネルギーが上記範囲であることにより、記録媒体の構成材料の絶縁破壊を十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電界磁界積で決まる磁化反転作用をアシストし、磁気記録に必要な電界磁界積の臨界値を低くすることによって、信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける磁気記録の基本原理を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける記録媒体の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）の引き下げ効果と記録された信号の相対Ｓ／Ｎを示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）の引き下げ効果と記録された信号の相対Ｓ／Ｎを示す図である。
【図５】本発明の実施例３〜５に係る記録媒体の保磁力と電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例６〜８に係る記録媒体の保磁力と電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例９に係る記録トラック位置におけるビットエラーを示す図である
【図８】本発明の実施例１０に係る記録トラック位置におけるビットエラーを示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。以下の説明は本発明の実施形態の一部を例示するものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、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。
なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
＜磁気記録デバイス＞
本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける磁気記録の基本原理について図１を参照して説明する。磁気記録デバイス２００を構成する基本要素は、ＭＥ効果を利用して磁気情報が記録される記録媒体１、記録媒体１に対して磁界を印加する磁界印加装置２、及び、記録媒体１に対して電界を印加する電界印加装置３を備える。本実施形態に係る磁気記録デバイス２００における磁気情報の記録は、記録媒体１に対して磁界と電界とを同時に印加することによって行う。ここで、「電界と磁界とを同時に印加する」とは、記録媒体１に、より正確には記録媒体１に含まれる第一の記録媒体層１０１に対して、電界と磁界とが重なった部分（以下、「重畳領域」という場合がある。）を一時的に形成することを意味する。本実施形態において、「ＭＥ記録」を、「記録媒体に対して電界と磁界との重ね合わせを生じさせ、電界又は磁界のいずれか一方を反転させることによって記録媒体の磁化方向を操作する記録方法」と定義する。
【００１７】
ＭＥ効果を利用して記録媒体１に磁気情報を記録するには、印加する磁界と電界とを空間的に狭い領域でのみ重畳し、さらに、この重畳領域を記録媒体１上の任意の場所に移動する機構が必要とされる。これには、ハードディスクに利用されているヘッド・アセンブリ技術を基本に用いることができる。
【００１８】
具体的には、図１に示すように、記録媒体１に、磁界印加装置２から放射される空間的に限定された磁界２５と、電界印加装置３から第一の電極３１と第二の電極３２との間に加えられた電界とが重なる領域、すなわち、重畳領域４５が形成されている。そして、記録媒体１が、重畳領域４５を移動することができるように配置され、例えば記録媒体１を移動させながら、重畳領域の磁界と電界を適宜切り替えることで、磁化情報を連続して記録媒体１の第一の記録媒体層１０１に記録させることが可能である。
【００１９】
本実施形態に係る磁気記録デバイス２００が従来の垂直磁気記録方式と大きく相違する点は、記録媒体１が、記録ヘッド７に備えられた磁界印加装置２からの磁界（Ｈ）２５の印加に加えて、電界印加装置３から電界（Ｅ）の印加を受けることである。さらに本発明の特徴は、従来の垂直磁気記録方式でも印加する磁界（Ｈ）に加え、マイクロ波領域の電磁波２６を印加する点であり、これにより、第一の記録媒体層１０１にＭＥ効果を発現するために必要となる、磁界（Ｈ）と電界（Ｅ）との掛け合わせである電界磁界積（Ｈ×Ｅ）の臨界値を下げることができる。その効果として、特に、電界Ｅによる記録媒体１（特に第一の記録媒体層１０１）の絶縁破壊を抑制することができる。
【００２０】
（記録媒体）
記録媒体１は、基板４０と、第一の電極３１と、第一の記録媒体層１０１と、第二の記録媒体層１０２とをこの順に備えて構成される。基板４０は、第一の電極３１、第一の記録媒体層１０１、及び、第二の記録媒体層１０２を保持する。第一の電極３１は、高い電気伝導性を有する金属又は合金を好適に用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属又は合金が挙げられる。
【００２１】
第一の記録媒体層１０１は、電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」という）を有し、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含み、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して磁気情報を保存する機能を有する。ここで、「主として含む」とは、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせが、第一の記録媒体層１０１が層としてＭＥ効果を発現する程度の量含まれることを意味する。
【００２２】
第二の記録媒体層１０２は、強磁性体を主として含み、第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する。第二の記録媒体層１０２が、第一の記録媒体層１０１と交換結合を介して磁気的に接続されることにより、第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報が第二の記録媒体層１０２に転写され、第二の記録媒体層１０２には第一の記録媒体層１０１に書込まれた磁気情報を外部に読み出すために必要な強さの磁化が発生する。これにより、記録媒体１に情報が記録されることとなる。ここで、「主として含む」とは、強磁性体が、第二の記録媒体層１０２が層として第一の記録媒体層１０１との交換結合を発現し、第一の記録媒体層１０１に書込まれた磁気情報を外部に読み出すために必要な強さの磁化が発生する程度の量含まれることを意味する。
【００２３】
ＭＥ効果を有する第一の記録媒体層１０１に外部から電界と磁界とが同時に印加された場合、印加された電界と磁界の関係が概平行であるか、又は、概反平行であるかによって、一方の反強磁性状態が他方の反強磁性状態よりもエネルギー的により安定になる。すなわち、第一の記録媒体層１０１の磁化の向きを能動的に制御することができ、結果として上述の交換結合を介して、隣接する第二の記録媒体層１０２の磁化状態を操作することができるようになる。
【００２４】
（記録装置）
ａ．磁界印加装置
磁界印加装置２は、通常、記録ヘッド７の一部として設けられ、ビット長にかかわる要件から設計される記録用磁界発生部２２を含み、ＭＥ効果をアシストするマイクロ波領域の電磁波２６（以下、単に「マイクロ波」という場合がある。）を重畳するマイクロ波発生部２１を含んでもよい。格別の目的がない限りＭＥ効果を発現させるべき領域に、マイクロ波によって生じるアシスト磁界を重畳すればよい。
【００２５】
記録用磁界発生部２２から発生する磁界の周波数は、例えば、従来の垂直磁気記録方式で用いられる記録磁界の周波数と同程度とすることができ、例えば、数ＭＨｚ〜２ＧＨｚである。
【００２６】
マイクロ波発生部２１から供給されるマイクロ波は、周波数を、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚとすることができ、５００ＭＨｚ〜８ＧＨｚとすることが好ましく、１〜６ＧＨｚとすることがより好ましい。電界磁界積（Ｅ×Ｈ）で決まる磁化反転作用をアシストするマイクロ波のエネルギーが上記範囲であることにより、記録媒体１の構成材料、すなわち、第一の記録媒体層１０１、第二の記録媒体層１０２等の絶縁破壊を十分に抑制することができる。
【００２７】
本実施形態において、マイクロ波発生部２１は磁界印加装置２に含まれているが、必ずしも磁界印加装置２に含まれている必要はない。磁界印加装置２とは別に、マイクロアシスト波発生装置として設けられていてもよい。
【００２８】
ｂ．電界印加装置
電界印加装置３は第二の電極３２と電極保持部３４とを備える。電界印加装置３から、記録媒体１に電界を印加するためには、電界印加装置３の対極となる電極が必要であるため、第一の電極３１と第二の電極３２との間に、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２が配置されるように記録媒体１は配置される。
【００２９】
第一の電極３１と第二の電極３２は電源３３に接続される。このとき第一の電極３１は電源３３に接続されるだけでもよいが、同時に接地電位に接続されていることが望ましい。
【００３０】
磁界印加装置２及び電界印加装置３の少なくとも一方は、記録媒体１の表面（第二の記録媒体層１０２側の表面）における任意の場所に移動可能な機能が付加されている。また、磁界印加装置２及び電界印加装置３の少なくとも一方には、磁界又は電界の印加方向を制御する機能が付加されている。ＭＥ効果を利用できる限りにおいて、磁界と電界は、お互いに対して多少の傾きを有して印加されていてもよい。磁界印加装置２、電界印加装置３は、使用又は未使用時に関わらず、記録媒体１の表面と物理的に接触しないように保持される。
【００３１】
（再生装置）
記録情報を利用するための再生装置については、記録情報を再生する機能を有していれば、通常用いられる磁気ヘッド７に搭載されたものでもよく、これまで知られている技術を利用して磁気ヘッド７とは区別して、再生用の装置として設けられてもよい。
【００３２】
＜磁気記録動作＞
図１に示すように、電界印加装置３によって第一の電極３１と第二の電極３２との間に加えられた電界は、電気伝導性を有する第二の記録媒体層１０２の存在によって、第二の電極３２と第二の記録媒体層１０２に挟まれたギャップ部分にかかる電界３５と、第一の電極３１と第二の記録媒体層１０２に挟まれた第一の記録媒体層１０１にかかる電界３６とに分割される。
【００３３】
このとき電界３６は第一の記録媒体層１０１の広い範囲に拡散して印加されるが、空間的に限定された印加磁界２５と組み合わせることで、電界と磁界とが重なって印加される領域（以下、「重畳領域」という）４５を狭く限定することが可能である。重畳領域４５に存在する第一の記録媒体層１０１は、所定の電界と磁界が付与されることでＭＥ効果により反強磁性体又はフェリ磁性体のスピン配列の方向が決定される。
【００３４】
図１では、Ａ〜Ｇまであるセルの中で左から３番目だけ（セルＣ）のスピンの配列方向だけが電界と磁界の印加によって反転した状態を示している。しかし、この第一の記録媒体層１０１は、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含み、全体として二つのスピンの方向が打ち消しあうために外部からその磁化状態を読み出すことは困難である。
【００３５】
そこで、第一の記録媒体層１０１と交換結合可能な、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層１０２を、第一の記録媒体層１０１と隣接させて配置し、第一の記録媒体層１０１における第二の記録媒体層１０２近傍のスピンの配列状態を第二の記録媒体層１０２に転写させることにより、外部から第二の記録媒体層１０２の磁化状態を読み出すことが可能となる。
【００３６】
具体的には、図１のように、セルＣを除きセルＡ〜Ｇの範囲内にある第二の記録媒体層１０２は、すべて上向きの磁化方向を示すが、セルＣだけは、第一の記録媒体層１０１における第二の記録媒体層１０２近傍のスピン配列方向に対応して下向きとなっている。
【００３７】
これにより、磁気情報を再生するに当たっては、第二の記録媒体層１０２の磁化方向を判別することによって、第一の記録媒体層１０１に記録された磁化情報を読み出すことが可能となる。
【００３８】
なお、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２の間の交換結合が維持される限りにおいて、その間に別の層を設けることは可能である。
【００３９】
本実施形態に係る磁気記録デバイス２００によれば、印加する電界と磁界の関係が、概平行か、概反平行か、を操作することによって、記録される磁化の方向を制御できる。このとき、重畳領域のみ磁化の反転が生ずる。
【００４０】
この現象は、第二の記録媒体層１０２に主として含まれる強磁性体の結晶粒子の大きさや粒界の存在とは無関係に発生するため、結晶粒子の一部分と他の部分とにおいて異なる磁化の方向を実現させることも可能である。重畳領域の大きさや幅は、第一の記録媒体層１０１が磁化変化を記録できる限りにおいて自由に設定可能であるが、記録密度を高める観点からは、できるだけ微細にすることが望ましい。
【００４１】
記録媒体１において、重畳領域４５の一方の幅（図１の紙面奥行き方向への幅）は、記録媒体１のトラック幅ＴＷの方向であり、また重畳領域４５のもう一方の幅は、ビット長ＢＬの方向である。トラック幅ＴＷと、ビット長ＢＬのサイズは特に限定されないが、高密度記録の観点から、第一の記録媒体層１０１として後述する材料を用いた場合には、トラック幅ＴＷ及びビット長ＢＬは、それぞれ１ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。なお、重畳領域４５の大きさは幅ではなく面積で特定することも可能であり、本実施形態としては、１（ｎｍ）２〜４００００（ｎｍ）２の範囲で実施可能である。
【００４２】
効率よくＭＥ記録を行なう観点から、記録媒体１と対向して設けられた磁界印加装置２は、磁気ヘッド７の先端から記録媒体１における記録動作側の最表面との間のスペーシングとして、１ｎｍ〜３０ｎｍとなるように配置されることが望ましい。
【００４３】
図２は、本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける記録媒体を断面方向から示した模式図である。記録媒体１は、上述した基板４０、第一の電極３１、第一の記録媒体層１０１、及び第二の記録媒体層１０２に加えて、書込みのための磁束の回路を形成するために、第一の記録媒体層１０１及び第二の記録媒体層１０２よりも基板側に軟磁性材料からなる第三の記録媒体層１０３を含んでいても良い。電極３１と第三の記録媒体層１０３は、基板４０側から第三の記録媒体層１０３、電極３１の順に積層されてもよいし、電極３１、第三の記録媒体層１０３の順に積層されてもよい。
【００４４】
（第一の記録媒体層）
第一の記録媒体層１０１は、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して磁気情報の書込みと記録を担う機能を有する。第一の記録媒体層１０１に好適な特性としては、電気と磁気の結合係数が大きいこと、及び、広い温度範囲で十分な強度の交換結合を発現できることが挙げられる。
【００４５】
上記特性は、優れたＭＥ効果を有する材料を単独で用いることにより得ることができるが、ＭＥ効果を有する反強磁性体と、より高いネール温度を持つ別の反強磁性体と、を組み合わせた複合材料を用いることにより得ることもできる。この場合、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２との間に発現する交換結合の熱的・時間的安定性が向上する傾向にある。これらの複合材料は、所定の温度領域での交換結合を最大にできるように、材料の構造や層の厚み、磁気特性（反強磁性体の異方性エネルギーやネール温度など）などを調整できる。なお、スピンの並び方から区別した場合、その２つの性質が近似することから、ＭＥ効果をもつ反強磁性体の代わりに、ＭＥ効果をもつフェリ磁性体を用いることも可能である。
【００４６】
第一の記録媒体層１０１は、例えば（ａ）Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３等ＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体、又は、Ｇａ１−ｘＡｌｘＦｅＯ３（０≦ｘ≦１）等ＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも一つを含む薄膜材料とすることが可能である。また、（ｂ）Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３等ＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体、又は、Ｇａ１−ｘＡｌｘＦｅＯ３（０≦ｘ≦１）等ＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも１種を母体とする混晶体も可能である。また、（ｃ）上記（ａ）又は（ｂ）のＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体又は酸化物フェリ磁性体のうちの少なくとも１種と、これらＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体又は酸化物フェリ磁性体より高いネール温度を有する反強磁性材料との積層体、或いは、混合体としてもよい。
【００４７】
上記反強磁性材料としては、公知のネール温度の高い反強磁性材料を適宜選択して用いることができる。代表的にはＦｅ２Ｏ３、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＲｈ２Ｏ３、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＲｕＯ２、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＩｒＯ２（ただしｘは０＜ｘ＜１）のような酸化物反強磁性体、又は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎなどのような金属反強磁性体を用いることができる。
【００４８】
上記第一の記録媒体層１０１は１ｎｍ〜１μｍ程度の厚みであってよい。上述した材料の組み合わせにおいて、ＭＥ効果を出現、制御するためには、上記第一の記録媒体層１０１は絶縁体でなければならないのは言うまでもない。
【００４９】
（第二の記録媒体層）
第二の記録媒体層１０２は、第一の記録媒体層１０１に書込まれた磁気情報を読み出すための磁界を発生する機能を有する。第二の記録媒体層１０２に主として含まれる強磁性体としては、このような機能を有する金属の合金、積層体、又は、規則合金から成る硬質磁性材料を適宜選択して使用できる。例えば、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ及び、その合金も好適に用いられる。特に、ＣｏＣｒＰｔ系、ＣｏＣｒＰｔＢ系を用いることができる。ＣｏＣｒＰｔ系では、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（Ｃｒ含有量１４〜２４ａｔ％、Ｐｔ含有量８〜２２ａｔ％、残部Ｃｏ）、ＣｏＣｒＰｔＢ系では、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ（Ｃｒ含有量１０〜２４ａｔ％、Ｐｔ含有量８〜２２ａｔ％、Ｂ含有量０〜１６ａｔ％、残部Ｃｏ）が好ましい。
【００５０】
第二の記録媒体層１０２は、任意の軟磁性材料を含んでもよい。軟磁性材料は非晶質であっても微結晶であってもよい。第二の記録媒体層１０２に用いる軟磁性材料としては飽和磁束密度Ｂｓの値が大きいほうが好ましい。軟磁性材料は、公知の保磁力の小さな軟磁気特性を示す材料を適宜選択して用いることができる。例えば、ＣｏＴａＺｒ等のコバルト系合金、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＦｅＢ、ＦｅＣｏＮ、ＦｅＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＺｒＮｂ等のＣｏ−Ｆｅ系合金、ＮｉＦｅ、［Ｎｉ−Ｆｅ／Ｓｎ］ｎ多層構造やＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉ等のＮｉ−Ｆｅ系合金、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶ等のＣｏ−Ｆｅ系合金、ＦｅＣｒ、ＦｅＣｒＴｉ、ＦｅＣｒＣｕ等のＣｒ−Ｆｅ系合金、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮ等のＴａ−Ｆｅ系合金、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯ等のＦｅＡｌ系合金、ＦｅＭｇＯ等のＦｅＭｇ系合金、ＦｅＺｒＮ等のＦｅＺｒ系合金、ＦｅＣ系合金、ＦｅＮ系合金、ＦｅＳｉ系合金、ＦｅＰ系合金、ＦｅＮｂ系合金、ＦｅＨｆ系合金、ＦｅＢ系合金、Ｆｅ、ＭｎＺｎ等を、単独であるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。また、Ｃｏを８０ａｔ％以上含有し、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ等のうち少なくとも１種を含有し、アモルファス構造を有するＣｏ合金を用いることができる。
【００５１】
また、第二の記録媒体層１０２は、上記硬質磁性材料と軟磁性材料の積層膜、あるいは傾斜組成膜であってもよい。さらに、第二の記録媒体層１０２は、いわゆるＥＣＣ（Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）方式の垂直磁気記録媒体に用いられる記録層であってもよい。
【００５２】
第二の記録媒体層１０２の全体は１〜１０ｎｍ程度の厚みであってよい。
【００５３】
記録媒体１を構成する層構造、具体的には、第一の記録媒体層１０１、第二の記録媒体層１０２、第三の記録媒体層１０３及び電極３１は、例えばスパッタリング法、パルス・レーザ堆積法（ＰＬＤ）、イオンビーム堆積法（ＩＢＤ）、又は化学気相堆積法（ＣＶＤ）等任意の物理的又は化学的堆積プロセスから適宜選択した方法で形成することができる。
【００５４】
（基板）
基板４０としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる金属基板を用いてもよく、ガラス、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボン等非金属材料からなる非金属基板を用いてもよい。ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスがあり、アモルファスガラスとしては汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどを使用できる。また、結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスなどを用いることができる。セラミック基板としては、汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。また、基板の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてＮｉＰ層またはＮｉＰ合金層が形成されたものを用いてもよい。
【００５５】
ここで、基板４０は平均表面粗さＲａが２ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以下であることが望ましい。基板の表面は、微小うねり（Ｗａ）が０．３ｎｍ以下であるとよく、０．２５ｎｍ以下であることが好ましい。これらの数値範囲は、記録ヘッドを低浮上させる観点から好ましい。なお、表面の微少うねり（Ｗａ）は、測定範囲１００μｍで触針式表面平均粗さ計により測定した値である。
【００５６】
記録媒体１には、さらに従来の記録媒体に使用されていた表面保護層や、表面潤滑層を用いることができる。表面保護層は第二の記録媒体層１０２の腐食を防ぐとともに、記録ヘッド７が記録媒体１に接触したときに記録媒体１表面の損傷を防ぐためのもので、従来公知の材料を使用でき、例えばＣ（ダイヤモンドライクカーボン：ＤＬＣ）、アモルファスＳｉ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を含むものを適宜使用可能である。表面保護層の厚さは、１〜１０ｎｍとするのが記録ヘッド７と記録媒体１との距離を小さくできるため高記録密度の点から望ましい。表面潤滑層は、パーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などの潤滑剤を２〜５ｎｍ塗布して形成することができる。
【００５７】
以上のように、本発明に係る磁気記録デバイスは、ハードディスクドライブとして知られている形態で好適に使用できるが、本発明は他のタイプのデータ記録デバイス、例えばプローブ記録デバイスなどのデバイスにも使用できると理解されるべきである。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００５８】
（実施例）
以下、本発明を具体的な実施例をもとに説明する。
【００５９】
図１、２に示す記録媒体１を模したサンプルを作製した。以下に、その詳細を説明する。
基板４０は直径１インチのサファイア基板であり、電極３１はＰｔであり、第三の記録媒体層１０３はＦｅＣｒ系合金（Ｆｅ含有量６５％）からなる軟磁性体層であり、第一の記録媒体層１０１はＣｒ２Ｏ３からなるＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体層であり、第二の記録媒体層１０２はＣｏＰｔ系合金からなる金属強磁性体層である。
【００６０】
まず、ステップ出しを行なったＣ面サファイア基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、ＲＦスパッタリング法により、厚さ６５ｎｍのＰｔ（電極３１）、及び、厚さ１８０ｎｍのＦｅＣｒ（第三の記録媒体層１０３）を形成した。
【００６１】
次に、第三の記録媒体層１０３の表面に、６００℃、０．３Ｐａ、アルゴン・酸素雰囲気中（Ａｒ：Ｏ２流量比＝９．０：０．９）、１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマを、パワー１２０Ｗの条件で、Ｃｒ金属ターゲットを用いた反応性ＲＦスパッタリング法により、厚さ３５０ｎｍのＣｒ２Ｏ３（００１）層を形成した。このＣｒ２Ｏ３層を第一の記録媒体層１０１とした。
【００６２】
次に、室温、アルゴン雰囲気中でイオンビーム堆積（ＩＢＤ）法により、厚さ５ｎｍのＣｏＰｔ系合金（Ｃｏ含有率７５％）層を形成した。このＣｏＰｔ系合金層を第二の記録媒体層１０２とした。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、Ｒｕ金属２ｎｍ及びＰｔ金属５ｎｍを保護層として形成し、これを測定サンプルとした。保護層上にエアーギャップを挟んで、電界印加装置３、及び、マイクロ波発生部２１及び記録用磁界発生部２２を含む磁界印加装置２（磁気ヘッド７）を設置した。
【００６３】
（サンプル１〜３）
基板加熱温度、及び、スパッタリングレートの条件の組み合わせを変化させることによって、第二の記録媒体層１０２の保磁力を、５０００Ｏｅ（サンプル１）、５５００Ｏｅ（サンプル２）、６５００Ｏｅ（サンプル３）に調整した。
【００６４】
（サンプル４〜６）
第一の記録媒体層１０１において、Ｃｒ２Ｏ３（００１）層の代わりにＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３（００１）を用いた以外は、サンプル１〜３と同様にして、サンプル４〜６を作製した。第一の記録媒体層１０１の製膜方法は、以下の通りである。
【００６５】
パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）により、真空度５〜７×１０−７Ｐaで、基板４０を６００℃に加熱し、エキシマレーザをＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３ターゲットに集束照射してＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３（１１０）層を３５０ｎｍ形成した。
【００６６】
以下、実施例１〜１０においては、上記サンプル１〜６を用い、ハードディスクスピンスタンドを改造して、１インチディスクにおける記録再生を行った。トラック幅１００ｎｍ、ビット長１０ｎｍにて記録する際のマイクロ波アシストの効果を確認した。実施例１〜８においては、１トラックにおいて測定を行い、実施例９、１０においては、３トラックにおいて測定を行った。
（実施例１、２）
＜電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）の引き下げ効果と記録された信号の相対Ｓ／Ｎの変化＞
サンプル２及びサンプル５を用い、マイクロ波アシストの効果を確認した。図３は、第一の記録媒体層１０１がＣｒ２Ｏ３であるサンプル２を用いた実施例１の結果を示し、図４は、第一の記録媒体層１０１がＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３であるサンプル５を用いた実施例２の結果を示す。
【００６７】
アシスト用マイクロ波（マイクロアシスト波）は、強度を３（ｄＢｍ）として周波数のみを変化させ、ＭＥ効果の発現するＥ×Ｈ臨界値の変化、及び、記録された信号の相対Ｓ／Ｎの変化を確認した。マイクロアシスト波の周波数は０．５、１、２、５、７、８（ＧＨｚ）に変化させた。それぞれの周波数において、２０回確認した時のＥ×Ｈ臨界値の平均値とばらつきの範囲を示す。なお、図示するＥ×Ｈ臨界値は、マイクロ波によるアシストがない時のＥ×Ｈ臨界値に対する相対値である。
【００６８】
Ｅ×Ｈ臨界値は、マイクロ波によるアシストがない時に比べて低下した。Ｅ×Ｈ臨界値及び、記録された信号の相対Ｓ／Ｎは、マイクロアシスト波の周波数に応じて変化し、５ＧＨｚの時に、Ｅ×Ｈ臨界値は最小となり、相対Ｓ／Ｎは最大となった。
【００６９】
（実施例３〜８）
＜記録媒体の保磁力と電界磁界積の臨界値（Ｅ×Ｈ臨界値）との関係＞
図５及び図６に、記録媒体の保磁力の大きさとＥ×Ｈ臨界値との関係を示す。サンプル１〜６は、実施例３〜８にそれぞれ対応する。マイクロアシスト波は、強度を３（ｄＢｍ）、周波数５ＧＨｚとして、ＭＥ効果の発現するＥ×Ｈ臨界値を測定した。図５は、第一の記録媒体層１０１がＣｒ２Ｏ３であるサンプル１〜３を用いた実施例３〜５の結果を示し、図６は、第一の記録媒体層１０１がＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３であるサンプル４〜６を用いた実施例６〜８の結果を示す。図５及び図６において、一実施例につき、２０回確認した時のＥ×Ｈ臨界値の平均値とばらつきの範囲を示す。
【００７０】
第二の記録媒体層１０２の保磁力が、５０００Ｏｅ（実施例３、６）、５５００Ｏｅ（実施例４、７）、６５００Ｏｅ（実施例５、８）のいずれの場合においても、Ｅ×Ｈ臨界値はほぼ一定の値であり、マイクロ波によるアシストがない場合に比べて低下していることがわかる。
【００７１】
（実施例９、１０）
＜記録トラック位置におけるビットエラー＞
サンプル２及びサンプル５を用い、マイクロ波アシストの効果を確認した。図７及び図８に、記録再生を各トラック毎に５０回繰り返し行ったときの、信号エラーの発生倍率を示す。それぞれのトラック位置はディスク中心から半径方向の距離により定め、Ａは上記距離が５ｍｍ、Ｂは８ｍｍ、Ｃは１０．５ｍｍであり、Ａ’は５．１ｍｍ、Ｂ’は８．１ｍｍ、Ｃ’は１０．６ｍｍである。Ａ、Ｂ、Ｃにおいては、強度を３（ｄＢｍ）、周波数５ＧＨｚのマイクロアシスト波を照射し、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’においてはマイクロアシスト波を照射しなかった。図７は、第一の記録媒体層１０１がＣｒ２Ｏ３であるサンプル２を用いた実施例９の結果を示し、図８は、第一の記録媒体層１０１がＧａ０．５Ａｌ０．５ＦｅＯ３であるサンプル４を用いた実施例１０の結果を示す。マイクロ波のアシストにより、ＭＥ記録技術の信頼性が向上することが明らかである。
【００７２】
記録媒体は、記録密度が高まるにつれてよりクリーンな環境で製造されるが、ピンホールはなくても、特に、第一の記録媒体層１０１（例えば、Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３）に不均一で薄い部分があると、絶縁性が保てなくなる事象に遭遇する。絶縁破壊には臨界点があるがその点を超えない限りは、デジタル情報としてビットエラーがあっても、訂正可能なレベルに抑制可能であり、実用性ある新しい記録技術の提供が可能であることが理解される。
【００７３】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱することなく、これまで説明した例に対して種々の変更を行なうことが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１…記録媒体、２…磁界印加装置、３…電界印加装置、７…記録ヘッド、２１…マイクロ波発生部、２２…記録用磁界発生部、２５…磁界、２６…マイクロ波領域の電磁波、３１…第一の電極、３２…第二の電極、３３…電源、３４…電極保持部、３５，３６…電界、４５…重畳領域、４０…基板、１０１…第一の記録媒体層、１０２…第二の記録媒体層、１０３…第三の記録媒体層、２００…磁気記録デバイス。
【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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