(57)【要約】【課題】  高記録密度化を可能とする磁気記録ヘッドを提供する。【解決手段】  一実施形態に係る磁気記録ヘッドは、主磁極及びスピントルク発振素子を備える。主磁極は、記録磁場を発生させる。スピントルク発振素子は、高周波磁場を発生させるものであって、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第１垂直自由層と、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第２垂直自由層と、前記第１垂直自由層と前記第２垂直自由層との間に設けられた第１スペーサ層と、１対の電極層と、を含み、前記第１垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が前記第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さく、前記１対の電極層を通じて前記第１垂直自由層側から前記第２垂直自由層側に電流を流す。【選択図】図１
2016029603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録磁場を発生させる主磁極と、
高周波磁場を発生させるスピントルク発振素子であって、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第１垂直自由層と、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第２垂直自由層と、前記第１垂直自由層と前記第２垂直自由層との間に設けられた第１スペーサ層と、１対の電極層と、を含み、前記第１垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が前記第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さく、前記１対の電極層を通じて前記第１垂直自由層側から前記第２垂直自由層側に電流を流す、スピントルク発振素子と、
を具備する磁気記録ヘッド。
【請求項２】
前記スピントルク発振素子は、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し磁化が回転可能である第３垂直自由層と、前記第２垂直自由層と前記第３垂直自由層との間に設けられた第２スペーサ層と、をさらに含み、前記第２垂直自由層は、前記第１垂直自由層と前記第３垂直自由層との間に設けられ、前記第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が前記第３垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さく、前記１対の電極層を通じて前記第１垂直自由層側から前記第３垂直自由層側に電流を流す、請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記第３垂直自由層は、ＣｏＣｒ系材料、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｌ１０合金、Ｃｏ３Ｐｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面の少なくともいずれか１つを含む、請求項２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記第１垂直自由層は、ＣｏＣｒ系材料、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｌ１０合金、Ｃｏ３Ｐｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面の少なくともいずれか１つを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記第２垂直自由層は、ＣｏＣｒ系材料、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｌ１０合金、Ｃｏ３Ｐｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面の少なくともいずれか１つを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体の磁気情報を再生するための磁気再生ヘッド及び請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッドを含む磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドと前記磁気記録媒体とを相対的に移動させる移動手段と、
前記磁気ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込み及び前記磁気記録媒体からの信号の読み出しを行う信号処理手段と、
を具備する磁気記録装置。
【請求項７】
前記磁気再生ヘッドは、磁化が回転可能である自由層を少なくとも１つ含む他のスピントルク発振素子を備え、
前記信号処理手段は、前記他のスピントルク発振素子の高周波出力の振幅又は位相の変化を検出することによって前記磁気記録媒体の磁気情報を再生する、請求項６に記載の磁気記録装置。
【請求項８】
前記磁気記録媒体は、複数の記録層を含む３次元記録媒体である請求項６又は７に記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記録ヘッド、及びこれを用いた磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）の記録密度は、２０１４年現在、約１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２である。記録密度は年々増加しており、その増加率は、数年前までは年率４０％程度、近年では年率１５％程度で推移している。記録密度の増加は、磁性体粒子のサイズを微細化することによって実現されている。磁性体粒子のサイズが小さくなると、磁性体粒子の磁化は熱的に不安定となり、記録した情報を長期間保持することができなくなる。これを防ぐために、磁性体粒子の磁化を反転させるのに必要な反転磁場強度を大きくする必要があり、すなわち、磁気的に硬い磁性材料を用いることが必要となる。しかしながら、あまり磁気的に硬い磁性体粒子を用いると、記録した情報を書き直すことが困難になる。記録密度を上げるためには、磁性体粒子の微細化、情報の長期間保持のために熱的に安定な磁性体粒子の使用、記録した情報の容易な書き換え、という３つの相反する技術的壁を同時に乗り越える必要がある。これら３つの壁は、ＨＤＤ記録密度向上のトリレンマと呼ばれている。
【０００３】
記録した情報の容易な書き換えという観点からＨＤＤ記録密度向上のトリレンマを打ち破ることを目指した磁気記録技術として、高周波アシスト記録技術（マイクロ波アシスト記録技術［Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ；ＭＡＭＲ］とも称する）が知られている。高周波アシスト記録技術は、磁気記録媒体にその共鳴周波数付近の高周波磁場を局所的に印加して磁気記録媒体を共鳴させ、保持力を一時的に低下させることによって、情報の書き込みを容易にする技術である（例えば、特許文献１参照）。この技術では、記録磁場に、なるべく大きな高周波磁場を効率的に重畳させる点がポイントとなる。
【０００４】
効率的に高周波磁場を発生させる手法として、スピントルクによる磁化振動素子を利用する手法が開示されている（例えば、特許文献２及び３参照）。スピントルクによる磁化振動素子は、２００６年頃から、一般に、スピントルク発振素子（ｓｐｉｎ−ｔｏｒｑｕｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＳＴＯ）と呼ばれている。ＳＴＯは、直流電流を通電することによって素子近傍に磁化振動に起因した高周波磁場を発生することができるため、ＭＡＭＲにおける効率的な高周波磁場発生源として期待されている。
【０００５】
ＳＴＯを用いたＭＡＭＲに関して、その技術に関わる技術者らは、主に次の４点に留意して、設計・研究開発を行っている：（１）ＭＡＭＲにとって有効なマイクロ波磁場の回転方向が存在する（有効なマイクロ波磁場成分は、記録媒体磁化の歳差運動方向と同じ回転方向である）ため、その向きを考慮した設計が望まれる。（２）主磁極からの磁場の向きに依らずにＳＴＯ駆動電流の向きが一定であることが望まれる。（３）主磁極からの磁場がなるべく大きくなるように、主磁極と書き込み点との間の距離をなるべく短く設計することが望まれる。（４）マイクロ波磁場強度がなるべく大きくなるようにＳＴＯ内の磁化振動を引き起こせるようにすることが望まれる。
【０００６】
ＭＡＭＲにとって有効なマイクロ波磁場を発生し（（１））、かつ、ＳＴＯ駆動電流の向きが一定である（（２））高周波アシスト記録ヘッドとして、特許文献４には、「垂直自由層＋面内自由層」型のＳＴＯを備えたアシストヘッドが開示されている。特許文献４では、望ましい高周波アシストヘッドの形態として、主磁極と対向磁極の間に、「垂直自由層＋面内自由層」型のＳＴＯを、主磁極、垂直自由層、面内自由層、対向磁極の順になるように設置する（特許文献４の図１５Ａ）高周波アシストヘッドが説明されている。特許文献４には、このアシストヘッドを用いることで、記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２を超えるマイクロ波アシスト記録を適用した磁気記録において、２Ｇｂｉｔ／ｓ超の情報転送速度を実現することが可能となると記載されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献４に開示されているアシストヘッドは、上記の留意点（３）及び（４）に関して不利な点がある。留意点（３）に関しては、（高周波アシスト磁場にはほとんど寄与しないと説明がなされている）垂直自由層が主磁極と面内自由層との間に設けられているため、主磁極と書き込み点との間の距離が少なくとも垂直自由層の膜厚の分だけ長くなってしまい、主磁極と書き込み点との間の距離に関する設計自由度が制限されるという問題がある。留意点（４）に関しては、垂直自由層及び面内自由層の２つの自由層磁化が位相を１８０°異にして回転するため、これら２つの自由層磁化からの高周波磁場がキャンセルしてしまうという問題がある。そのキャンセルの程度は、磁気記録媒体における高周波磁場印加点とＳＴＯとの距離が離れるほど顕著になる。ところで、ＳＴＯを用いた高周波アシスト記録ヘッドを３次元磁気記録に適用する技術（例えば、特許文献５参照）が開示されている。３次元磁気記録の場合には、高周波磁場印加点とＳＴＯとの距離が媒体の厚み方向に離れる。このため、２つの磁化が位相差１８０°で回転するＳＴＯは、高周波磁場がキャンセルしてしまう点で、３次元磁気記録への応用には不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６０１１６６４号
【特許文献２】特許第４０５０２４５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００１９０４０号
【特許文献４】特許第５１７２００４号
【特許文献５】国際公開第２０１１／０３０４４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、高記録密度化を可能とする磁気記録ヘッド、及びこの磁気記録ヘッドを用いた磁気記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態に係る磁気記録ヘッドは、主磁極及びスピントルク発振素子を備える。主磁極は、記録磁場を発生させる。スピントルク発振素子は、高周波磁場を発生させるものであって、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第１垂直自由層と、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である第２垂直自由層と、前記第１垂直自由層と前記第２垂直自由層との間に設けられた第１スペーサ層と、１対の電極層と、を含み、前記第１垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が前記第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さく、前記１対の電極層を通じて前記第１垂直自由層側から前記第２垂直自由層側に電流を流す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る磁気記録ヘッドを示す断面図であって、磁気記録ヘッドがターゲットビットの磁化をアップからダウンに反転する様子を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る磁気記録ヘッドを示す断面図であって、磁気記録ヘッドがターゲットビットの磁化をダウンからアップに反転する様子を示す図。
【図３】垂直自由層磁化のダイナミクスに関するシミュレーションのための磁気記録ヘッドの設計を示す断面図。
【図４】Ｈ＝＋８ｋＯｅの場合におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図５】Ｈ＝−８ｋＯｅの場合におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図６】Ｈ＝＋８ｋＯｅ、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合において、Ｌ１磁化及びＬ２磁化の振動に伴って発生する高周波磁場を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る磁気記録ヘッドを概略的に示す断面図。
【図８】Ｈ＝＋３ｋＯｅの場合におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図９】第３の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示す断面図。
【図１０】第３の実施形態に係る磁気記録装置の具体例を示す斜視図。
【図１１】実施形態に係る３次元磁気記録媒体を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッド１００を概略的に示している。磁気記録ヘッド１００は、図１に示されるように、主磁極１１０、主磁極１１０と磁気回路を形成する補助磁極１１２、主磁極１１０に巻き付けられた励磁コイル１１４、及び主磁極１１０の先端部１１１と補助磁極１１２の先端部１１３との間に設けられたスピントルク発振素子１２０を備える。先端部１１１及び先端部１１３は、磁気記録ヘッド１００が磁気記録媒体１５０に情報を記録するときの配置において磁気記録媒体１５０側に位置する部分である。磁気記録ヘッド１００は、さらに、スピントルク発振素子１２０に電流１３１を供給する電源Ｖ１及び励磁コイル１１４に電流１３２を供給する電源Ｖ２を備える。
【００１４】
主磁極１１０は、磁気記録媒体１５０に情報を記録するための記録磁場１３６を発生させる。励磁コイル１１４に電源Ｖ２から電流１３２が供給されると、記録磁場１３６が発生する。記録磁場１３６は、電源Ｖ２のｏｎ−ｏｆｆ及び極性変化によって制御される。図１に示される矢印の向きに電流１３２が流れる場合、記録磁場１３６は、点線矢印によって示されるように、主磁極１１０から流出して補助磁極１１２に流入する。図１に示される向きの記録磁場１３６は、磁気記録媒体１５０内のターゲットビット１５１の磁化をアップからダウンに反転するために使用される。一方、図２に示される矢印の向きに（すなわち図１に示される矢印の向きと反対の向きに）電流１３２が流れる場合、記録磁場１３６は、点線矢印によって示されるように、補助磁極１１２から流出して主磁極１１０に流入する。図２に示される向きの記録磁場１３６は、ターゲットビット１５１の磁化をダウンからアップに反転するために使用される。図１及び図２に示されるように、記録磁場１３６は、スピントルク発振素子１２０にも膜面に垂直な方向に作用する。図１及び図２において、スピントルク発振素子１２０に作用する磁場成分をＨとして示している。  
なお、磁気記録媒体１５０は、本実施形態では垂直磁気記録媒体であるが、面内磁気記録媒体であってもよい。
【００１５】
スピントルク発振素子１２０は、記録磁場１３６による磁化反転をアシストするために、高周波磁場を発生する。高周波磁場は、マイクロ波磁場などとも称される。スピントルク発振素子１２０は、高周波磁場を磁気記録媒体１５０に局所的に印加することによってターゲットビット１５１を磁気共鳴させ、それによりターゲットビット１５１の磁化が反転しやすい状態になる。この状態でターゲットビット１５１に記録磁場１３６が作用すると、ターゲットビット１５１の磁化が反転する。すなわち、記録磁場１３６及び高周波磁場を磁気記録媒体１５０に同時に印加することによって、ターゲットビット１５１の磁化を選択的に反転することができる。ここで、同時に印加するとは、記録磁場１３６を印加する期間と高周波磁場を印加する期間とが少なくとも一部重なることを示す。このようにして、記録磁場１３６による媒体磁化の反転がスピントルク発振素子１２０からの高周波磁場によってアシストされる。
【００１６】
スピントルク発振素子１２０は、磁性多層膜１２６と、磁性多層膜１２６に電流１３１を印加するための１対の電極層１２１及び１２５と、を含む。磁性多層膜１２６は、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である垂直自由層（第１垂直自由層）１２２と、スペーサ層１２３と、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である垂直自由層（第２垂直自由層）１２４と、を含む。
【００１７】
電極層１２１、垂直自由層１２２、スペーサ層１２３、垂直自由層１２４、及び電極層１２５は、この順番で互いに平行に配置されている。具体的には、垂直自由層１２２が電極層１２１上に積層され、スペーサ層１２３が垂直自由層１２２上に積層され、垂直自由層１２４がスペーサ層１２３上に積層され、電極層１２５が垂直自由層１２４上に積層されている。膜面は、これらの層１２１〜１２５が積層される積層方向に垂直な面である。電極層１２１は補助磁極１１２と垂直自由層１２２との間に設けられ、電極層１２５は垂直自由層１２４と主磁極１１０との間に設けられている。
【００１８】
垂直自由層１２２の実効的な垂直磁気異方性磁場は、垂直自由層１２４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい。ここで、実効的な垂直磁気異方性磁場とは、下記の式（１）によって表される磁場Ｈｕｅｆｆである。
【００１９】
【数１】
2016029603.tif 000003
【００２０】
式（１）において、Ｋｕは垂直磁気異方性であり、Ｍｓは飽和磁化であり、Ｎｚは膜面に垂直な方向の反磁場係数である。
【００２１】
図１及び他のいくつかの図において、説明のために、互いに直交するｙ軸及びｚ軸を付している。ｙ軸は磁気記録媒体１５０の記録層に垂直な軸であり、ｚ軸はスピントルク発振素子１２０の積層方向に平行な軸である。ｙ軸に沿って磁気記録媒体１５０から磁気記録ヘッド１００に向かう方向を＋ｙ方向と呼び、これと反対の方向を−ｙ方向と呼ぶ。ｚ軸に沿って垂直自由層１２４から垂直自由層１２２に向かう方向を＋ｚ方向と呼び、これと反対の方向を−ｚ方向と呼ぶ。
【００２２】
スピントルク発振素子１２０には、垂直自由層１２２側から垂直自由層１２４側に（−ｚ方向に）電流１３１が流れる。電流１３１は、電源Ｖ１によって制御される。電流１３１による、垂直自由層１２２と垂直自由層１２４との間の相互スピントルク効果により、垂直自由層１２２の磁化及び垂直自由層１２４の磁化は回転する。垂直自由層１２２の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層１２４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さいスピントルク発振素子１２０に垂直自由層１２２側から垂直自由層１２４側に電流１３１を流す本実施形態では、垂直自由層１２２の磁化及び垂直自由層１２４の磁化は、略同位相で回転する。
【００２３】
垂直自由層１２２の近傍には、垂直自由層１２２の磁化の回転に伴って高周波磁場（漏れ磁場）が発生する。さらに、垂直自由層１２４の近傍には、垂直自由層１２４の磁化の回転に伴って高周波磁場（漏れ磁場）が発生する。垂直自由層１２２の磁化及び垂直自由層１２４の磁化が略同位相で回転する場合、ターゲットビット１５１には、垂直自由層１２２からの高周波磁場及び垂直自由層１２４からの高周波磁場が重なり合って強め合った楕円偏向回転磁場が作用する。図１の場合には、ターゲットビット１５１に対して、媒体鉛直上方向（＋ｙ方向）に対して右ねじの方向の回転磁場が作用する。図２の場合には、ターゲットビット１５１に対して媒体鉛直下方向（−ｙ方向）に対して右ねじの方向の回転磁場が作用する。各磁場の回転方向は、ターゲットビット１５１の磁化の歳差運動の方向と同じ方向となっており、ＭＡＭＲにとって有効な高周波磁場がターゲットビット１５１に作用することになる。
【００２４】
本実施形態の磁気記録ヘッド１００においては、電極層１２５の膜厚及びスペーサ層１２３の膜厚を適宜調整することにより、主磁極１１０とターゲットビット１５１との距離及びスピントルク発振素子１２０の高周波磁場発生部（垂直自由層１２２及び１２４）とターゲットビット１５１と間の距離を調整することが可能である。
【００２５】
垂直自由層１２２及び１２４の各々に対応する垂直自由層は、垂直異方性材料であるＣｏＣｒ系材料、Ｌ１０金属、Ｃｏ３Ｐｔ、又はＳｍＣｏなどによって形成することができる。ＣｏＣｒ系材料の例には、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢなどが含まれる。Ｌ１０金属の例には、Ｌ１０−ＦｅＰｔ、Ｌ１０−ＣｏＰｔなどが含まれる。或いは、垂直自由層は、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜などの多層膜系によって形成することもできる。或いは、垂直自由層は、界面磁気異方性を利用して垂直自由層の磁化が実質的に垂直磁化となるように、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面などを利用して形成することもできる。また、垂直自由層は、上記した構造を組み合わせて利用することもできる。すなわち、垂直自由層は、ＣｏＣｒ系材料、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｌ１０合金、Ｃｏ３Ｐｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面の少なくとも１つを含むことができる。
【００２６】
材料選択に際しては、垂直自由層１２２の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層１２４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さいという条件が満たされるように、材料の生来の垂直磁気異方性Ｋｕの大きさ、飽和磁化Ｍｓの大きさ、及び反磁場係数Ｎｚを調整するために、層の膜厚を考慮する必要がある。
【００２７】
次に、垂直自由層１２２の磁化及び垂直自由層１２４の磁化が略同位相で回転することについて説明する。発明者らは、垂直自由層１２２及び垂直自由層１２４の磁化のダイナミクスについて、相互スピントルク及びダイポール相互作用を取り入れたＬａｎｄａｕ−Ｌｉｆｓｈｉｔｚ−Ｇｉｌｂｅｒｔ−Ｓｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉ（ＬＬＧＳ）方程式に基づいてシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションの設定を概略的に示している。図３に示されるように、シミュレーションに用いたスピントルク発振素子１２０は、直径Ｄが５０ｎｍの円柱状を有するとした。電流Ｉの正の向きを＋ｚ方向とする。スピントルク発振素子１２０に作用する磁場Ｈの正の向きを＋ｚ方向とする。ここでは、垂直自由層１２２及び１２４をそれぞれＬ１及びＬ２とラベルすることとし、垂直自由層１２２の磁化をＬ１磁化と記載し、垂直自由層１２４の磁化をＬ２磁化と記載する。
【００２８】
シミュレーションのパラメタ設定について説明する。垂直自由層Ｌ１に関しては、飽和磁化Ｍｓを０．７ｋｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚を６ｎｍ、垂直磁気異方性Ｋｕを４．０Ｍｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバート減衰係数αを０．０３とし、垂直自由層Ｌ２に関しては、飽和磁化Ｍｓを０．７ｋｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚を６ｎｍ、垂直磁気異方性Ｋｕを４．６Ｍｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバート減衰係数αを０．０３とした。また、スペーサ層１２３の膜厚は４ｎｍとした。さらに、Ｌ１磁化とＬ２磁化が平行配置している場合のスピントルク発振素子１２０の抵抗値を５０Ωとした。また、磁気抵抗効果膜としてのスピントルク発振素子１２０の磁気抵抗効果比は２０％とした。
【００２９】
上記パラメタ設定では、垂直自由層Ｌ１の実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆは約４．６６ｋＯｅになり、垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆは約６．３７ｋＯｅとなる。すなわち、垂直自由層Ｌ１の実効的な垂直磁気異方性磁場は、垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい。ここで、実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆの評価には、直径Ｄ＝５０ｎｍ、膜厚６ｎｍの円盤形状を考慮した反磁場係数の値Ｎｚ〜０．７６９６１を用いた。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）は、スピントルク発振素子１２０に作用する主磁極１１０からの磁場ＨがＨ＝＋８ｋＯｅである場合のＬ１磁化及びＬ２磁化のダイナミクスを示す。具体的には、図４（ａ）は、Ｌ１磁化のｙ成分のパワースペクトル密度（power spectral density；ＰＳＤ）を示し、図４（ｂ）は、スピントルク発振素子１２０の抵抗変化のパワースペクトル密度を示し、図４（ｃ）は、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合のＬ１磁化及びＬ２磁化の時系列データの一部を示し、図４（ｄ）は、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合のＬ１磁化及びＬ２磁化の軌道を示す。図５（ａ）〜（ｄ）は、スピントルク発振素子１２０に作用する主磁極１１０からの磁場ＨがＨ＝−８ｋＯｅである場合のＬ１磁化及びＬ２磁化のダイナミクスを示す。具体的には、図５（ａ）は、Ｌ１磁化のｙ成分のパワースペクトル密度を示し、図５（ｂ）は、スピントルク発振素子１２０の抵抗変化のパワースペクトル密度を示し、図５（ｃ）は、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合のＬ１磁化及びＬ２磁化の時系列データの一部を示し、図５（ｄ）は、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合のＬ１磁化及びＬ２磁化の軌道を示す。パワースペクトル密度は、６０ｎｓ間の磁化の時系列データを取得し、そのうちの５０ｎｓ分の磁化の定常運動データをフーリエ変換することにより算出した。電流は、垂直自由層Ｌ１側から垂直自由層Ｌ２側に通電した（Ｉ＜０）。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ）〜（ｄ）に示されるように、−３〜−８ｍＡの電流Ｉの範囲では、Ｌ１磁化及びＬ２磁化は、略同位相で同期振動（Synchronization；ＳＹＮＣ）し、磁場Ｈの方向に対して右ねじの向きで回転する。図４（ｂ）及び図５（ｂ）を参照すると、Ｌ１磁化及びＬ２磁化の振動がＳＹＮＣであることを反映して、スピントルク発振素子１２０の抵抗変化のパワースペクトル密度はその状態で非常に小さい。なお、Ｉ＞０、すなわち、電流を垂直自由層Ｌ２側から垂直自由層Ｌ１側に通電する場合には、Ｌ１磁化及びＬ２磁化の同期振動は現れず、Ｌ１磁化及びＬ２磁化が共にカオス的な振動を示す。
【００３２】
図６は、Ｈ＝＋８ｋＯｅ、Ｉ＝−７．０ｍＡの場合のＬ１磁化及びＬ２磁化の振動に伴って発生する高周波磁場を示している。図６の高周波磁場は、スペーサ層１２３と垂直自由層Ｌ２との境界から−ｙ方向に２ｎｍ離れた点でのものである。図６に示されるように、Ｌ１磁化による漏れ磁場とＬ２磁化による漏れ磁場が重なり合って強めあった楕円偏向回転磁場が現れる。
【００３３】
このように、垂直自由層１２２（Ｌ１）の実効的な垂直磁気異方性磁場を垂直自由層１２４（Ｌ２）の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さくし、垂直自由層１２２側から垂直自由層１２４側に電流を流すことで、垂直自由層１２２の磁化と垂直自由層１２４の磁化が略同位相で回転する状態を発生させることができる。垂直自由層１２２の磁化と垂直自由層１２４の磁化が略同位相で振動するため、垂直自由層１２２の磁化による漏れ磁場と垂直自由層１２４の磁化による漏れ磁場が重なり合って強めあった楕円偏向回転磁場がターゲットビット１５１に作用する。
【００３４】
以上のように、第１の実施形態に係る磁気記録ヘッドは、第１垂直自由層及び第２垂直自由層を含み、第１垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さいスピントルク発振素子を備え、このスピントルク発振素子に第１垂直自由層側から第２垂直自由層側に電流を流す。それにより、第１垂直自由層の磁化及び第２垂直自由層の磁化が略同位相で回転し、ＭＡＭＲにとって有効な強い高周波磁場を発生させることができる。その結果、記録密度の向上が可能になる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、スピントルク発振素子の構造が第１の実施形態と異なる。具体的には、第１の実施形態のスピントルク発振素子は２つの垂直自由層を含み、第２の実施形態のスピントルク発振素子は３つの垂直自由層を含む。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分についての説明を適宜省略する。
【００３６】
図７は、第２の実施形態に係る磁気記録ヘッド７００を概略的に示している。磁気記録ヘッド７００は、図７に示されるように、主磁極１１０、主磁極１１０と磁気回路を形成する補助磁極１１２、主磁極１１０に巻き付けられた励磁コイル１１４、及び主磁極１１０と補助磁極１１２との間に設けられたスピントルク発振素子１２０を備える。
【００３７】
本実施形態のスピントルク発振素子１２０は、磁性多層膜７０８と、磁性多層膜７０８に電流１３１を流すための１対の電極層７０１及び電極層７０７と、を含む。磁性多層膜７０８は、垂直自由層（第１垂直自由層）７０２、スペーサ層（第１スペーサ層）７０３、垂直自由層（第２垂直自由層）７０４、スペーサ層（第２スペーサ層）７０５及び垂直自由層（第３垂直自由層）７０６を含む。垂直自由層７０２、７０４、７０６は、膜面に垂直な方向に磁気異方性軸を有し、磁化が回転可能である。垂直自由層７０２の実効的な垂直磁気異方性磁場は、垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい。さらに、垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場は、垂直自由層７０６の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい。
【００３８】
本実施形態のスピントルク発振素子１２０では、電極層７０１、垂直自由層７０２、スペーサ層７０３、垂直自由層７０４、スペーサ層７０５、垂直自由層７０６、及び電極層７０７がこの順番で互いに平行に配置されている。具体的には、電極層７０１が補助磁極１１２上に設けられ、垂直自由層７０２が電極層７０１上に設けられ、スペーサ層７０３が垂直自由層７０２上に設けられ、垂直自由層７０４がスペーサ層７０３上に設けられ、スペーサ層７０５が垂直自由層７０４上に設けられ、垂直自由層７０６がスペーサ層７０５上に設けられ、電極層７０７が垂直自由層７０６上に設けられ、主磁極１１０が電極層７０７上に設けられている。
【００３９】
スピントルク発振素子１２０には、垂直自由層７０２側から垂直自由層７０６側に電流１３１が流れる。電流１３１による、垂直自由層７０２と垂直自由層７０４との間の相互スピントルク効果及び垂直自由層７０４と垂直自由層７０６との間の相互スピントルク効果によって、垂直自由層７０２の磁化と垂直自由層７０４の磁化と垂直自由層７０６の磁化が略同位相で回転する。それにより、ターゲットビット（図７には示されない）には、垂直自由層７０２の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０４の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０６の磁化による漏れ磁場が重なり合って強め合った楕円偏向楕円磁場が作用する。これらの磁化の回転方向は、主磁極１１０からスピントルク発振素子１２０に作用する磁場の向きに応じて変化する。そして、磁化の回転に伴う楕円偏向回転磁場の回転方向は、ターゲットビットの磁化の歳差運動と同じ方向となっており、ＭＡＭＲにとって有効な高周波磁場がターゲットビットに作用することになる。
【００４０】
本実施形態の磁気記録ヘッド７００においては、電極層７０７の膜厚、スペーサ層７０５、及びスペーサ層７０３の膜厚を適宜調整することにより、主磁極１１０とターゲットビットとの距離及びスピントルク発振素子１２０の高周波磁場発生部（垂直自由層７０２、７０４及び７０６）とターゲットビットと間の距離を調整することが可能である。
【００４１】
垂直自由層７０２、７０４及び７０６の各々に対応する垂直自由層は、垂直異方性材料であるＣｏＣｒ系材料、Ｌ１０金属、Ｃｏ３Ｐｔ、又はＳｍＣｏなどによって形成することができる。ＣｏＣｒ系材料の例には、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢなどが含まれる。Ｌ１０金属の例には、Ｌ１０−ＦｅＰｔ、Ｌ１０−ＣｏＰｔなどが含まれる。或いは、垂直自由層は、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜などの多層膜系によって形成することもできる。或いは、垂直自由層は、界面磁気異方性を利用して垂直自由層の磁化が実質的に垂直磁化となるように、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面などを利用して形成することもできる。また、垂直自由層は、上記した構造を組み合わせて利用することもできる。すなわち、垂直自由層は、ＣｏＣｒ系材料、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｌ１０合金、Ｃｏ３Ｐｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面、ＦｅＢ／ＭｇＯ界面の少なくとも１つを含むことができる。
【００４２】
材料選択に際しては、垂直自由層７０２の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい、かつ、垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層７０６の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さいという条件が満たされるように、材料の生来の垂直磁気異方性Ｋｕの大きさ、飽和磁化Ｍｓの大きさ、及び反磁場係数Ｎｚを調整するために、層の膜厚を考慮する必要がある。
【００４３】
次に、垂直自由層７０２の磁化と垂直自由層７０４の磁化と垂直自由層７０６の磁化が略同位相で回転することについて説明する。発明者らは、垂直自由層７０２の磁化、垂直自由層７０４の磁化、及び垂直自由層７０６の磁化のダイナミクスについて、相互スピントルク及びダイポール相互作用を取り入れたＬＬＧＳ方程式に基づいてシミュレーションを実施した。スピントルク発振素子１２０は、直径Ｄ＝５０ｎｍの円形状を有するとした。電流Ｉの正の向きを＋ｚ方向とする。スピントルク発振素子１２０に作用する磁場Ｈの正の向きを＋ｚ方向とする。ここでは、垂直自由層７０２、垂直自由層７０４、垂直自由層７０６をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とラベルすることとし、垂直自由層７０２の磁化をＬ１磁化と記載し、垂直自由層７０４の磁化をＬ２磁化と記載し、垂直自由層７０６の磁化をＬ３磁化と記載する。
【００４４】
シミュレーションのパラメタ設定について説明する。垂直自由層Ｌ１に関しては、飽和磁化Ｍｓを０．７ｋｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚を６ｎｍ、垂直磁気異方性Ｋｕを３．０Ｍｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバート減衰係数αを０．０３とした。垂直自由層Ｌ２に対しては、飽和磁化Ｍｓを０．７ｋｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚を６ｎｍ、垂直磁気異方性Ｋｕを３．２Ｍｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバート減衰係数αを０．０３とした。垂直自由層Ｌ３に関しては、飽和磁化Ｍｓを０．７ｋｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚を６ｎｍ、垂直磁気異方性Ｋｕを３．４１Ｍｅｒｇ／ｃｍ３、ギルバート減衰係数αを０．０３とした。また、スペーサ層７０３の膜厚は４ｎｍ、スペーサ層７０５の膜厚は４ｎｍとした。さらに、Ｌ１磁化とＬ２磁化が平行配置している場合の抵抗値を５０Ω、Ｌ２磁化とＬ３磁化が平行配置している場合の抵抗値を５０Ωとした。また、磁気抵抗効果膜としての垂直自由層Ｌ１／スペーサ層７０３/垂直自由層Ｌ２のサンドウィッチ構造の磁気抵抗効果比は２０％とした。さらに、磁気抵抗効果膜としての垂直自由層Ｌ２／スペーサ層７０５／垂直自由層Ｌ３のサンドウィッチ構造の磁気抵抗効果比は２０％とした。
【００４５】
上記パラメタ設定では、垂直自由層Ｌ１の実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆは約１．８０ｋＯｅになり、垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆは約２．３７ｋＯｅとなり、垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆは約２．９７ｋＯｅとなる。すなわち、垂直自由層Ｌ１の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さく、さらに、垂直自由層Ｌ２の実効的な垂直磁気異方性磁場が垂直自由層Ｌ３の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さい。ここで、実効的な垂直磁気異方性磁場Ｈｕｅｆｆの評価には、直径Ｄ＝５０ｎｍ、膜厚６ｎｍの円盤形状を考慮した反磁場係数の値Ｎｚ〜０．７６９６１を用いた。
【００４６】
図８（ａ）〜（ｄ）は、スピントルク発振素子１２０に作用する主磁極１１０からの磁場ＨがＨ＝＋３ｋＯｅの場合のＬ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化のダイナミクスを示す。具体的には、図８（ａ）は、Ｌ１磁化のｙ成分のパワースペクトル密度を示し、図８（ｂ）は、スピントルク発振素子１２０の抵抗変化のパワースペクトル密度を示し、図８（ｃ）は、Ｉ＝−４．８ｍＡの場合のＬ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化の時系列データの一部を示し、図８（ｄ）は、Ｉ＝−４．８ｍＡの場合のＬ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化の軌道を示す。電流は、垂直自由層Ｌ１側から垂直自由層Ｌ３側に通電した（Ｉ＜０）。
【００４７】
図８（ａ）〜（ｄ）に示されるように、−４．２〜−５．０ｍＡの電流Ｉの範囲では、Ｌ１磁化とＬ２磁化とＬ３磁化は略同位相でＳＹＮＣし、磁場Ｈの方向に対して右ねじの向きで回転する。図８（ｂ）を参照すると、Ｌ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化の振動がＳＹＮＣであることを反映して、スピントルク発振素子１２０の抵抗変化のパワースペクトル密度はその状態で非常に小さい。なお、Ｉ＞０、すなわち、電流を垂直自由層Ｌ３側から垂直自由層Ｌ１側に通電する場合には、Ｌ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化の同期振動は現れず、Ｌ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化が共にカオス的な振動を示す。
【００４８】
Ｌ１磁化、Ｌ２磁化、Ｌ３磁化が略同位相で同期振動することにより、垂直自由層７０２（Ｌ１）の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０４（Ｌ２）の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０６（Ｌ３）の磁化による漏れ磁場が重なり合って強めあった楕円偏向回転磁場が現れ、ターゲットビットに作用する。なお、Ｈ＝−３ｋＯｅとした場合には、逆回転の楕円偏向回転磁場が現れる。
【００４９】
このように、垂直自由層７０２の実効的な垂直磁気異方性磁場を垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さくし、垂直自由層７０４の実効的な垂直磁気異方性磁場を垂直自由層７０６の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さくし、垂直自由層７０２側から垂直自由層７０６側に電流を流すことで、垂直自由層７０２の磁化と垂直自由層７０４の磁化と垂直自由層７０６の磁化が略同位相で回転する状態を発生させることができる。垂直自由層７０２の磁化と垂直自由層７０４の磁化と垂直自由層７０６の磁化がほぼ同位相で振動するため、垂直自由層７０２の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０４の磁化による漏れ磁場と垂直自由層７０６の磁化による漏れ磁場が重なり合って強めあった楕円偏向回転磁場がターゲットビットに作用する。
【００５０】
以上のように、第２の実施形態に係る磁気記録ヘッドは、第１垂直自由層、第２垂直自由層及び第３垂直自由層を含み、第１垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が前記第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さくかつ第２垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場が第３垂直自由層の実効的な垂直磁気異方性磁場よりも小さいスピントルク発振素子を備え、このスピントルク発振素子に第１垂直自由層側から第３垂直自由層側に電流を流す。それにより、第１垂直自由層の磁化、第２垂直自由層の磁化及び第３垂直自由層の磁化が略同位相で回転し、ＭＡＭＲにとって有効な強い高周波磁場を発生させることができる。その結果、記録密度の向上が可能になる。
【００５１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、磁気記録装置について説明する。  
図９は、第３の実施形態に係る磁気記録装置を概略的に示している。この磁気記録装置は、図９に示されるように、磁気記録媒体１５０及び磁気ヘッド９００を備える。磁気ヘッド９００は、磁気記録媒体１５０に磁気情報を記録するための磁気記録ヘッド９０１と、磁気記録媒体１５０の磁気情報を再生するための磁気再生ヘッド９１０と、を含む。磁気再生ヘッド９１０は磁気記録ヘッド９０１に隣接して配置されている。磁気記録装置は、図９には図示されないが、さらに、磁気記録媒体１５０と磁気ヘッド９００とを相対的に移動させる駆動機構と、磁気ヘッド９００を用いて磁気記録媒体１５０への信号の書き込み及び磁気記録媒体１５０からの信号の読み出しを行う信号処理部と、を備える。
【００５２】
磁気記録ヘッド９０１は、第１及び第２の実施形態において説明した磁気記録ヘッドのいずれか又はその変形であり得る。具体的には、図９に示されるスピントルク発振素子１２０は、図１に示されるような２つの垂直自由層を含むスピントルク発振素子であってもよく、図７に示されるような３つの垂直自由層を含むスピントルク発振素子であってもよい。
【００５３】
磁気再生ヘッド９１０は、磁気シールド層９１２及び９１３と、磁気シールド層９１２及び９１３間に設けられた磁気再生素子９１１と、磁気再生素子９１１に電流を供給する電源Ｖ３と、を含む。磁気再生素子９１１としては、いわゆるＧＭＲ（ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）膜、又は現行のＨＤＤで使用されているＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）膜を用いることができる。或いは、磁気再生素子９１１は、磁気記録ヘッド９０１内のスピントルク発振素子１２０と異なる第２のスピントルク発振素子を用いてもよい。これは、磁気再生ヘッド９１０をいわゆる「スピントルク発振素子再生ヘッド」とすることに相当する。この場合、信号処理部は、再生用スピントルク発振素子である第２のスピントルク発振素子の高周波出力の振幅又は位相（周波数）の変化を検出することにより、磁気記録媒体１５０の磁気情報を再生する。第２のスピントルク発振素子は、磁化が回転可能である自由層を少なくとも１つ含む。
【００５４】
電源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、図示しない制御部に接続され、制御部によって動作が制御される。制御部は、アナログ回路及びデジタル回路の少なくとも一方を含む。制御部による電源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の制御には、例えば、コンピュータプログラムに基づく制御が用いられる。
【００５５】
図１０は、図９に示した磁気記録装置の具体例としてのＨＤＤ１０００を概略的に示している。ＨＤＤ１０００は、図１０に示されるように、磁気記録媒体（磁気ディスク）１５０を備えている。磁気記録媒体１５０は、スピンドル１００２に装着され、スピンドルモータにより矢印Ａの方向に回転される。磁気記録媒体１５０の近傍に設けられたピボット１００３には、アクチュエータアーム１００４が保持されている。アクチュエータアーム１００４の先端には、サスペンション１００５が取り付けられている。サスペンション１００５の下面には、ヘッドスライダ１００６が支持されている。ヘッドスライダ１００６には、図９に示される磁気ヘッド９００が搭載されている。アクチュエータアーム１００４の基端部には、磁気記録媒体１５０の径方向の任意の位置にヘッドスライダ１００６を移動させるためのボイスコイルモータ１００７が設けられている。さらに、磁気ヘッド９００を用いて磁気記録媒体１５０への信号の書き込み及び磁気記録媒体１５０からの信号の読み出しを行う信号処理部１００８が設けられている。信号処理部１００８の入出力線（図示せず）は、磁気ヘッド９００に電気的に接続されている。
【００５６】
磁気記録媒体１５０を回転させ、ボイスコイルモータ１００７によりアクチュエータアーム１００４を回動させてヘッドスライダ１００６を磁気記録媒体１５０上にロードすると、ヘッドスライダ１００６の媒体対向面が磁気記録媒体１５０の表面から所定の浮上量をもって保持される。この状態で、磁気記録媒体１５０から情報を読み出す又は磁気記録媒体１５０に情報を書き込むことができる。
【００５７】
磁気記録ヘッド９０１では、２又は３つの垂直自由層の磁化が同位相で回転するので、これらの垂直自由層の磁化の回転に伴って発生する高周波磁場が互いにキャンセルすることがない。そのため、磁気記録媒体１５０を３次元磁気記録媒体とすることが可能である。
【００５８】
図１１は、磁気記録媒体１５０が三次元記録媒体である例を概略的に示している。図１１に示される磁気記録媒体１５０は、基板１１０４と、基板１１０４上に設けられた下地層１１０３と、下地層１１０３上に設けられた複数の記録層間層１１０２及び複数の記録層１１０１と、を含む。図１１には、４つの記録層１１０１が設けられる例が示されているが、記録層１１０１の数は、２、３又は５以上であってもよい。記録層間層１１０２は、隣接した記録層１１０１が磁気的に分離するように設けられており、非磁性材料からなる。
【００５９】
複数の記録層１１０１に対する磁気情報の書き込みは、磁気記録ヘッド９０１によって層選択をすることによってなされる。具体的には、記録層１１０１それぞれの磁化の磁気共鳴周波数を互いに異なるように設定し、磁気記録ヘッド９０１からの高周波磁場の周波数をいずれかの記録層１１０１に合わせることで層選択がなされる。ここでは、４層の記録層１１０１がある場合を想定し、記録層１１０１の磁化の磁気共鳴周波数を磁気記録媒体１５０の上部から順にｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４と表すこととする。例えば、上から２層目の記録層１１０１に書き込みを行う場合、磁気記録ヘッド９０１からの高周波磁場の周波数をｆ２に設定する。磁気記録ヘッド９０１からの高周波磁場の周波数の設定には、垂直自由層磁化の同期振動周波数の電流依存性を利用することができる。図５（ａ）の例では、−３〜−８ｍＡの電流Ｉの範囲において周波数ｆが４５〜３５ＧＨｚに変化している。電流依存性は、略線形になっているから、ｆ＝５１．０＋２．０Ｉと近似的に表すことができる。従って、電源Ｖ１によってスピントルク発振素子１２０に通電する電流値を、例えば、−４ｍＡ、−５ｍＡ、−６ｍＡ、−７ｍＡのように離散的に設定することにより、磁気記録ヘッド９０１からの高周波磁場の周波数をｆ１＝４３ＧＨｚ、ｆ２＝４１ＧＨｚ、ｆ３＝３９ＧＨｚ、ｆ４＝３７ＧＨｚと設定することができる。
【００６０】
以上のように、第３の実施形態によれば、前述した実施形態に係る磁気記録ヘッドを用いた磁気記録装置が提供される。
【００６１】
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】
【００６２】
１００…磁気記録ヘッド、１１０…主磁極、１１２…補助磁極、１１４…励磁コイル、１２０…スピントルク発振素子、１２１…電極層、１２２…垂直自由層、１２３…スペーサ層、１２４…垂直自由層、１２５…電極層、１２６…磁性多層膜、１３１，１３２…電流、１３６…記録磁場、１５０…磁気記録媒体、１５１…ターゲットビット、７００…磁気記録ヘッド、７０１…電極層、７０２…垂直自由層、７０３…スペーサ層、７０４…垂直自由層、７０５…スペーサ層、７０６…垂直自由層、７０７…電極層、７０８…磁性多層膜、９００…磁気ヘッド、９０１…磁気記録ヘッド、９１０…磁気再生ヘッド、９１１…磁気再生素子、９１２，９１３…磁気シールド層、１００２…スピンドル、１００３…ピボット、１００４…アクチュエータアーム、１００５…サスペンション、１００６…ヘッドスライダ、１００７…ボイスコイルモータ、１００８…信号処理部、１１０１…記録層、１１０２…記録層間層、１１０３…下地層、１１０４…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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