(57)【要約】【課題】  ビットコストを低減することができる磁気再生ヘッドおよび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再生ヘッドは、共鳴結合型スピントルク発振素子を備える。共鳴結合型スピントルク発振素子は、周波数ギャップを持つ発振特性を有する。共鳴結合型スピントルク発振素子は、磁気記録媒体からの磁場によって振幅変調された信号を出力する。【選択図】図１
2017168170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ギャップを持つ発振特性を有する共鳴結合型スピントルク発振素子を備え、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、磁気記録媒体からの磁場によって振幅変調された信号を出力する、磁気再生ヘッド。
【請求項２】
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、２つの磁化フリー層を含み、磁化固定層を含まないデュアルフリー層型スピントルク発振素子である、請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項３】
前記２つの磁化の一方が面内磁化膜により構成され、前記２つの磁化の他方が垂直磁化膜により構成される、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項４】
前記２つの磁化の一方が単層膜であり、前記２つの磁化の他方が積層フェリ磁性膜である、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドと、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子の近傍に設けられ、前記信号を復調するダイオードと、
を備える磁気記録再生装置。
【請求項６】
反強磁性結合媒体と、
前記反強磁性結合媒体に磁場を印加する磁極と、
前記反強磁性結合媒体に記録されている媒体信号によって振幅変調された信号を出力するスピントルク発振素子を含む磁気再生ヘッドと、
前記スピントルク発振素子の近傍に設けられ、前記信号を復調するダイオードと、
を備える磁気記録再生装置。
【請求項７】
前記反強磁性結合媒体は複数の記録層を含む、請求項６に記載の磁気記録再生装置。
【請求項８】
前記ダイオードはスピントルクダイオードである、請求項５乃至請求項７のいずれか１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、磁気再生ヘッドおよび磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲヘッドの登場以来、磁気記録の記録密度は目覚しい速度で向上してきた。その後、より高密度な磁気記録に対応するために、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を利用したＴＭＲ素子の開発が進められてきた。ＴＭＲ素子は、強磁性層、絶縁体および強磁性層を積層した積層膜を有し、強磁性層間に電圧を印加してトンネル電流を流す。ＴＭＲ素子は、トンネル電流の大きさが上下の強磁性層の磁化の向きによって変化することを利用し、磁化の相対的角度の変化をトンネル抵抗値の変化として検出する素子である。ＭＲ比が最大で数百％程度の素子が得られている。ＴＭＲ素子は、ＧＭＲ素子よりもＭＲ比が大きく、そのため信号電圧も大きくなる。しかしながら、純粋な信号成分だけでなく、ショットノイズによる雑音成分も大きくなり、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）がよくならないという問題を抱えている。ショットノイズは、電子がトンネル障壁を不規則に通過することによって発生する電流の揺らぎに起因しており、トンネル抵抗の平方根に比例して増大する。従って、ショットノイズを抑え、必要な信号電圧を得るためには、トンネル絶縁層を薄くし、トンネル抵抗を低抵抗化する必要がある。記録密度の高密度化に伴い素子を記録ビットと同程度のサイズに小さくする必要がある。このため、高密度になるほどトンネル絶縁層の接合抵抗を小さく、つまり、絶縁層を薄くする必要がある。１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２の記録密度では０．２Ω・ｃｍ２以下の接合抵抗が必要とされ、Ｍｇ-Ｏ（アルミニウム酸化膜）トンネル絶縁層の膜厚に換算して原子２層分の厚さのトンネル絶縁層を形成しなければならない。トンネル絶縁層を薄くするほど上下電極間の短絡が生じやすくＭＲ比の低下を招くため、素子の作製は飛躍的に困難になっていく。以上の理由から、ＴＭＲ素子の限界は２Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２程度であろうと見積もられている。
【０００３】
上述した素子はいずれも広い意味での磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を利用しており、これらのＭＲ素子に共通した磁気的白色雑音（ホワイトノイズ）の問題が近年急浮上している。この磁気的白色雑音は、上述したショットノイズなどの電気的ノイズとは異なり、微小磁化の熱ゆらぎに起因して生じる。このため、磁気的白色雑音は、ＭＲ素子の微細化に伴いより支配的となり、２Ｔｂｐｓｉ対応の素子では電気的雑音を凌駕すると考えられている。磁気的白色雑音を回避するためには、磁気的減衰定数αの小さなフリー層を用いることが必要となるが、αを小さくすると読出し速度が遅くなるという問題が生じる。さらに、ＭＲ素子に関する深刻な問題としてスピントルク雑音がある。スピントルク雑音は素子に流す電流密度の増加とともにフリー層磁化の向きが不安定になるために生じるものであり、この雑音がＭＲ素子の限界を決めている。
【０００４】
これらの問題を解決する方策として、近年、スピントルク発振素子（ＳＴＯ；Spin Torque Oscillator）を用いた磁気センサーの提案がなされている。ＳＴＯを磁気センサーとして用い、媒体磁場による発振周波数の変調を利用すると、高いＳＮ比での読出しが可能となり、ＴＭＲ素子の限界を超える記録密度の読出しが可能となる。しかしながら、マイクロ波伝送路および遅延検波によるＦＭ復調回路の採用が新たに必要となり、ビットコストの上昇を招くという問題がある。
【０００５】
また、最近、ビット間の双極子相互作用を低減し記録密度を向上するためのＡＦＣ（反強磁性結合）媒体が注目されている。媒体磁場が実質的に存在しない完全ＡＦＣ媒体からの読出しにはＴＭＲ素子を用いることはできず、ＳＴＯを用いた共鳴読出しが用いられるが、その場合媒体信号がＳＴＯ出力の振幅変調として検出される。しかし、この方法では振幅変調された信号を復調回路まで伝送するマイクロ波伝送路が必要となり、ビットコストの上昇を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６４７９２号公報
【特許文献２】特開２０１３−９７８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ビットコストを削減することができる磁気再生ヘッドおよび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再生ヘッドは、共鳴結合型スピントルク発振素子を備える。共鳴結合型スピントルク発振素子は、周波数ギャップを持つ発振特性を有する。共鳴結合型スピントルク発振素子は、磁気記録媒体からの磁場によって振幅変調された信号を出力する。
【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例示する図。
【図２】（ａ）は第１の実施形態に係るＳＴＯ信号を例示する図、（ｂ）は（ａ）のＳＴＯ信号を復調して得られる復調信号を例示する図。
【図３】第１の実施形態に係るＲＣ−ＳＴＯの発振特性を例示する図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は第１の実施形態に係るＲＣ−ＳＴＯの構造例を示す概略図。
【図５】第１の実施形態に係るスピントルクダイオードのフィルタ効果を説明する図。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る完全ＡＦＣ媒体の例を示す概略図。
【図７】第２の実施形態に係る磁気記録再生装置を例示する図。
【図８】図７に示した磁気記録再生装置の読出し方法を説明する図。
【図９】第２の実施形態に係る、完全ＡＦＣ媒体が複数の記録層を有する場合の磁気記録再生装置を例示する図。
【図１０】図９に示した磁気記録再生装置の読出し方法を説明する図。
【図１１】第３の実施形態に係るＨＤＤを例示する図。
【図１２】実施例に係るＲＣ−ＳＴＯの構造を示す図。
【図１３】図１２に示したＲＣ−ＳＴＯの発振特性を示す図。
【図１４】図１２に示したＲＣ−ＳＴＯの発振スペクトルを示す図。
【図１５】関連技術に係る遅延検波回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同様の構成要素に同様の参照符号を付して、重ねての説明を適宜省略する。
【００１１】
［第１の実施形態］
はじめに、従来提案されている、スピントルク発振素子（ＳＴＯ）を用いた磁気再生ヘッドを有する磁気記録再生装置について簡単に説明する。ＳＴＯの発振周波数は、例えば、素子サイズ、膜厚、ＳＴＯの発振を励起するための直流電流の大きさ、外部磁場の大きさなどに依存する。このため、ＳＴＯの発振周波数は、印加された媒体磁場の向き（例えば上下）に応じて変化する。磁気記録再生装置は、ＳＴＯの発振出力（マイクロ波信号）をＦＭ（Frequency Modulation）検波することにより媒体信号を再生する。ＳＴＯの位相相関時間は磁化の熱ゆらぎなどにより極めて短い（１μｓ程度）ので、周波数変調されたマイクロ波信号をＦＭ検波するためには、図１５に示すような遅延検波回路が使用される。図１５に示される遅延検波回路１５００は、遅延回路１５０１、乗算器１５０２およびローパスフィルタ１５０３を備える。遅延回路１５０１は、遅延時間Ｔだけ入力信号（周波数変調されたマイクロ波信号）を遅延させる。遅延時間Ｔは１ビット時間（１ｎｓ程度）に等しい。乗算器１５０２は、入力信号を遅延回路１５０１によって遅延された入力信号と掛け算する。ローパスフィルタ１５０３は乗算器１５０２の後段に設けられる。
【００１２】
図１５に示される遅延検波回路１５００は、マイクロ波ＩＣ技術により作製可能であるが、これまでの磁気記録再生装置では用いられていない回路であり、その導入はビットコスト増の要因となる。さらに、ＳＴＯのマイクロ波信号（５〜１０ＧＨｚ）を検波回路まで伝送するためには、現行の伝送路（＜３ＧＨｚ）の帯域を拡大する必要があり、やはりビットコストの増大につながる。
【００１３】
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、磁気再生ヘッド１０１、スピントルクダイオード１０２、およびアンプ１０３を備える。磁気記録再生装置１００は、図１には示されない磁気記録媒体および磁気記録ヘッドをさらに備える。
【００１４】
磁気再生ヘッド１０１は、磁気記録媒体に記録されている媒体信号を再生するために使用される。磁気再生ヘッド１０１は、共鳴結合型スピントルク発振素子（ＲＣ−ＳＴＯ；Resonant Coupling Spin Torque Oscillator）１１１および磁気シールド１１２、１１３を含む。ＲＣ−ＳＴＯ１１１は磁気シールド１１２、１１３間に設けられる。スピントルクダイオード１０２は、ＲＣ−ＳＴＯ１１１の近傍に設けられる。例えば、磁気記録再生装置１００はＨＤＤ（Hard Disk Drive）であり、ＲＣ−ＳＴＯ１１１およびスピントルクダイオード１０２はアクチュエータアームの先端に位置するスライダー１０４上に設置される。
【００１５】
本実施形態では、ＲＣ−ＳＴＯ１１１は磁気センサーとして使用される。ＲＣ−ＳＴＯ１１１の発振出力の振幅および周波数は、磁気記録媒体からの漏れ磁場（＋ｈまたは−ｈ）に応じて変化する。ＲＣ−ＳＴＯ１１１が磁気記録媒体に対して相対的に移動すると、磁場が媒体信号に応じて次々に変化し、ＲＣ−ＳＴＯ１１１は、図２（ａ）に示すように、周波数および振幅が共に変調された信号を出力する。以下では、ＲＣ−ＳＴＯ１１１から出力される変調信号をＳＴＯ信号と称することもある。ＳＴＯ信号は、スピントルクダイオード１０２によって復調（すなわちＡＭ（Amplitude modulation）検波）され、続いてアンプ１０３によって増幅される。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示されるＳＴＯ信号を復調して得られる復調信号を示している。復調信号の信号レベルに基づいて媒体信号が再生される。図２（ｂ）に示す例では、低い信号レベルが情報“０”に対応し、高い信号レベルが情報“１”に対応する。復調信号の転送速度は高々１〜２Ｇｂｉｔ／ｓ程度なので、復調信号は既存の伝送路を用いて伝送することができ、増幅後の復調信号は既存の信号処理回路で処理することが可能である。
【００１６】
共鳴結合型スピントルク発振素子（ＲＣ−ＳＴＯ）は、図３に例示する発振モード（周波数−磁場特性）を持つスピントルク発振素子（ＳＴＯ）の総称である。具体的には、ＲＣ−ＳＴＯは、周波数の高い上部ブランチ（光学モード）と周波数の低い下部ブランチ（音響モード）が周波数ギャップを挟んで存在する発振特性を有する。このような発振特性は、図３において破線で示される２つの振動モード（モード１およびモード２）の間に動的な双極子相互作用が強く働く場合に生じることが知られている。図３に示す例では、媒体磁場−ｈが印加されたときにＲＣ−ＳＴＯが音響モードとなり、媒体磁場＋ｈが印加されたときにＲＣ−ＳＴＯが光学モードとなるように、ＲＣ−ＳＴＯの基本発振周波数（free-running frequency）が調整されている。この場合には、ＳＴＯ信号は周波数とともに振幅も大きく変調され、図２（ａ）に示すように、媒体磁場−ｈでの振幅は、媒体磁場＋ｈでの振幅に比較して十分小さくなる。
【００１７】
図４（ａ）〜（ｄ）は、ＲＣ−ＳＴＯ１１１の構造例を示している。図４（ａ）および（ｂ）に示されるＲＣ−ＳＴＯ１１１は、フリー層４１１、固定層４１３、およびフリー層４１１と固定層４１３との間の非磁性層４１２を含む通常のＳＴＯ４１０に共鳴層４２０が付加された構造を有する。フリー層４１１および共鳴層４２０は磁化方向が可変な層であり、固定層４１３は磁化方向が固定された層である。図４（ａ）の例では、共鳴層４２０は垂直磁化膜で構成され、フリー層４１１は面内磁化膜で構成され、固定層４１３の磁化は面内方向に固定されている。図４（ｂ）の例では、共鳴層４２０は垂直磁化膜で構成され、フリー層４１１は面内磁化膜で構成され、固定層４１３の磁化は膜面に垂直な方向に固定されている。ＳＴＯ４１０と共鳴層４２０との間にはスペーサ層４３０が設けられていてもよい。ＳＴＯ４１０および共鳴層４２０の振動モードがそれぞれ上記のモード１およびモード２に対応し、両者の周波数が一致したバイアス磁場の位置に周波数ギャップが発生する。
【００１８】
図４（ｃ）および（ｄ）に示されるＲＣ−ＳＴＯ１１１は、単層のフリー層４７０、積層フェリ（ＳｙＦ；Synthetic Ferrimagnetic）フリー層４５０、およびフリー層４７０とＳｙＦフリー層４５０との間の非磁性層４６０を含むデュアルフリー層型ＳＴＯ（ＤＦ−ＳＴＯ）と呼ばれる素子である。図４（ｃ）の例では、ＳｙＦフリー層４５０およびフリー層４７０は面内磁化膜で構成される。図４（ｄ）の例では、ＳｙＦフリー層４５０は面内磁化膜で構成され、フリー層４７０は垂直磁化膜で構成される。フリー層４７０の共鳴周波数とＳｙＦフリー層４５０の共鳴周波数とが一致するバイアス磁場の位置に周波数ギャップが発生する。固定層を有しないＤＦ−ＳＴＯは、固定層磁化を固定するための厚い反強磁性層を持たないので、素子の厚さを薄くすることが可能であり、高密度媒体からの読出しに適している。
【００１９】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示されるＲＣ−ＳＴＯ１１１のように、共鳴層またはフリー層の一方が垂直磁化膜により構成される場合、媒体磁場による振幅変調が大きくなる。図４（ａ）〜（ｄ）に例示したＲＣ−ＳＴＯはいずれもモード１とモード２が位相同期した状態で発振している。位相同期したＳＴＯは通常のＳＴＯに比較して振幅雑音および位相雑音が小さく、磁気再生ヘッドに利用した場合、ＳＮ比の高い読出しが可能となる。
【００２０】
ＲＣ−ＳＴＯ１１１には、上述した層構造に外部磁場（バイアス磁場）を印加するハードバイアス膜が設けられていてもよい。
【００２１】
また、振幅変調されたＲＣ−ＳＴＯの発振出力を復調するために、スピントルクダイオードに代えて、半導体ダイオードが用いられてもよい。ただし、スライダー１０４上に設置しやすい微小素子であるスピントルクダイオードを用いることが好ましい。スピントルクダイオードは、ダイオード機能に加えて、バンドパスフィルタの機能を持つため、復調信号の振幅比（低信号レベルと高信号レベルとの比）を増大させる効果を示す。スピントルクダイオードは、図５に示すように、媒体磁場＋ｈが印加される場合に得られるＳＴＯ信号の周波数を通過させるように設定される。図５において、ドットを付した領域がスピントルクダイオードの通過帯域を示す。さらに、スピントルクダイオードは、半導体ダイオードに比較して、ＲＣ−ＳＴＯ１１１の発振出力のような高々数マイクロワット（μＷ）の信号をより効率的に復調することができることが知られている（例えばS. Miwa et al., Nature Materials 13, 50 (2014)を参照）。
【００２２】
以上のように、第１の実施形態に係る磁気再生ヘッドは、共鳴結合型スピントルク発振素子を磁気センサーとして用い、媒体磁場によって振幅変調された信号を出力する。この信号は既存の復調回路で復調することが可能である。従って、周波数変調方式の磁気再生ヘッドに比較して復調回路を簡素化することができ、その結果、ビットコストを削減することができる。さらに、第１の実施形態に係る磁気記録再生装置は、共鳴結合型スピントルク発振素子の近傍に配置されたダイオードを用いて、共鳴結合型スピントルク発振素子から出力される信号を復調する。復調信号は、既存のマイクロ波伝送路で伝送することができる。従って、周波数変調方式の磁気記録再生装置に比較して、マイクロ波伝送路も簡素化することができ、その結果、ビットコストを削減することができる。
【００２３】
［第２の実施形態］
近年、図６（ａ）に示すような漏れ磁場が殆ど生じない完全ＡＦＣ媒体（反強磁性結合媒体）や、図６（ｂ）に示すような完全ＡＦＣ媒体を多層化した３次元媒体が注目されている。図６（ａ）に示される完全ＡＦＣ媒体は１層の記録層６００を含む。記録層６００は、磁気異方性の小さい軟磁性層６０３と、軟磁性層６０３と磁気モーメントが等しく磁気異方性の大きい硬磁性層６０１と、軟磁性層６０３と硬磁性層６０１との間の非磁性層６０２と、を含み、軟磁性層６０３および硬磁性層６０１が反強磁性結合している。図６（ｂ）に示される完全ＡＦＣ媒体（３次元媒体）は、複数の（この例では２層の）記録層６００を含む。これらの記録層６００は非磁性層６０４によって分離されている。
【００２４】
完全ＡＦＣ媒体では、ビット間の双極子相互作用が著しく減少するので、ビット磁化の安定性が増大する。このため、完全ＡＦＣ媒体は高密度記録に適している。しかし、ビットからの漏れ磁場が実質的に存在しないので、従来のＧＭＲまたはＴＭＲ素子を用いることはできない。完全ＡＦＣ媒体に記録された信号は、ＳＴＯのフリー層と媒体磁化との間の動的な双極子相互作用による共鳴現象を利用してＳＴＯ信号の振幅変調として読み出すことができる（例えばH. Suto et al., Nanotechnology 25, 245501 (2014)を参照）。しかしながら、振幅変調されたマイクロ波信号を復調回路まで伝送するマイクロ波伝送路（帯域５〜１０ＧＨｚ）が必要となる。
【００２５】
第２の実施形態では、ＳＴＯを共鳴読出しセンサーとして使用して完全ＡＦＣ媒体から情報を読み出す磁気記録再生装置を説明する。  
図７は、第２の実施形態に係る磁気記録再生装置の一例を概略的に示している。図７に示される磁気記録再生装置７００は、磁気再生ヘッド７０１、スピントルクダイオード１０２、アンプ１０３、および磁気記録媒体としての完全ＡＦＣ媒体７０５を含む。完全ＡＦＣ媒体７０５は、図６（ａ）に示すような１層の記録層を有する完全ＡＦＣ媒体である。磁気再生ヘッド７０１は、ＳＴＯ７１１および磁極７１３を含む。ＳＴＯ７１１および磁極７１３は、磁気シールド７１２と図示しない磁気シールドとの間に配置される。
【００２６】
磁極７１３は、完全ＡＦＣ媒体７０５内の読出したい媒体ビットにバイアス磁場を印加する。媒体ビットに磁場を印加すると、媒体ビットの軟磁性層６０３の磁化のＦＭＲ（FerroMagnetic Resonance）周波数が磁化の向きに応じて変化する。具体的には、図８に示すように、磁化が上向きの場合、印加する磁場を大きくするほど磁化のＦＭＲ周波数は大きくなり、逆に、磁化が下向きの場合、印加する磁場を大きくするほど磁化のＦＭＲ周波数は小さくなる。
【００２７】
ＳＴＯ７１１の発振周波数と軟磁性層６０３の磁化のＦＭＲ周波数が一致すると、図８に示すように（図８では下向き“０”のとき）ＳＴＯ７１１の発振周波数にギャップが生じ、出力が低下する。第１の実施形態と同様にして、媒体信号はＳＴＯ７１１の出力信号の振幅変調として読み出される。ＳＴＯ７１１の出力信号は、スピントルクダイオード１０２によって復調される。スピントルクダイオード１０２の代わりに半導体ダイオードが用いられてもよい。
【００２８】
図９は、第２の実施形態に係る磁気記録再生装置の他の例を概略的に示している。図９に示される磁気記録再生装置９００は、再生用ＳＴＯ９０１、アシスト用ＳＴＯ９０２、磁極９０３、磁気シールド９０４、９０５、完全ＡＦＣ媒体９０６、スピントルクダイオードおよびアンプ（図９には図示されない）を備える。完全ＡＦＣ媒体９０６は、図６（ｂ）に示される３次元媒体に対応し、この例では２層の記録層６００を有する。これらの記録層６００は異なる共鳴周波数を有する。ＳＴＯ９０１および磁極９０３は磁気再生ヘッドを構成する。ＳＴＯ９０２および磁極９０３は磁気記録ヘッドを構成する。磁気記録ヘッドによる書き込みは、ＳＴＯ９０２から発生される高周波（振動）磁場とともに磁極９０３からの磁場を媒体ビットに印加することでなされる。
【００２９】
図９および図１０を参照して、３次元媒体から媒体信号を読み出す方法を説明する。図９において上側に位置する第１の記録層６００内の軟磁性層６０３の共鳴周波数（ＦＭＲ周波数）をｆＬ１、図９において下側に位置する第２の記録層６００内の軟磁性層６０３のＦＭＲ周波数をｆＬ２とすると、ｆＬ１およびｆＬ２は磁極９０３から印加される媒体磁場Ｈｍｅｄｉａにより磁化の上向き、下向きに従って図１０の破線のように変化する。一方、ＳＴＯ９０１の周波数ｆＳＴＯは、ＳＴＯ９０１に印加されるバイアス磁場ＨＳＴＯにより実線のように変化する。第１の記録層６００から情報を読み出す場合、例えば、ｆＳＴＯが下向き磁化のｆＬ１と一致するようにＨＳＴＯおよびＨｍｅｄｉａが調節される。この場合、磁化が下向きのビットではＳＴＯ９０１と媒体磁化との共鳴が生じＳＴＯ信号の振幅が低下するが、磁化が上向きのビットでは共鳴は生じず振幅は低下しない。このようにして、第１の記録層６００の情報を読み出すことができる。第２の記録層６００から情報を読み出す場合、例えば、ｆＳＴＯが下向き磁化のｆＬ２と一致するようにＨＳＴＯおよびＨｍｅｄｉａが調節される。この場合、磁化が下向きのビットではＳＴＯ９０１と媒体磁化との共鳴が生じＳＴＯ信号の振幅が低下するが、磁化が上向きのビットでは共鳴は生じず振幅は低下しない。このようにして、第２の記録層６００の情報を読み出すことができる。振幅変調されているＳＴＯ信号は、上述した磁気記録再生装置１００、７００と同様にして、スピントルクダイオードを用いて復調される。スピントルクダイオードの通過帯域は、読み出す対象の記録層に応じて制御されることができる。スピントルクダイオードに代えて半導体ダイオードが使用されてもよい。
【００３０】
以上のように、第２の実施形態に係る磁気記録再生装置は、ＳＴＯを共鳴読出しセンサーとして用い、ＳＴＯの近傍に配置されたダイオードでＳＴＯから出力される振幅変調信号を復調することで、媒体信号を再生する。これにより、第１の実施形態と同様に、周波数変調方式の磁気記録再生装置に比較して、マイクロ波伝送路および復調回路を簡素化することができ、その結果、ビットコストを削減することができる。
【００３１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、第１の実施形態および第２の実施形態で説明した磁気記録再生装置の具体例に対応するＨＤＤについて説明する。  
図１１は、第３の実施形態に係るＨＤＤ１１００を概略的に示している。ＨＤＤ１１００は、図１１に示すように、磁気記録媒体としての磁気ディスク１１０９を備えている。磁気ディスク１１０９は、スピンドル１１０２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。磁気ディスク１１０９の近傍に設けられたピボット１１０３には、アクチュエータアーム１１０４が保持されている。アクチュエータアーム１１０４の先端には、サスペンション１１０５が取り付けられている。サスペンション１１０５の下面には、スライダー１１０６が支持されている。スライダー１１０６には、磁気再生ヘッド（例えば図１に示される磁気再生ヘッド１０１）および磁気記録ヘッドを含む磁気ヘッドとダイオード（例えば図１に示されるスピントルクダイオード１０２）とが搭載されている。アクチュエータアーム１１０４の基端部には、磁気ディスク１１０９の径方向の任意の位置にスライダー１１０６を移動させるためのボイスコイルモータ１１０７が設けられている。さらに、磁気ヘッドを用いて磁気ディスク１１０９への信号の書き込みおよび磁気ディスク１１０９からの信号の読み出しを行う信号処理部１１０８が設けられている。信号処理部１１０８の入出力線（図示せず）は、磁気ヘッドに電気的に接続されている。
【００３２】
磁気ディスク１１０９を回転させ、ボイスコイルモータ１１０７によりアクチュエータアーム１１０４を回動させてスライダー１１０６を磁気ディスク１１０９上にロードすると、スライダー１１０６の媒体対向面が磁気ディスク１１０９の表面からある浮上量をもって保持される。この状態で、磁気ディスク１１０９から情報を読み出すまたは磁気ディスク１１０９に情報を書き込むことができる。
【００３３】
（実施例）
図１２、図１３および図１４を参照して、第１の実施形態で説明したＲＣ−ＳＴＯの実施例を説明する。  
図１２に示されるＲＣ−ＳＴＯ１２００は、スパッタ成膜と光および電子線リソグラフィーとを用いてサファイア基板上に作製された。ＲＣ−ＳＴＯ１２００は、ＳＴＯ１２１０と、ＳＴＯ１２１０上に積層されたスペーサ層１２２０と、スペーサ層１２２０上に積層された共鳴層１２３０と、を含む。共鳴層１２３０は、下部磁性層１２３１および上部磁性層１２３３が非磁性層１２３２を介して反強磁性結合したＡＦＣ構造を有する。下部磁性層１２３１および上部磁性層１２３３はともにＰｔ／Ｃｏ積層膜である。膜厚の調整により、下部磁性層１２３１が軟磁性層、上部磁性層１２３３が硬磁性層となっている。スペーサ層１２２０はＴａ／Ｒｕ膜である。ＳＴＯ１２１０は、磁化固定層１２１１、磁化固定層１２１１上に積層された非磁性層１２１２、および非磁性層１２１２上に積層された磁化フリー層１２１３を含む。磁化固定層１２１１および磁化フリー層１２１３は面内磁化膜で構成される。磁化フリー層１２１３はＣｏＦｅＢ膜であり、磁化固定層１２１１は反強磁性結合したＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ膜である。非磁性層１２１２はＭｇＯである。素子サイズは９０ｎｍ×６０ｎｍである。
【００３４】
ＲＣ−ＳＴＯ１２００に共鳴層１２３０からＳＴＯ１２１０の向きに０．８ｍＡの電流を流し、面内方向に磁場を印加した時に得られる発振特性（周波数−磁場曲線）を図１３に実線で示す。共鳴層１２３０内の軟磁性層１２３１の磁化は上向きとなるようにしてある。図１３において、磁場が約５００ Ｏｅの場合に発振周波数にギャップが生じているが、これは破線で示した上記軟磁性層１２３１の共鳴周波数とＳＴＯ１２１０の発振周波数が一致し、両者が共鳴したために生じたギャップであり、上方の実線が光学モード、下方の実線が音響モードに相当する。
【００３５】
周波数ギャップの近傍で磁場を４４０ Ｏｅから３８０ Ｏｅに変化させたときのＲＣ−ＳＴＯの発振スペクトルを図１４に示す。図１４を参照すると、発振出力は大きく変化しておりＲＣ−ＳＴＯ１２００が磁場センサーとして機能することが分かる。
【００３６】
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】
【００３７】
１００…磁気記録再生装置、１０１…磁気再生ヘッド、１０２…スピントルクダイオード、１０３…アンプ、１０４…スライダー、１１１…ＲＣ−ＳＴＯ、１１２，１１３…磁気シールド、４１０…ＳＴＯ、４１１…フリー層、４１２…非磁性層、４１３…固定層、４２０…共鳴層、４３０…スペーサ層、４５０…ＳｙＦフリー層、４６０…非磁性層、４７０…フリー層、６００…記録層、６０１…硬磁性層、６０２…非磁性層、６０３…軟磁性層、６０４…非磁性層、７００…磁気記録再生装置、７０１…磁気再生ヘッド、７０５…完全ＡＦＣ媒体、７１１…ＳＴＯ、７１２…磁気シールド、７１３…磁極、９００…磁気記録再生装置、９０１…再生用ＳＴＯ、９０２…アシスト用ＳＴＯ、９０３…磁極、９０４，９０５…磁気シールド、９０６…完全ＡＦＣ媒体、１１００…ＨＤＤ、１１０２…スピンドル、１１０３…ピボット、１１０４…アクチュエータアーム、１１０５…サスペンション、１１０６…スライダー、１１０７…ボイスコイルモータ、１１０８…信号処理部、１１０９…磁気ディスク、１２００…ＲＣ−ＳＴＯ、１２１０…ＳＴＯ、１２１１…磁化固定層、１２１２…非磁性層、１２１３…磁化フリー層、１２２０…スペーサ層、１２３０…共鳴層、１２３１…下部磁性層、１２３２…非磁性層、１２３３…上部磁性層、１５００…遅延検波回路、１５０１…遅延回路、１５０２…乗算器、１５０３…ローパスフィルタ。
【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月10日(2017.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ギャップを持つ第１の発振モードおよび第２の発振モードを有する共鳴結合型スピントルク発振素子を備え、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、磁気記録媒体からの磁場の向きに応じて前記第１の発振モードと前記第２の発振モードが切り替わり、前記磁気記録媒体からの前記磁場によって振幅変調された信号を出力する、磁気再生ヘッド。
【請求項２】
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、２つの磁化フリー層を含み、磁化固定層を含まないデュアルフリー層型スピントルク発振素子である、請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項３】
前記２つの磁化フリー層の一方が面内磁化膜により構成され、前記２つの磁化フリー層の他方が垂直磁化膜により構成される、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項４】
前記２つの磁化フリー層の一方が単層膜であり、前記２つの磁化フリー層の他方が積層フェリ磁性膜である、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドと、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子の近傍に設けられ、前記信号を復調するダイオードと、
を備える磁気記録再生装置。
【請求項６】
反強磁性結合媒体と、
前記反強磁性結合媒体に磁場を印加する磁極と、
前記反強磁性結合媒体に記録されている媒体信号によって振幅変調された信号を出力するスピントルク発振素子を含む磁気再生ヘッドと、
前記スピントルク発振素子の近傍に設けられ、前記信号を復調するダイオードと、
前記磁気再生ヘッドおよび前記ダイオードが搭載されたスライダと、
前記スライダを支持するサスペンションと、
前記サスペンションに接続されたアクチュエータアームと、
を備える磁気記録再生装置。
【請求項７】
前記反強磁性結合媒体は複数の記録層を含む、請求項６に記載の磁気記録再生装置。
【請求項８】
前記ダイオードはスピントルクダイオードである、請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月21日(2017.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ギャップを持つ第１の発振モードおよび第２の発振モードを有する共鳴結合型スピントルク発振素子を備え、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、磁気記録媒体からの磁場の向きに応じて前記第１の発振モードと前記第２の発振モードが切り替わり、前記磁気記録媒体からの前記磁場によって振幅変調された信号を出力する、磁気再生ヘッド。
【請求項２】
前記共鳴結合型スピントルク発振素子は、２つの磁化フリー層を含み、磁化固定層を含まないデュアルフリー層型スピントルク発振素子である、請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項３】
前記２つの磁化フリー層の一方が面内磁化膜により構成され、前記２つの磁化フリー層の他方が垂直磁化膜により構成される、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項４】
前記２つの磁化フリー層の一方が単層膜であり、前記２つの磁化フリー層の他方が積層フェリ磁性膜である、請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドと、
前記共鳴結合型スピントルク発振素子の近傍に設けられ、前記信号を復調するダイオードと、
を備える磁気記録再生装置。
【請求項６】
前記ダイオードはスピントルクダイオードである、請求項５に記載の磁気記録再生装置。