(57)【要約】      （修正有）【課題】電気磁気効果を用いた磁気記録システムにおいて、必要な強度の電界を絶縁破壊を引き起こすことなく供給可能とするシステムを提供する。【解決手段】磁気記録システムは、記録媒体１、スライダ、電界印加装置３、電源３３を含む。記録媒体は、基板、基板上に順に保持された第一の電極３１、第一の記録媒体層１０１、第二の記録媒体層１０２を含む。第一の記録媒体層は、電気磁気効果を有する反強磁性薄膜またはフェリ磁性薄膜を含む。第二の記録媒体層は、第一の記録媒体層と交換結合によって磁気的に接続された電気伝導性の強磁性薄膜を含む。スライダは、第一の記録媒体層に対して記録磁界を印加するための磁界印加装置を備える。電界印加装置は、第一の記録媒体層に対して記録電界を印加する第二の電極３２を備える。第一の電極と第二の電極との間には電源が接続される。第二の電極は、スライダの底面積よりも大きな底面積を有する。【選択図】図２
2017033615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体と、スライダと、電界印加装置と、電源と、を含み、
前記記録媒体は、基板と、前記基板上に前記基板側から表面側に向けて順に保持された、第一の電極と、第一の記録媒体層と、第二の記録媒体層と、を含み、
前記第一の記録媒体層は、電気磁気効果を有する反強磁性薄膜またはフェリ磁性薄膜を含み、
前記第二の記録媒体層は、前記第一の記録媒体層と交換結合によって磁気的に接続された、電気伝導性を有する強磁性薄膜を含み、
前記スライダは、前記第一の記録媒体層に対して記録磁界を印加するための磁界印加装置を備え、
前記電界印加装置は、前記第一の記録媒体層に対して記録電界を印加するための、前記記録媒体と離れて対向する第二の電極を備え、
前記第二の電極は、前記スライダの底面積よりも大きな底面積を有し、
前記電源は、前記第一の電極と、前記第二の電極と、の間に接続されていることを特徴とする磁気記録システム。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の記録媒体層との間には静電容量Ｃ１を有し、
前記第二の電極と前記第二の記録媒体層との間には静電容量Ｃ２を有し、
前記電源が、前記第二の電極に電位を付与することによって、前記第二の電極と前記第二の記録媒体層の間と、前記第二の記録媒体層と前記第一の電極の間と、に所望の電界を供給する機能を備え、
前記静電容量Ｃ１と、
前記静電容量Ｃ２と、
の関係が、
【数１】
2017033615.tif 000008
であり、前記第一の電極と前記第二の記録媒体層の間に供給される記録電界の強度（Ｅ）が
【数２】
2017033615.tif 000009
であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気記録システム。
【請求項３】
前記磁気記録システムは、前記スライダを、前記記録媒体の任意の場所に移動させる移動機構を有し、
前記磁界印加装置は、記録磁界を空間的に限定して第一の記録媒体層に印加する機能を有し、
前記電界印加装置は、前記第一の電極と前記第二の記録媒体層の間に、前記記録磁界よりも広い範囲で記録電界を印加する機能を有し、
前記記録システムは、前記記録媒体に印加される記録磁界と記録電界との関係を、概平行である状態と、概反平行である状態とを、交互に切り替わるよう、記録磁界および／または記録電界をスイッチングするスイッチング機能を有し、
前記スイッチング機能によって、前記記録媒体上に形成される記録磁界と記録電界が共に印加される重畳領域へ情報の記録を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の磁気記録システム。
【請求項４】
前記第二の記録媒体層は、
高抵抗体によって仕切られた複数の導電性金属磁性体領域を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項５】
前記基板は円盤形状を有し、
前記導電性金属磁性体領域が、前記円盤形状の中心から外周方向に向けて区切った短冊状のセクタ様に分割された形状であることを特徴とする、請求項４に記載の磁気記録システム。
【請求項６】
前記基板は円盤形状を有し、
前記導電性金属磁性体領域が、前記円盤形上の中心を基点に同心円状に区切ったリング様に分割された形状であることを特徴とする、請求項４に記載の磁気記録システム。
【請求項７】
前記導電性金属磁性体領域が、前記リング様の導電性金属磁性体領域をさらに前記円盤形上の中心から外周方向に向けて区切ったブロック様に分割された形状であることを特徴とする、請求項６に記載の磁気記録システム。
【請求項８】
前記第二の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む金属強磁性体を含み、
前記高抵抗体が、主として前記第二の記録媒体層に含まれる金属強磁性体元素の酸化された状態から形成されることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項９】
前記第二の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む金属強磁性体を含み、
前記高抵抗体が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔａからなる群より選ばれる少なくとも一つ以上の元素を含む酸化物から形成されることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項１０】
前記電界印加装置は、前記記録磁界が印加される領域を内包する前記導電性金属磁性体領域を含むように、前記記録電界を印加することを特徴とする、請求項４から９のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項１１】
前記記録媒体が、さらに第三の記録媒体層を含み、
前記第三の記録媒体層は、前記第一の記録媒体層と前記基板の間にあり、
前記第三の記録媒体層は、前記記録磁界のための磁束の回路を形成することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項１２】
前記第三の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む金属強磁性体を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の磁気記録システム。
【請求項１３】
前記第三の記録媒体層が、前記第一の電極に接していることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の磁気記録システム。
【請求項１４】
前記反強磁性薄膜は、Ｃｒ２Ｏ３、ＹＭｎＯ３、ＢｉＦｅＯ３、からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸化物を含むことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【請求項１５】
前記フェリ磁性薄膜は、Ｇａ１−ｘＡｌｘＦｅＯ３（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気記録システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気記録システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクを代表とする磁気記録システムは、コンピュータネットワークの発展、特にクラウドコンピューティングに対応した大規模データセンター向け用途の拡大とともに、大容量化が強く求められている。
【０００３】
ハードディスクでは、個々が単一の磁石である微小な強磁性体結晶粒子の集合を１つの記録ビットとして記録を行なう。しかしながら、この手法は原理的にも工学的にも限界に近づいている。そこで、より高密度な記録を行うために、熱アシスト記録（非特許文献１）やマイクロ波アシスト記録（特許文献１）といった手法の開発が進められている。近年、新たな大容量磁気記録の手法として、電気と磁気との交差相関である電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」という。）を利用する手法が提案された（特許文献２）。
【０００４】
特許文献２に記載の技術では、ＭＥ効果を有する反強磁性体を含む第一の記録媒体層と、それに隣接するように配置した金属強磁性体を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る。開示された技術では、この記録媒体に電界と磁界を重ね合わせて印加することで（以下「重畳させて印加する」という。）記録を行なう。より具体的には、記録媒体に含まれるＭＥ効果を有する反強磁性体に、電界と磁界を重畳させて印加することで変更可能な交換結合により金属強磁性体に磁気記録を行なう。
【０００５】
したがって、この新たな方式を可能にするためには、従来技術であるハードディスクにはない、記録媒体に電界を印加する機構が必要である。それに加えて、記録媒体上の狭い領域の磁化のみを操作するため、印加する磁界と電界とを空間的に狭い領域でのみ重畳することができる機構が必要である。さらに、この重畳領域を記録媒体上の任意の場所に移動することができる機構が必要である。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考えられる。例えば、第一の記録媒体層および第二の記録媒体層よりも基板側に第一の電極を配置し、スライダ側に対極となる第二の電極を配置することで、電界を供給することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３０２３０２号
【特許文献２】米国特許ＵＳ８７２４４３４Ｂ２号
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８，Ｐａｒｔ  １，１８３９（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしこの場合、記録媒体層の所望の領域に書き込みに必要な強度の記録電界を供給することが困難となることが予測される。記録媒体側に配置された第一の電極と、スライダ側に配置された第二の電極の間には、導電性を有する第二の記録媒体層が存在する。したがって、第一の電極と第二の電極の間には、第一の電極と導電性の第二の記録媒体層との間に発生する第一の容量成分と、第二の記録媒体層と第二の電極との間に発生する第二の容量成分の、２つの容量が存在する。近年、ハードディスクの大容量化、高密度化にともない、スライダにおいても小型化が進められている。そのため、フェムトスライダ（幅０．７ｍｍ、奥行き０．８５ｍｍ、厚み０．２３ｍｍ）や更に小型のスライダが採用されている。したがって、第二の電極をスライダ側に備える場合、その面積は小さなもの（０．６ｍｍ２以下）になる。一方、ディスク媒体側に設けられた第一の電極、および導電性の第二の記録媒体層の面積は、これと比較して非常に大きなものとなる。したがって、第一の容量成分は、第二の容量成分に対して、３桁以上大きな容量を持つこととなる。第一の電極と第二の電極との間に電圧を加えることで電界を供給しても、印加される電圧の記録媒体とスライダとの間のギャップに集中してしまい、第一の記録媒体層には印加した電圧の０．１％以下しか加わらない。第一の記録媒体層に、記録に必要な強度の電界を供給しようとすると、第一の電極と第二の電極にかかる電圧が著しく大きくなる。その結果、記録媒体とスライダの間で絶縁破壊が生じてしまい、ＭＥ記録を行なえないという課題が存在する。
【０００８】
このような課題を解決する方法として、第二の記録媒体層を第一の記録媒体層よりも基板側に配置することで第二の電極と第一の電極の間に印加される電界を空間的に狭い範囲に限定する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、強磁性層と読取エレメントとの間の距離が広がることにより読み出しの精度が著しく損なわれるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁破壊を引き起こすことなく第一の記録媒体層に対してＭＥ記録に必要な強度の電界を効果的に供給することが可能な磁気記録システム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】
【００１０】
初めに、図１を参照してＭＥ効果を利用した磁化のスイッチングについて説明する。図１の縦軸は磁化Ｍ、横軸は測定磁界の大きさＨを示している。左上と右下に示す二つの挿入図は、第一の記録媒体層と第二の記録媒体層とが積層している状態を示した模式図である。第一の記録媒体層内の細い矢印は、反強磁性体のスピンの状態を模式的に示している。また、第二の記録媒体層内の太い矢印は、強磁性層の磁化の方向を示している。
【００１１】
強磁性層を含む第二の記録媒体層は、第一の記録媒体層から交換バイアスと呼ばれる一方向異方性を受ける。この交換バイアスは、反強磁性体のとることが可能な２つの等価なスピンの配列状態を反映して、正、あるいは負の値をもつ。ＭＥ効果を有する反強磁性体では、外部から電界と磁界とを同時に加えることで、この２つの反強磁性状態の一方を能動的に選択することができる。より具体的には、印加する電界と磁界との関係を、概平行あるいは概反平行として印加することで、いずれか一方の状態を選択的に形成することができる。結果として、交換バイアスを介して第二の記録媒体層の磁化方向を操作することができる。例えば図１の点線で示したＭＨループでは、第二の記録媒体層は上向きの交換バイアスを受けている（挿入図左上の状態）。このとき、第二の記録媒体層はゼロ磁場下で上向きの磁化を示す。一方、図１の実線で示したＭＨループでは、第二の記録媒体層は下向きの交換バイアスを受けている。このとき、第二の記録媒体層はゼロ磁場下で下向きの磁化を示す。ＭＥ記録では、磁界の方向を固定して電界を切り替える、あるいは電界の方向を固定して磁界を切り替えることで情報の書込みを行う。
【００１２】
上述のように、ＭＥ記録では、金属強磁性体を含む第二の記録媒体層の磁化の向きとして情報が記録される。したがって情報の読み出しを行なう必要性を鑑みると、ＭＥ記録用の記録媒体では、金属強磁性体を含む第二の記録媒体層は、第一の記録媒体層よりも表面側に配置されることが望ましい。
【００１３】
本発明の磁気記録システムは、記録媒体と、スライダと、電界印加装置と、電源と、を含む。本発明の記録媒体は、基板と、基板側に設けられた第一の電極と、第一の記録媒体層と、第二の記録媒体層と、をこの順に保持する。第一の記録媒体層は、ＭＥ果を有する反強磁性薄膜またはフェリ磁性薄膜を含む。第二の記録媒体層は、第一の記録媒体層と交換結合によって磁気的に接続された、電気伝導性を有する強磁性薄膜を含む。本発明のスライダは、第一の記録媒体層に対して記録磁界を印加するための磁界印加装置を備える。また、本発明の電界印加装置は、第一の記録媒体層に対して記録電界を印加する機能を有する。電界印加装置は、記録媒体と離れて、記録媒体と対向する第二の電極を備える。第二の電極は、前記スライダの底面積よりも大きな底面積を有する。本発明の磁気記録システムは、第一の電極と、第二の電極と、の間に接続された電源を備える。
本発明の構成によれば、印加される電圧が記録媒体とスライダとの間のギャップに集中することはない。この結果、第一の記録媒体層に対して絶縁破壊を伴うような大電圧を印加しなくともＭＥ記録に必要な電界を印加することが可能となる。
【００１４】
本発明の磁気記録システムは、電源から第二の電極に電位を付与することによって、第二の電極と第二の記録媒体層との間と、第二の記録媒体層と第一の電極との間と、に所望の電界を供給する機能を備えることができる。磁気記録システムは、第一の電極と第二の記録媒体層との間に静電容量Ｃ１を有し、第二の記録媒体層と第二の電極との間に静電容量Ｃ２を有する。このとき、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との関係は、
【数１】
2017033615.tif 000003
とすることができる。
【００１５】
ここで、図２を参照して静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との関係を説明する。図２は、記録媒体１、電界印加装置３、電源３３を含む電界印加の仕組の概略図と、その簡単な等価回路と、を示す。本発明に係る磁気記録システムは、電気的には、第一の静電容量Ｃ１と、第二の静電容量Ｃ２と、の二つの容量をもった直列回路とみなすことができる。静電容量Ｃ１は、基板側に形成された電極３１と、電極３１上に形成された第一の記録媒体層１０１と、第一の記録媒体層上に形成された電気伝導性を有する強磁性金属を含む第二の記録媒体層１０２と、から構成される電荷蓄積層の容量である。静電容量Ｃ２は、第二の記録媒体層１０２と、エアーギャップと、エアーギャップを挟んで相対する位置に配置された電極３２と、から構成される電荷蓄積層の容量である。ここで、電源３３の発生する電圧をＶ、第一の静電容量Ｃ１に係る電圧をＶ１、第二の静電容量Ｃ２に係る電圧をＶ２とすると、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２の関係が成り立つ。
【００１６】
本発明の実施に係る代表的な具体例にはハードディスクが挙げられるが、仮に従来のスライダ上に磁界印加装置に加えて電源印加装置３も設けようとする場合、電極３２の大きさが大幅に制限されてしまう。例えば、フェムトスライダ（幅０．７ｍｍ、奥行き０．８５ｍｍ、厚み０．２３ｍｍ）を用いたスライダの場合、電極３２の底面積は最大でも約０．６ｍｍ２程度しか確保できない。この形態的な制約は高記録密度の観点から不可避な制限である。一方で記録媒体層１０２は、媒体であるディスク上に一様に形成された場合、電極３２の面積に対して著しく大きな面積を有することとなる。例えば３．５インチのディスクを想定した場合には電極面積の差から、Ｃ１はＣ２に比べて最低でも３桁、場合によっては４桁以上大きな値をとる（Ｃ１＞＞Ｃ２）。この場合、ＭＥ記録のために必要な第一の記録媒体層１０１にかかる電圧は、電源３３が印加する電圧の僅か０．１％以下に低下する。その結果、書き込みに必要な強度の電界を第一の記録媒体層１０１に供給することが困難となる。
【００１７】
図３は、第一および第二の電荷蓄積層の静電容量比Ｘ（Ｘ＝Ｃ２／Ｃ１）と、各容量比での第一および第二の電荷蓄積層に加わる電圧（Ｖ１、Ｖ２）の比率との関係を示したものである。例えば、Ｘ＝１の場合、Ｖ１＝Ｖ２＝０．５となり、電源３３の供給する電圧の半分がＶ１に印加されることとなることがわかる。Ｘ＝０．０１の場合、Ｖ１には電源３３の供給される電圧の約１％しか印加されない。それに対して、Ｘが１００以上であればＶ１には電源３３の供給される電圧のほぼ１００％が印加されることとなる。
【００１８】
したがって、第二の静電容量Ｃ２を増加させるなどして、前記２つの電荷蓄積層の静電容量の関係が下式（１）
【数２】
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の関係となるよう調整すれば、記録媒体とスライダ間に絶縁破壊を伴うような大電圧を印加しなくとも、必要な強さの電界を供給することが容易になる。
【００１９】
第二の静電容量Ｃ２を増加させる手段としては、第二の電極３２の底面積を十分な大きさに拡大することが挙げられる。上述のように、本発明の磁気記録システムの電界印加装置３はスライダとは別に設けられる。したがって、Ｃ２の調整のために第二の電極３２の底面積を調整することは容易である。
【００２０】
また、第一の電極と第二の記録媒体層の間に供給される記録電界の強度（Ｅ）は
【数３】
2017033615.tif 000005
とすることが好ましい。このことにより、電界印加装置と媒体の間にかかる電界強度を絶縁破壊が生じない程度に抑えながら、効果的に第一の記録媒体層に対して電界を供給することができる。
【００２１】
本発明の磁気記録システムは、スライダを記録媒体の任意の場所に移動させる移動機構を有することができる。磁界印加装置は、記録磁界を空間的に限定して第一の記録媒体層に印加する機能を有するものであってよい。電界印加装置は、第一の電極と第二の記録媒体層の間に、記録磁界よりも広い範囲で記録電界を印加する機能を有するものであってよい。また、本発明の磁気記録システムは、記録媒体に印加される記録磁界と記録電界との関係を、概平行である状態と、概反平行である状態とが、交互に切り替わるよう、記録磁界および／または記録電界をスイッチングするスイッチング機能を有することができる。本発明の磁気記録システムは、このスイッチング機能によって記録媒体上に形成される記録磁界と記録電界が共に印加される重畳領域へ情報の記録を行うことができる。これらの構成により、記録媒体の位置について選択的にＭＥ記録を行うことが容易となるため、本発明の効果を高めることができる。
【００２２】
本発明の磁気記録システムは、第二の記録媒体層が高抵抗体によって仕切られた複数の導電性金属磁性体領域を備えることができる。このことにより、静電容量Ｃ１の値を低減することができる。結果として、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２３】
本発明の磁気記録システムは、基板が円盤形状を有し、導電性金属磁性体領域が、基板の円盤形状の中心から外周方向に向けて区切った短冊状のセクタ様に分割された形状であってもよい。このことにより、静電容量Ｃ１の値を低減することができる。結果として、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２４】
本発明の磁気記録システムは、基板が円盤形状を有し、導電性金属磁性体領域が、基板の円盤形上の中心を基点に同心円状に区切ったリング様に分割された形状であってもよい。このことにより、静電容量Ｃ１の値を低減することができる。結果として、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２５】
本発明の磁気記録システムは、導電性金属磁性体領域が、リング様の導電性に分割された金属磁性体領域を、さらに円盤形上の中心から外周方向に向けて区切ることで、ブロック様に分割した形状をとることができる。このことにより、静電容量Ｃ１の値を低減することが出来る。結果として、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２６】
本発明の磁気記録システムは、第二の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む金属強磁性体を含み、高抵抗体が、主として第二の記録媒体層に含まれる金属強磁性体元素の酸化された状態から形成されたものとすることができる。このことにより、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２７】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、第二の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む金属強磁性体を含み、高抵抗体が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔａからなる群より選ばれる少なくとも一つ以上の元素を含む酸化物から形成されたものであってもよい。このことにより、第一の記録媒体層への効果的な電界印加が容易になる。
【００２８】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、電界印加装置が、記録磁界が印加される領域を内包する導電性金属磁性体領域を含むように、記録電界を印加するものであってもよい。このことにより、第一の記録媒体層の記録に必要な領域にのみ電界を供給することが容易になる。
【００２９】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、記録媒体が、さらに第三の記録媒体層を含むことが出来る。第三の記録媒体層は、第一の記録媒体層と基板の間にあり、第三の記録媒体層は、記録磁界のための磁束の回路を形成することが好ましい。このことにより、第一の記録媒体層の記録領域に、電界に加えて、磁界も効果的に供給することが容易になる。
【００３０】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、第三の記録媒体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を構成元素として含む電気伝導性を有する軟磁性金属を含むことが好ましい。このことにより、第一の記録媒体層の記録領域にのみ、電界と磁界の両方を効果的に供給することが容易になる。
【００３１】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、第三の記録媒体層が、第一の電極に接していることが好ましい。このことにより、第一の記録媒体層の記録領域にのみ、電界と磁界の両方を効果的に供給することが容易になる。
【００３２】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、ＭＥ効果を有する反強磁性薄膜として、Ｃｒ２Ｏ３、ＹＭｎＯ３、ＢｉＦｅＯ３、からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸化物を含むことが好ましい。これらの酸化物を用いることにより、書込みに必要な電界と磁界の積の絶対値を低減することができる。結果として、磁気記録システムの書込みに必要な電界の値を低減することにより本発明の効果を更に高めることができる。
【００３３】
さらに本発明に係る磁気記録システムは、ＭＥ効果を有するフェリ磁性薄膜として、Ｇａ１−ｘＡｌｘＦｅＯ３（０≦ｘ≦１）からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸化物を含むことが好ましい。このような酸化物を用いることにより、書込みに必要な電界と磁界の積の絶対値を低減することが出来る。結果として、磁気記録システムの書込みに必要な電界の値を低減することにより本発明の効果を更に高めることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、絶縁破壊を引き起こすことなく第一の記録媒体層に対してＭＥ記録に必要な強度の電界を効果的に供給することが可能となる。その結果、ＭＥ記録の信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の開示する磁気情報の記録原理を示す模式図である。
【図２】本発明の開示する磁気記録システムにおける電界印加機構の概略と、その等価回路とを示す模式図である。
【図３】本発明の開示する磁気記録システムにおける電界印加時の容量比Ｘ（＝Ｃ２／Ｃ１）と、Ｃ１とＣ２に加わる電圧Ｖ１とＶ２の分配比の関係を示す図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る磁気記録システムの概略を示す概略図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る磁界と電界の重畳方法を示す概略図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る具体的態様としての磁気記録システム（ハードディスク）を示す模式図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る磁気記録システムの一態様の断面を示す模式図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る磁気記録システムの別の態様の断面を示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る磁気記録システムのさらに別の態様の断面を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施形態２に係る記録媒体の分割方式を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る記録媒体の分割方式を示す模式図である。
【図１２】図１２は、実施形態４に係る記録媒体の分割方式を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施例に用いた模擬的な記録媒体の構造と、そこへの電界印加の仕組みを示す模式図である。
【図１４】図１４は、模擬的な記録媒体における容量比（Ｘ）を変化させたときのＭＨループの変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明を実施するための形態の例を説明する。なお、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。
【００３７】
（実施の形態１）
図４に、本実施形態に係る磁気記録システムの概略を示す。磁気記録システム１０００を構成する基本要素は、ＭＥ効果を利用して磁気情報を記録する記録媒体１と、記録媒体１に対して磁界を印加する磁界印加装置２と、記録媒体１に対して電界を印加する電界印加装置３と、の少なくとも３つからなる。本実施形態が係る磁気記録システム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、電界と磁界とが重畳する領域を一時的に形成することを意味する。第一の記録媒体層１０１内の細い矢印は、反強磁性体のスピンの向きを示したものである。また、第二の記録媒体層１０２内の太い矢印は、強磁性層の磁化の方向を示したものである。
【００３８】
本実施形態の記録媒体１は、ＭＥ効果を有する反強磁性層を含む第一の記録媒体層１０１と、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た強磁性層を含む第二の記録媒体層１０２と、第一の電極３１と、基板４０を備える。基板４０は、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、をこの順に保持する。第二の記録媒体層１０２は、第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報を転写し、読み取りに必要な強さの磁化を発生するための機能を有する。
【００３９】
本実施形態の磁界印加装置２について説明する。本実施形態が磁気記録システムとして用いられるためには、磁化反転を生じさせる領域が、記録媒体１の中の空間的に限定された範囲内に制限可能であることが必要である。そこで磁界印加装置２は、電界と磁界とが重なる（重畳する）領域を空間的に微小化することを目的として、磁界を局所的に集中して印加せしめる機能を有する。これは従来の磁気記録ヘッドの技術を利用して作製することができる。図５は広域に印加された電界Ｅの中に、極小領域に収束された磁界Ｈを印加することで微小な重畳領域を形成した状態を示したものである。この場合、重畳領域は磁界印加領域Ｈに一致し、重畳領域を狭い範囲に限定することが可能となる。
【００４０】
本実施形態の電界印加装置３について説明する。図４に示されるように、電界印加装置３は第二の電極３２を備える。このとき、第一の電極３１と第二の電極３２の間には、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。磁界印加装置２は、あるいは磁界印加装置２と電界印加装置３の両方は、記録媒体１の表面における任意の場所に移動させる機能を有する。また、磁界印加装置２と電界印加装置３とのいずれか一方あるいは両方には、電界あるいは磁界の印加方向を制御する機能を有する。磁界印加装置２、電界印加装置３は、使用時、未使用時に記録媒体表面と物理的に接触しないように保持することが必要である。記録された情報を利用するに当たっての再生技術については、従来技術によるものであってかまわない。
【００４１】
本実施形態におけるＭＥ記録方式を用いた磁気記録について説明する。図４では、磁界印加装置２から放出される空間的に限定された印加磁界２５と、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、が重なる領域を重畳領域４５として示した。第一の電極と第二の電極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。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、重畳領域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、所定の電界と磁界とが付与されることでＭＥ効果により反強磁性体としてのスピン配列の方向が決定される。図４では、Ａ〜Ｇまであるセルの中で左から３番目（Ｃのセル）のスピンの配列方向だけが、電界と磁界との印加によって反転した様を示している。一方、第一の記録媒体層１０１は反磁性体から構成されているため、全体のスピンは打ち消し合って磁化を持たず、外部からその状態を読み出すことができない。本実施形態では、反強磁性層と交換結合可能な強磁性材料を含む第二の記録媒体層１０２を、第一の記録媒体層１０１の近傍に配置する。第二の記録媒体層１０２は、第一の記録媒体層のスピンの配列を転写し、読み出しに必要な磁化を発生させる機能を有する。図４を参照すると、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。一方セルＣだけは、反強磁性層のスピンの配列に対応して下向きとなっている。なお、第一と第二の記録媒体層と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が可能である。
【００４２】
本実施形態の磁気記録システム１０００では、印加する磁界２５と電界３６の関係が、概平行か、概反平行か、を操作することによって、記録を行なう。本発明の実施において、磁界２５と電界３６は、ＭＥ効果を利用できる限りにおいて、お互いに対して多少の傾きを有して印加されてもよい。記録媒体１は、重畳領域４５を移動することができるように配置されている。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第一の記録媒体層１０１に記録させることが可能である。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。
【００４３】
本実施形態では基板４０の形状は特に限定されないが、記録を効率的に行うことを鑑みて、従来利用されているハードディスクに想定されるように円盤形状であることが好ましい。
【００４４】
図６は、本実施形態に係る具体的態様として、ハードディスクへの利用を想定した場合の磁気記録システム２０００の概略図を示したものである。磁気記録システム２０００は、磁界印加装置２を、記録媒体１の任意の場所に移動させるための移動機構８を有する。移動機構８は、従来技術の移動機構を利用可能である。具体的には、磁界印加装置２を備えたスライダ７、サスペンション８１、アーム８２及びアクチュエータユニット８３からなる。スライダ７は、スライダ本体５、磁界印加装置２に加えて、読取エレメント６を備えることができる。記録媒体１は、モータにより回転されるハブ８４（スピンドル）に取り付けられている。電界印加装置３は別の保持機構上に設けられる。
【００４５】
本実施形態のスライダ７は、アーム８２の先端にサスペンション８１を介して取り付けられている。アーム８２は、アクチュエータユニット８３により駆動される。図６においては、スライダ７と、電界印加装置３を１つずつ示しているが、一つのシステムにそれぞれ２つ以上設けても良い。また、その１つのＭＥ記録・読取再生手段が複数の磁界を印加できるものであっても良いし、１つのアームに複数のスライダを設けても良い。一つのシステムに設けられる記録媒体１は、勿論、数は限定されない。
【００４６】
本実施形態の具体的態様では、記録媒体１の円盤面に対して、固定磁界と可変電界と、あるいは固定電界と可変磁界と、を印加することによって電界と磁界との掛け合わせ領域を形成することができる。このうち外部電界の方向を固定磁界に対して概平行から概反平行に任意に制御すること、外部電界の大きさを制御すること、あるいは外部磁界の方向を固定電界に対して概平行から概反平行に任意に制御すること、外部磁界の大きさを制御すること、により記録媒体１に磁気情報を記録する。この方法では、電界と磁界の重畳する領域でのみ、記録磁化の方向を選択的に制御することができる。
【００４７】
ＭＥ記録を効率よく行なうことを鑑みると、本実施形態において媒体と対向する位置に設けられた、スライダ上の磁界印加装置の先端から記録媒体中の動作最表面との間のスペーシングは、１ｎｍ〜５０ｎｍとなることが望ましい。
【００４８】
図７と図８および図９は、本実施形態の磁気記録システムの基本的な構成を断面方向から示したものである。磁気記録システムが、従来の垂直磁気記録方式と大きく相違する点として、記録媒体１がスライダ７に備えられた磁界印加装置２からの磁界の印加に加えて、電界印加装置３から電界の印加を受けることが挙げられる。電界印加装置３は、電極３２と電極保持部３４を有する。このとき電極３２の底面積は、磁界印加装置２の備えられたスライダ７の底面積よりも大きいことが望ましい。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３１が必要である。電極３１と電極３２は電源３３に接続される。このとき電極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。記録媒体１は、第一の記録媒体層１０１と、第二の記録媒体層１０２と、電極３１と、基板４０との、少なくとも４つの構成要素を含む。さらに記録媒体１は、書込みのための磁束の回路を形成するために、記録媒体層１０１、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。また図９に示されるように、第三の記録媒体層１０３に、電気伝導性の高い軟磁性金属を用いた場合、第三の記録媒体層１０３を電源３３に接続することで、電極３１の機能を兼ねることが可能である。
【００４９】
本実施形態の第一の記録媒体層１０１について説明する。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掛け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、および広い温度範囲で十分な強度の交換バイアスを発生できること、を挙げることができる。この特性は、単一で特性に優れたＭＥ効果を有する材料を用いることでも対処できるが、ＭＥ効果を有する反強磁性体材料と、より高いネール温度を持つ別の反強磁性体材料と、を組み合わせた複合材料を用いることで対処することもできる。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バイアスの熱的・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バイアス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。なお本実施の形態では、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。
【００５０】
本実施形態の第一の記録媒体層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、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦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、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦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）ＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体及び、上記（ｂ）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複合材料（積層体、または、混合体）としてもよい。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。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。
【００５１】
本実施形態の第二の記録媒体層１０２について説明する。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合金、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。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に、第二の記録媒体層１０２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。これらは単層であっても、積層体であってもよい。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０．５〜１６ａｔ％、残部Ｃｏ）が好ましい。
【００５２】
本実施形態の第二の記録媒体層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、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属、ＣｏＴａＺｒ等のコバルト系合金、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＦｅＢ、ＦｅＣｏＮ、ＦｅＣｏＶ、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、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、ＭｎＺｎ系合金等を、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。
【００５３】
本実施形態の第二の記録媒体層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。
【００５４】
本実施形態の基板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いし、ガラス、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボンなどの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】
本実施形態の基板４０は平均表面粗さＲａが２ｎｍ（２０Å）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（より好ましくは０．２５ｎｍ以下）であることが望ましい。これらの数値範囲は、スライダを低浮上させる観点から好ましいものである。なお、表面の微少うねり（Ｗａ）は、測定範囲１００μｍで蝕針式表面平均粗さ計により測定した値である。
【００５６】
本実施形態の開示する磁気記録システムは、電界の印加を特徴の一つとする。本磁気記録システムは、接地電位が供給されていることが望ましい。例えば、記録媒体１の回転中心付近に接地端を設け、回転軸（スピンドル）との電気的な接触を設けることができる。この場合、電気的接触を電極３１乃至は第三の記録媒体層１０３、導電性の基板４０のいずれか一つ、あるいは複数に接触することによって、容易に接地電位の供給が実現できる。また、必要に応じて接地端からのノイズを除去または、低減するための機構を設けることができる。
【００５７】
本実施形態の記録媒体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。表面保護層は基板表面側に配置された、第二の記録媒体層１０２の腐食を防ぐとともに、スライダが媒体に接触したときに媒体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とするのがスライダと記録媒体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塗布して形成することができる。表面保護層や表面潤滑層は、高抵抗性で誘電率の大きい材料であることが好ましい。
【００５８】
本実施形態の第一の記録媒体層１０１に必要な強さの電界を供給するためには、第二の静電容量Ｃ２を増加させるなどして、前記２つの電荷蓄積層の静電容量の関係が、
【数４】
2017033615.tif 000006
の関係となるよう調整することが望ましい。
【００５９】
またこのとき、第一の電荷蓄積層に印加される電界強度Ｅ１（Ｅ１＝Ｖ１／第一の記録媒体層１０１の膜厚）は、ＭＥ記録を効果的に行うことを鑑みて、次式、
【数５】
2017033615.tif 000007
の範囲にあることが望ましい。このとき、全体の印加電圧Ｖを増加させることでもＥ１を増加させることが可能であるが、第二の電荷蓄積層にかかる電界強度Ｅ２は第二の電荷蓄積層が絶縁破壊を起こさない範囲にある必要があることはいうまでもない。
【００６０】
本発明の開示する磁気記録装置はこれらの構成要素に加えて、読取エレメントを含んでも良い。読み取りエレメントの種類は特に限定されず、例えば、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子あるいはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子等の磁気抵抗効果を示す感磁膜を用いた素子を用いることができる。ＧＭＲ素子としては、磁気的信号検出用の電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対してほぼ平行な方向に流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）タイプでもよいし、磁気的信号検出用の電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対してほぼ垂直な方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）タイプでもよい。
【００６１】
以上のように、本発明を利用できる磁気記録システムの形態としては、ハードディスクドライブとして知られている形態で使用できるが、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すべきである。本発明は上記の実施の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、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００６２】
実施形態１では、本発明の実施に係る最も基本的な態様を説明した。特に、本発明の特徴的部分である二つの静電容量Ｃ１とＣ２の比率を最適化する手段として第二の静電容量Ｃ２を増大させる態様であった。実施形態１の態様の他、第一の静電容量Ｃ１を低減させることによっても本発明を好ましく実施することができる。実施形態２乃至４では、電気伝導性をもつ第二の記録媒体層１０２の一部にのみ電界を印加し、第一の電荷蓄積層の面積を減らすことで、静電容量Ｃ１を低減させる態様を説明する。
【００６３】
（実施形態２）
図１０に、実施形態２の模式図を示す。実施形態２に係る記録媒体１は、記録媒体層１０２に加えられる電界の範囲あるいは面積を低減させることを目的として、電気伝導性の金属強磁性体を含む記録媒体層１０２を、絶縁性乃至は高抵抗性の部位によって区切ることで、電気的に区切られた多数のエリアに分割された形状を有すること特徴とする。
【００６４】
電気的に区切られたエリアの形状は、磁気記録を阻害しない限りどのような形状をとることも可能であるが、加工性を鑑みて、ディスクの中心から外周方向に区切った短冊状のセクタに分割された形状を有することが望ましい。これによって、第一の静電容量Ｃ１を大幅に低減することが出来る。電界印加装置から印加される電界は、絶縁体乃至は高抵抗体で囲まれた第二の記録媒体層１０２のエリアを介して、第一の記録媒体層１０１の記録に必要な領域周辺にのみ効果的に供給され、安定なＭＥ記録を可能ならしめることができる。記録媒体層１０２の高抵抗性の部位には、その電気的特性に係る構造や材料の選択が許容される。
【００６５】
電界印加装置３は、各々のディスク面に対して独立して電圧を印加できることが必要である。これは複数の電界印加装置３を、プラッタ間に挿入することで達成できる。プラッタ間に挿入された電解印加装置３は、電極保持部３４と、電極保持部上の媒体に対向する位置に形成された電界印加用の電極３２を備える。
【００６６】
記録媒体１に電圧を供給する電源３３は、ディスク様の基板上に設けられた第一の電極３１と、電源印加装置３に備えられた第二の電極３２に接続される。同時に電極３１は接地電位に接続されていることが望ましい。
【００６７】
第二の記録媒体層１０２に電気的に区切られたエリアを形成するための高抵抗性の部位としては、酸化物などのインシュレータ材料を利用することができる。インシュレータ材料には、例えば、酸化物としてＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５や、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３などが、あるいはこれらの構成元素を含むアモルファス酸化物などが、炭化物としてＴａＣ、ＢＣ、ＳｉＣなどが利用可能である。また、ポリエチレンなどの有機インシュレータ材料を用いてもよい。
【００６８】
第二の記録媒体層１０２に、高抵抗性の部位によって区切られたエリアを形成するためには、フォトマスクなどによってあらかじめ所望のマスクを記録媒体層１０２に付与した上で、酸化処理によって部分的に記録媒体層１０２に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎなどの構成元素を酸化することで、高抵抗性の部位を形成することができる。具体的には、プラズマ酸化や、イオンアシスト酸化などが例示される。
【００６９】
あるいは高抵抗性の部位による境界を形成するために、フォトマスクなどによってあらかじめ所望のマスクを付与した記録媒体層１０２に、エッチング処理を施すことで記録媒体層１０２の一部を除去し、除去した部位に改めてインシュレータ材料を埋め込むことで、電気的に独立したエリアを設けることができる。具体的には、Ａｒプラズマエッチングやイオンミリングなどが例示される。また絶縁体を形成するプロセスとしては、スパッタリングやＡＬＤなどのドライプロセス、スピンコートなどのウェットプロセスを用いることができる。また、マスクを設けることなく、イオンビームなどを用いて直接記録媒体層１０２を除去することで形成することも許容される。絶縁部位には、例えば、酸化物としてＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などが、あるいはこれらの構成元素を含むアモルファス酸化物などが、炭化物としてＴａＣ、ＢＣ、ＳｉＣなどを好適に用いることができる。また、ポリエチレンなどの有機インシュレータ材料を用いてもよい。
【００７０】
（実施形態３）
図１１に、実施形態３の模式図を示す。実施形態３に係る記録媒体１は、記録媒体層１０２が高抵抗性の部位によって同心円状に区切られた多数のエリアによって構成された形状を有することを特徴とする。これによって、第一の静電容量Ｃ１を大幅に低減することが出来る。電界印加装置から印加される電界は、絶縁体乃至は高抵抗体で囲まれた第二の記録媒体層１０２のエリアを介して、第一の記録媒体層１０１の記録に必要な領域周辺にのみ効果的に供給され、安定なＭＥ記録を可能ならしめることができる。
【００７１】
電界印加装置３は、各々のディスク面に対して独立して電圧を印加できることが必要である。これは複数の電界印加装置３を、プラッタ間に挿入することで達成できる。プラッタ間に挿入された電解印加装置３は、電極保持部３４と、電極保持部上の媒体に対向する位置に形成された電界印加用の電極３２を備える。
【００７２】
記録媒体１に電圧を供給する電源３３は、基板４０上に設けられた第一の電極３１と、電源印加装置３に備えられた第二の電極３２に接続される。さらに電極３１は接地電位に接続されていることが望ましい。電界印加装置３は、電極保持部３４と電極３２を備え、さらに電極３２はトラック方向に分割された構造をとることができる。このとき電極３２を分割する幅は特に限定されないが、必要なエリアにのみ電界を供給することを鑑みれば、電極３２は、第二の記録媒体層１０２の分割周期とほぼ等しい間隔で分割し、必要に応じて各々の部位に独立して電圧を印加できることが望ましい。このような構造をとることで、記録を行う部位を含んだ領域以外の、記録に係らない領域に不必要に電界を印加することを防ぐことができ、結果としてより省エネルギーでの駆動を実現することが可能となる。
【００７３】
（実施形態４）
図１２に、実施形態４の模式図を示す。実施形態４に係る記録媒体１は、記録媒体層１０２が高抵抗性の部位によってブロック状に区切られた多数のエリアによって構成される形状を有することを特徴とする。
【００７４】
実施形態４では、記録媒体１をディスクの中心から外周方向に区切った短冊状のセクタによる分割し、さらに前記短冊状のエリアをトラック方向にも分割することで、電気的に区切られたブロック状のエリアを形成する。これによって、第一の静電容量Ｃ１を大幅に低減することが出来る。電界印加装置から印加される電界は、絶縁体乃至は高抵抗体で囲まれた第二の記録媒体層１０２のエリアを介して、第一の記録媒体層１０１の記録に必要な領域周辺にのみ効果的に供給され、安定なＭＥ記録を可能ならしめることができる。
【００７５】
電界印加装置３は、各々のディスク面に対して独立して電圧を印加できることが必要である。これは複数の電界印加装置３を、プラッタ間に挿入することで達成できる。プラッタ間に挿入された電解印加装置３は、電極保持部３４と、電極保持部上の媒体に対向する位置に形成された電界印加用の電極３２を備える。
【００７６】
記録媒体１に電圧を供給する電源３３は、基板４０上に設けられた第一の電極３１と、電源印加装置に備えられた第二の電極３２に接続される。さらに電極３１は接地電位に接続されていることが望ましい。電界印加装置３は、電極保持部３４と電極３２を備え、さらに電極３２はトラック方向に分割された構造をとることができる。このとき電極３２を分割する幅は特に限定されないが、必要な部分にのみ電界を供給することを鑑みれば、電極３２は、第二の記録媒体層１０２の分割周期とほぼ等しい間隔で分割し、必要に応じて各々の部位に独立して電圧を印加できることが望ましい。このような構造をとることで、記録を行う部位を含んだブロック以外の、記録に係らないブロックに不必要に電界を印加することを防ぐことができ、結果としてより省エネルギーでの駆動を実現することが可能となる。
【００７７】
（実施例）
本発明を、実施例を通じてより具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７８】
＜試料の構造＞
図１３は、実験に用いた記録媒体１を模した試料の構造と、試料への電界印加の形態を示す模式図である。基板４０はサファイア基板を、電極３１はＰｔを、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を、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を、それぞれ用いた。この第二の記録媒体層１０２は、面積が５ｍｍ×５ｍｍになるように整形した。
【００７９】
記録媒体１を模した試料には、第二の電荷蓄積層に代えて容量Ｃ２のコンデンサが接続されている。具体的には、第二の記録媒体層１０２に、リード線を介してコンデンサを接続している。このコンデンサ容量を変化させることによりＣ１とＣ２の容量比Ｘを調整することができる。
【００８０】
なお、実際の記録媒体１では、第二の記録媒体層１０２の上には保護層を設けることがあり、さらにエアーギャップを挟んで電界印加装置が設置されるが、これらは周知技術であるため説明は省略する。
【００８１】
＜試料の評価方法＞
試料の電極３１とコンデンサの両端に電源３３を接続して、試料を測定系内に挿入する。測定系内で電極３１とコンデンサの両端に電圧をかけることによって、第一の記録媒体層１０１に電界を印加する。測定系は、外部磁場印加装置を備えており、試料に対して膜面に垂直の方向に磁界を供給することができる。印加電界の方向、あるいは印加磁界の方向をスイッチさせると、第一の記録媒体層１０１に対して電界と磁界が概平行、あるいは概反平行の関係で印加することが可能となり、試料のＭＥ記録特性を評価することができる。
【００８２】
＜試料の作成＞
試料の作製方法について説明する。ステップ出しを行なったｃ面サファイア基板表面に、ｒｆスパッタリング法により、厚さ２５ｎｍのＰｔ電極３１を形成した。
【００８３】
次に、Ｐｔ層表面に、５００℃、０．３Ｐａ、アルゴン・酸素雰囲気中（Ａｒ：Ｏ２流量比＝９．０：０．９）、プラズマパワー１００Ｗ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２５０ｎｍのＣｒ２Ｏ３（００１）層を第一の記録媒体層１０１として形成した。
【００８４】
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３ｎｍのＣｏＰｔ系合金（Ｃｏ含有率７５％）強磁性層からなる第二の記録媒体層１０２を形成した。さらに記録媒体層１０２の上には、Ｒｕ金属２ｎｍ、Ｐｔ金属５ｎｍの保護層を形成し、ここにリード線を用いて所望の容量をもったコンデンサＣ２を接続し、これを測定試料とした。
【００８５】
＜試料の評価結果＞
図１４は、記録媒体１を模した試料で、第一の電荷蓄積層の容量Ｃ１と第二の電荷蓄積層を模したコンデンサの容量Ｃ２の容量比Ｘを所望の値に設定して、電界磁界中冷却（ＭＥＦＣ）を行った場合の、ＭＨループの変化を示したものである。この測定では、一度試料をネール温度以上まで加熱してスピン状態をリセットし、その後所望の電界・磁界印加下で測定温度まで冷却することで、ＭＥ効果による磁化制御を簡易的に判別することが可能である。
【００８６】
ここで静電容量Ｃ１は試料サイズ・膜厚から決定される固定値であり、Ｃ２に所定の容量をもったコンデンサを接続することで、容量比Ｘ（＝Ｃ２／Ｃ１）を変化させた。図の縦軸は規格化されたサンプルの磁化の量Ｍであり、横軸は磁場Ｈである。図中、（ａ）は１Ｔの磁場中冷却（ＦＣ）でフォーマットした試料の初期状態のＭＨカーブを示したものであり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、はそれぞれＸ≒０．００１、０．０１、０．１の関係に調整した試料に対して、電界と磁界の関係が概平行となるように、磁場を＋１．５Ｔ、電圧を＋２０Ｖ印加したときのＭＨカーブの変化を示したものである。便宜的に、磁場と電場の方向は、図１３において紙面の上に向かう方向を（＋）、下に向かう方向を（−）としている。
【００８７】
図１４より、Ｘ＝０．０１と０．１の試料では、ＭＥ効果を有する第一の記録媒体層１０１に十分な電圧が供給されたことによって、交換バイアスの符号が反転して、負方向から正方向へと交換バイアスが変化し、結果としてゼロ磁場（Ｈ＝０）での磁化方向が反転していることが確認できた。Ｘ＝０．０１と０．１の場合のＥ１の大きさはおよそ０．８ＫＶ／ｍｍ、８ＫＶ／ｍｍである。一方Ｘ＝０．００１の場合、＋２０Ｖの電圧を印加しても、ＭＨループに変化は見られなかった。これはＣ２に対してＣ１が極端に大きな場合、印加された電圧のほとんどがＣ２側にかかり、結果として記録媒体層１０１に反転に必要な強さの電圧が供給されなかったことによる。
【００８８】
以上、本発明者らは実施例を通じて、本発明の実施により絶縁破壊を起こさない程度の電界印加によってＭＥ記録が実現できることを確認した。当業者には、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たいして種々の変更を行なうことが可能であることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００８９】
１・・・記録媒体、２・・・磁界印加装置、３・・・電界印加装置、５・・・スライダ本体、６・・・読取エレメント、７・・・スライダ、８・・・移動機構、２５・・・印加磁界、３１・・・第一の電極、３２・・・第二の電極、３３・・・電源、３４・・・電極保持部、３５および３６・・・印加電界、４５・・・重畳領域、４０・・・基板、８１・・・サスペンション、８２・・・アーム、８３・・・アクチュエータユニット、８４・・・ハブ、９０・・・絶縁体ギャップ、１０００・・・磁気記録システム、２０００・・・ハードディスクを想定した磁気記録システム、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、Ｅ・・・電界印加方向、ＨＣＯＮＳＴ・・・固定磁界の印加方向、Ｍ・・・磁化、Ｈ・・・測定磁界
【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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