(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び磁気記録デバイスを提供する。【解決手段】記録媒体１は、非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３、電気磁気効果を示す、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１０１及び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が発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層１０２を含む。非強磁性層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、第一の記録媒体層との界面側に、絶縁性を示す第一の層状領域１０３Ｃを有する。第一の層状領域の反対側に、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が非強磁性絶縁体に添加または化合された、第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域１０３Ａを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層、前記非強磁性層上に設けられ、かつ、電気磁気効果を示す、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が発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含み、
前記非強磁性層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、前記第一の記録媒体層との界面側に絶縁性を示す第一の層状領域を有し、当該第一の層状領域の反対側に、前記非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が前記非強磁性絶縁体に添加または化合された、前記第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有する、記録媒体。
【請求項２】
前記非強磁性層は、前記第一の層状領域と前記第二の層状領域との間に、前記第二の層状領域から前記第一の層状領域への方向に向かって前記異種元素の濃度が減少する第三の層状領域を有する、請求項１に記載の記録媒体。
【請求項３】
前記非強磁性絶縁体は、電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体であり、前記第一の層状領域は反強磁性を示す、請求項１又は２に記載の記録媒体。
【請求項４】
前記第二の層状領域は半導体性能を示す、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の記録媒体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の記録媒体と、
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、を備える磁気記録デバイス。
【請求項６】
電気磁気効果を示す、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせである電気磁気効果材料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が発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層、を含み、
前記第一の記録媒体層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、前記第二の記録媒体層との界面側に、電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域を有し、当該第一の層状領域の反対側に、前記電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素が前記電気磁気効果材料に添加または化合された、前記第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有する、記録媒体。
【請求項７】
前記第一の記録媒体層は、前記第一の層状領域と前記第二の層状領域との間に、前記第二の層状領域から前記第一の層状領域への方向に向かって前記異種元素の濃度が減少する第三の層状領域を有する、請求項６に記載の記録媒体。
【請求項８】
前記第二の層状領域は半導体性能を示す、請求項６又は７に記載の記録媒体。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか一項に記載の記録媒体と、
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、を備える磁気記録デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体及び磁気記録デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブを代表とする磁気記録デバイスは、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】
これまで進化を続けてきたハードディスクドライブは、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記録（特許文献１）やマイクロ波アシスト記録（特許文献２）の記録技術の実用化が検討されている。
【０００４】
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。）を応用したスピンバルブやＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子などが提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５６６３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９０８４号公報
【特許文献３】米国特許第７，７１９，８８３号
【特許文献４】米国特許第８，７２４，４３４号
【０００６】
【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】
【０００７】
ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスにおいては、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、任意の領域の磁化のみを操作する技術が必要とされる。そのため、ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスにＭＥ効果を応用するには、磁気記録デバイスの構成を詳細に検討する必要がある。
【０００８】
例えば、本発明者らは、記録媒体として、ＭＥ効果を示す、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主成分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した強磁性体を主として含む第二の記録媒体層と、を含む積層膜を用いることを検討している（特許文献４）。
【０００９】
ＭＥ効果を応用した新たな方式による磁気記録を可能にするためには、従来のハードディスクドライブでは用いられていない、電界と磁界を重畳させる技術が必要である。このような技術の下では、第一の記録媒体層には優れた絶縁性能が求められる。
【００１０】
微小欠陥部が第一の記録媒体層に含まれると、絶縁性能が低下し、繰り返し記録に対して影響を及ぼすものと考えられる。高密度な磁気記録を達成するためには、例えば、磁気情報を担う記録ビットの微細化が必須となることから、絶縁性能及び信頼性に対して、第一の記録媒体層に含まれる欠陥部の影響はより大きくなる。そのため、第一の記録媒体層自体の絶縁性能を高めることや、第一の記録媒体層の絶縁性能を補強することが重要である。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び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】
【００１２】
本発明の記録媒体は、非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層、前記非強磁性層上に設けられ、かつ、電気磁気効果を示す、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が発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含み、前記非強磁性層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、前記第一の記録媒体層との界面側に絶縁性をを示す第一の層状領域を有し、当該第一の層状領域の反対側に、前記非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が前記非強磁性絶縁体に添加または化合された、前記第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、「絶縁性」とは、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下であることをいう。
【００１４】
本発明者らは、種々の検討の結果、異種材料から構成される層の界面には、結晶構造の非連続性のために欠陥が発生し易く、電界と磁界とを重畳させる際、欠陥に起因して放電が発生するおそれがあることを見出した。また、第一の記録媒体層の成長初期に微小な膜欠陥部が発生し易く、当該微小な膜欠陥部の発生には、第一の記録媒体層の下層（第一の記録媒体層を基準として第二の記録媒体層とは反対側の層）の欠陥の影響が大きいことを見出し、第一の記録媒体層の下層の欠陥を抑制することにより、第一の記録媒体層の微小な膜欠陥部をも抑制することができ、第一の記録媒体層自体の絶縁性能を向上させられることが明らかとなった。
【００１５】
本発明において、非強磁性層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、第一の記録媒体層との界面側に絶縁性を示す第一の層状領域を有し、第一の層状領域の反対側に、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が非強磁性絶縁体に添加または化合された、第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有するため、非強磁性層は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に通常生じる界面を内部に有さず、欠陥の抑制された構造を有する。欠陥が抑制された非強磁性層の上には、微小な膜欠陥部の抑制された第一の記録媒体層を得ることができ、これにより、欠陥に起因する放電発生の抑制された記録媒体を得ることができ、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体を提供することができる。
【００１６】
さらに本発明の記録媒体は、前記非強磁性層が、前記第一の層状領域と前記第二の層状領域との間に、前記第二の層状領域から前記第一の層状領域への方向に向かって前記異種元素の濃度が減少する第三の層状領域を有することが好ましい。これにより、第一の層状領域と第二の層状領域との間で、物理的、化学的又は電気的な性質が急峻に変わるのではなく、緩やかに変化することになり、原子レベルでの微小欠陥をも抑制でき、より一層信頼性の向上した記録媒体を提供することができる。
【００１７】
ここで、前記非強磁性絶縁体は、電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体であり、前記第一の層状領域は反強磁性を示してもよい。電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層が、第一の記録媒体層との界面に、反強磁性を示す第一の層状領域を有することにより、第一の層状領域に発生しているスピンが、第一の記録媒体層に発生しているスピンの電気磁気効果を阻害することなく、第一の記録媒体層に発生しているスピンが保持されるように作用するため、第一の記録媒体層の熱的安定性を向上させることができる。
【００１８】
そして、前記第二の層状領域は半導体性能を示すとよい。半導体性能を示す第二の層状領域は電極として用いることができるうえ、金属を電極として用いた場合に比べて電流の供給が抑制されるため、第一の記録媒体層の微小欠陥部を起点とした絶縁破壊を効果的に抑制できる。
【００１９】
また、本発明の磁気記録デバイスは、上記の記録媒体と、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、を備えることを特徴とする。これにより、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した磁気記録デバイス提供することができる。
【００２０】
そしてまた本発明の記録媒体は、電気磁気効果を示す、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせである電気磁気効果材料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が発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層、を含み、前記第一の記録媒体層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、前記第二の記録媒体層との界面側に、電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域を有し、当該第一の層状領域の反対側に、前記電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素が前記電気磁気効果材料に添加または化合された、前記第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明において、第一の記録媒体層は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、第二の記録媒体層との界面側に、電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域を有し、第一の層状領域の反対側に、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素が電気磁気効果材料に添加または化合された、第一の層状領域とは電気特性が異なる第二の層状領域を有するため、第一の記録媒体層は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に通常生じる界面を有することがなく、欠陥が抑制された構造を有する。これにより、欠陥に起因する放電発生が著しく抑制された記録媒体を得ることができ、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体を提供することができる。
【００２２】
さらに本発明の記録媒体は、前記第一の記録媒体層が、前記第一の層状領域と前記第二の層状領域との間に、前記第二の層状領域から前記第一の層状領域への方向に向かって前記異種元素の濃度が減少する第三の層状領域を有することが好ましい。これにより、第一の層状領域と第二の層状領域との間で、物理的、化学的又は電気的な性質が急峻に変わるのではなく、緩やかに変化することになり、原子レベルでの微小欠陥をも抑制でき、より一層信頼性の向上した記録媒体を提供することができる。
【００２３】
そして、前記第二の層状領域は、半導体性能を示すとよい。半導体性能を示す第二の層状領域は電極として用いることができるうえ、金属を電極として用いた場合に比べて電流の供給が抑制されるため、第一の記録媒体層の微小欠陥部を起点とした絶縁破壊を効果的に抑制できる。
【００２４】
また、本発明の磁気記録デバイスは、上記の記録媒体と、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、を備えることを特徴とする。これにより、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した磁気記録デバイス提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び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】
【００２６】
【図１】第一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】第一実施形態に係る記録媒体の一例を示す模式図である。
【図３】第一実施形態に係る非強磁性層、又は、第二実施形態に係る第一の記録媒体層における、層の厚さ方向に対する添加元素の濃度変化の一例を示す模式図である。
【図４】第二実施形態に係る記録媒体の一例を示す模式図である。
【図５】第二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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る磁気記録デバイスについて詳述する。
【００２９】
＜＜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は、電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」ともいう）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。
【００３０】
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、ハードディスクドライブ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。
【００３１】
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、後に詳述する非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３において基板４０側に形成された半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａと電極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に記録することが可能である。
【００３２】
＜記録媒体＞
図２は、本実施形態に係る記録媒体１の一例を示す模式図である。記録媒体１は、基板４０と、非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３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。ただし、記録媒体１の構成は、これらの層だけに限定されず、例えば、磁界印加装置２から放射される磁界を絞り込む目的で、非強磁性層１０３と基板４０の間に軟磁性層を設けてもよく、また、基板４０と非強磁性層１０３との間に、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属又は合金といった高い電気伝導性を示す金属又は合金からなる電極を設けてもよい。
【００３３】
（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、酸化アルミニウム等の金属酸化物を主成分とする単結晶、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。
【００３４】
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、磁気ヘッドを低浮上量で安定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。
【００３５】
（非強磁性層）
非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、図２に示すように、第一の記録媒体層１０１との界面側に絶縁性を示す第一の層状領域１０３Ｃを有し、第一の層状領域１０３Ｃの反対側に、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が非強磁性絶縁体に添加または化合された、第一の層状領域１０３Ｃとは電気特性が異なる第二の層状領域１０３Ａを有する。「絶縁性」とは、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下であることをいう。
【００３６】
非強磁性層１０３は、層全体として、主成分である非強磁性絶縁体の有する結晶格子構造から構成されている。そのため、上述のように性質の異なる層状領域１０３Ａ，１０３Ｃが形成されていても、非強磁性層１０３は、内部に界面を有していない。「非強磁性絶縁体を主として含む」とは、非強磁性層１０３全体が非強磁性絶縁体の有する結晶格子構造から構成される程度に、非強磁性絶縁体が含まれることを意味する。
【００３７】
非強磁性絶縁体は、絶縁性能が高く、かつ、非強磁性であり、より具体的には、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下であって、常磁性体、反強磁性体、又は、反磁性体のように、印加される磁界との相互作用の結果、強磁性体のような大きな磁化を生じない性質を示す。非強磁性絶縁体としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｒＴｉＯ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３が挙げられる。非強磁性層１０３は、第一の記録媒体層１０１よりも優れた絶縁性能を示すことが好ましい。絶縁性能について、薄膜材料はバルク材料に比べ製造条件にやや依存するが、バルク材料の絶縁性能を目安に薄膜材料を選択、最適化すればよい。
【００３８】
第一の層状領域１０３Ｃは非強磁性絶縁体の有する性能を示し、絶縁性を示す。より具体的には、第一の層状領域１０３Ｃは、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下である。
【００３９】
上記非強磁性絶縁体のうち、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３等の電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体は、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性を向上できる観点から好ましい。電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３においては、第一の記録媒体層１０１との界面に、反強磁性を示す第一の層状領域１０３Ｃを有することにより、第一の層状領域１０３Ｃに発生しているスピンが、第一の記録媒体層１０１に発生しているスピンの電気磁気効果を阻害することなく、第一の記録媒体層１０１に発生しているスピンが保持されるように作用するため、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性を向上させることができる。
【００４０】
非強磁性層１０３は、第一の層状領域１０３Ｃの反対側に、第一の層状領域１０３Ｃとは電気特性が異なる第二の層状領域１０３Ａを有する。具体的には、第二の層状領域１０３Ａは、導電率が第一の層状領域１０３Ｃよりも大きい。さらに、第二の層状領域１０３Ａは半導体性能を示すとよい。半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａは電極として用いることができるうえ、金属を電極として用いた場合に比べて電流の供給が抑制されるため、第一の記録媒体層１０１の微小欠陥部を起点とした絶縁破壊を効果的に抑制できる。
【００４１】
ここで、非強磁性層１０３は、第一の層状領域１０３Ｃと第二の層状領域１０３Ａとの間に、第一の層状領域１０３Ｃと第二の層状領域１０３Ａとの中間的な電気特性を示す、或いは、第一の層状領域１０３Ｃ及び第二の層状領域１０３Ａとは異なる電気特性を示す第三の層状領域１０３Ｂを有していてもよい。第三の層状領域１０３Ｂは、第二の層状領域１０３Ａから第一の層状領域１０３Ｃへの方向に向かって、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素の濃度が減少する領域であることが好ましい。非強磁性層１０３における異種元素の量は、基板４０側から第一の記録媒体層１０１側に向かって、１ｎｍあたりの変化率が３０％以下であるとよい。
【００４２】
第三の層状領域１０３Ｂは、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素が、非強磁性絶縁体に添加または化合されることによって形成される。第三の層状領域１０３Ｂが、第一の層状領域１０３Ｃと、例えば半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａとの間に介在することにより、第一の層状領域１０３Ｃと第二の層状領域１０３Ａとの間で、物理的、化学的又は電気的な性質が急峻に変わるのではなく、緩やかに変化することになり、原子レベルでの微小欠陥をも抑制でき、より一層信頼性の向上した記録媒体及び磁気記録デバイスを提供することができる。この観点から、第三の層状領域１０３Ｂにおいては、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素の濃度が連続的に変化することが好ましく、第二の層状領域１０３Ａから第一の層状領域１０３Ｃへの方向に向かって、異種元素の濃度が単調減少することがより好ましい。
【００４３】
第三の層状領域１０３Ｂを、第二の層状領域１０３Ａ及び第一の層状領域１０３Ｃと区別するために、厚さ方向における１ｎｍあたりの異種元素の量の変化率が５％以上３０％以下である層状領域と第三の層状領域１０３Ｂを定義した場合、第三の層状領域１０３Ｂの厚さは、上記した効果を得る観点から、５〜２５（ｎｍ）が好ましく、１０〜２０（ｎｍ）がより好ましい。
【００４４】
ここで、非強磁性層１０３を形成する方法を説明する。図３は、本実施形態に係る非強磁性層１０３において、層の厚さ方向に対し、異種元素を添加（注入）した時の、添加（注入）元素の濃度変化の一例を示す模式図である。まず、上述した非強磁性絶縁体を、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によって、基板上に膜状に形成する。次に、その膜に対して、中性ビーム注入法、クラスターイオン注入法等によって、例えば図３に示すように、厚さ方向に対して添加又は注入元素濃度が変化するように、非強磁性絶縁体を構成する元素とは異なる種類の異種元素、例えば、非強磁性絶縁体を構成する元素のうちの１つの元素の価数とは異なる価数を有する元素を、非強磁性絶縁体に添加又は化合する。より具体的には、非強磁性絶縁体を構成する金属元素のうちの１つの元素の価数とは異なる価数を有する元素を、非強磁性絶縁体に添加又は化合する。また、非強磁性絶縁体が酸化物である場合、酸素元素の価数とは異なる価数を有する元素を、非強磁性絶縁体に添加又は化合することもできる。これにより、非強磁性層１０３は、厚さ方向において性質が変化する構造を備えることとなる。
【００４５】
異種元素を添加するには、上記方法のうち中性ビーム注入法が好適に用いられる。るつぼ内で加熱された注入元素の原料や、注入元素を含む気体をイオン源として用意し、高周波プラズマ、直流プラズマ等を用いてイオン化を行う。イオン源からイオンビームを引き出して、該イオンビームと直交した電子ビームとの相互作用域で一部の注入したい元素のイオンを中性化する。中性ビームはイオンとして有したエネルギーをほとんど失わずに膜状の非強磁性絶縁体に照射することができる。なお、中性ビームのみを選択的に膜状の非強磁性絶縁体に照射するために、上述の相互作用域を通過した後に、磁場を作用させてイオンビームの軌道を曲げることにより、電荷を帯びた粒子が膜状の非強磁性絶縁体に照射されることを防ぐことができる。
【００４６】
注入する異種元素のエネルギーおよび注入量を調整することによって、図３に示すような濃度変化で、非強磁性絶縁体に対して異種元素を添加又は化合することができる。この場合、例えば、非強磁性絶縁体を構成する元素のうち、異種元素に置換される元素の価数よりも小さな価数の異種元素をドープすると、添加元素濃度が高い基板４０側には、ホールがキャリアとなるｐ型半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａが形成される。また、非強磁性絶縁体を構成する元素のうち異種元素に置換される元素の価数よりも大きな価数の元素をドープすると、添加元素濃度が高い基板４０側には、電子がキャリアとなるｎ型半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成できる。一方、第一の記録媒体層１０１側は添加元素濃度が非常に低いため、絶縁性を示す第一の層状領域１０３Ｃが形成される。このようにして、層全体で連続した結晶格子構造を有し、かつ、基板４０側に半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａが形成され、第一の記録媒体層１０１側に絶縁性を示す第一の層状領域１０３Ｃが形成された、非強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３を形成することができる。
【００４７】
例えば、非強磁性絶縁体がＳｒＴｉＯ３である場合、膜状のＳｒＴｉＯ３に対して、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎ又はＢ等の元素をドープすることにより、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成することができる。
【００４８】
また、例えば、非強磁性絶縁体がＺｎＯである場合、膜状のＺｎＯに対して、Ｇａ、Ｐ又はＡｌ等の元素をドープすることにより、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成することができる。
【００４９】
また、例えば、非強磁性絶縁体がＡｌ２Ｏ３である場合、膜状のＡｌ２Ｏ３に対して、Ｎｉ等の元素をドープすることにより、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成することができる。
【００５０】
また、例えば、非強磁性絶縁体が反強磁性体であるＮｉＯである場合、膜状のＮｉＯに対して、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ又はＣｓ等の元素をドープすることにより、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成することができる。
【００５１】
また、例えば、非強磁性絶縁体が反強磁性体であるＦｅ２Ｏ３である場合、膜状のＦｅ２Ｏ３に対して、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ又はＴｉ等の元素をドープすることにより、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを形成することができる。
【００５２】
半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａにおいて非強磁性絶縁体に添加又は化合される異種元素の濃度は、１０１４〜１０１９ａｔｍ／ｃｍ３程度であり、０．０１ａｔｍ％以下である。半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａの導電率は、使用環境下において、１×１０−２〜１×１０５Ｓ・ｍ−１であり、１〜１０４Ｓ・ｍ−１が好ましく、１０〜５×１０３Ｓ・ｍ−１がより好ましい。また、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａは、基板４０からの厚さとして、非強磁性絶縁体を主として含む層１０３全体の厚さの１０％以上であればよい。なお、非強磁性絶縁体を主として含む層１０３の厚さは２００ｎｍ〜６００ｎｍとすることができる。
【００５３】
絶縁性を示す第一の層状領域１０３Ｃは、第一の記録媒体層１０１からの厚さとして、非強磁性層１０３全体の厚さの１０％以上であればよい。
【００５４】
非強磁性層１０３における添加（注入）元素の濃度変化は、非強磁性層１０３全体で連続した結晶格子構造を有し、その内部に、所望の性能が付与された層状領域を形成できるならば、図３に示すように、添加（注入）元素濃度が基板４０側に向かって増加してもよく、逆に、第一の記録媒体層１０１に向かって増加してもよく、増加と減少が組み合わさっていてもよい。
【００５５】
本実施形態に係る非強磁性層１０３は、半導体性能や絶縁性能等の特定の性能を各層に付与すべく、異種材料の積層によって膜を構成する場合に通常生じる界面を内部に有することがなく、欠陥の抑制された構造を有する。欠陥が抑制された非強磁性層１０３の上には、微小な膜欠陥部の抑制された第一の記録媒体層１０１を得ることができ、これにより、欠陥に起因する放電発生の抑制された記録媒体１を得ることができ、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体１及び磁気記録デバイス２００を提供することができる。
【００５６】
（第一の記録媒体層）
第一の記録媒体層１０１は、ＭＥ効果を有し、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ＭＥ効果を発現する程度の量含まれることを意味する。
【００５７】
第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報は、後に詳述する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層１０２に転写され、第二の記録媒体層１０２において読み取りに必要な強さの磁化が発生する。すなわち、交換結合を介して、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２とが磁気的に接続されることにより、記録媒体１に情報が記録されることとなる。
【００５８】
一般に、反強磁性体では、スピンの配列状態は二つとることができる。ＭＥ効果を示す第一の記録媒体層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、一方のスピン配列状態が他方のスピン配列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のスピン配列状態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。スピンの並び方から区別した場合、反強磁性体とフェリ磁性体の性質が近似することから、本発明において、ＭＥ効果を示す反強磁性体とＭＥ効果を示すフェリ磁性体とは同質の材料として位置付けることができ、第一の記録媒体層１０１にＭＥ効果を示す反強磁性体が主として含まれる場合のみならず、ＭＥ効果を示すフェリ磁性体が主として含まれる場合や、ＭＥ効果を示す反強磁性体とＭＥ効果を示すフェリ磁性体とが主として含まれる場合にも、同様の作用効果が奏される。
【００５９】
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、磁気情報を書込まれる機能と、その情報を第二の記録媒体層１０２へ転写することによる情報の記録を担う機能と、を有する。第一の記録媒体層１０１に好適な特性としては、電気磁気係数（ＭＥ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。
【００６０】
上記特性は、優れたＭＥ効果を示す材料を単独で用いることにより得ることができるが、ＭＥ効果を示す反強磁性体又はフェリ磁性体と、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。
【００６１】
第一の記録媒体層１０１は、例えば、（ａ）Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３等ＭＥ効果を示す酸化物反強磁性体、及び、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦１）等ＭＥ効果を示す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効果を示す酸化物反強磁性体、及び、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦１）等ＭＥ効果を示す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。
【００６２】
また、（ｃ）上記（ａ）に記載された化合物及び上記（ｂ）に記載された混晶体のうちの少なくとも１種と、上記（ａ）に記載された化合物及び上記（ｂ）に記載された混晶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（積層体又は混合体）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。
【００６３】
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。
【００６４】
第一の記録媒体層１０１は、単層であっても、一層が所望の厚みになる条件で分割された積層体であってもよい。
【００６５】
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、制御する観点から、第一の記録媒体層１０１は絶縁性を示すことが好ましい。より具体的には、第一の記録媒体層１０１は、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下であることが好ましい。第一の記録媒体層１０１が絶縁性を示すように、上述した材料の配合量を調整するとよい。
【００６６】
（第二の記録媒体層）
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転写され、第二の記録媒体層１０２には第一の記録媒体層１０１から転写さ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に、第二の記録媒体層１０２が第一の記録媒体層１０１との交換結合を発現し、第一の記録媒体層１０１から転写さ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。
【００６７】
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させる機能を有する。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、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。
【００６８】
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ＣｏＦｅ系合金、ＮｉＦｅ、［ＮｉＦｅ／Ｓｎ］ｎ多層構造やＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉ等のＮｉＦｅ系合金、ＦｅＣｒ、ＦｅＣｒＴｉ、ＦｅＣｒＣｕ等のＣｒＦｅ系合金、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮ等のＴａＦｅ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。
【００６９】
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。
【００７０】
第二の記録媒体層１０２の全体は１０〜１００ｎｍ程度の厚みであってよい。
【００７１】
第一の記録媒体層１０１及び第二の記録媒体層１０２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。
【００７２】
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、磁気ヘッド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、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の炭素系硬質材料、アモルファスＳｉ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を含むもの等を適宜使用可能である。表面保護層の厚さは、１〜１０ｎｍとするのが磁気ヘッド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１〜５ｎｍ塗布して形成することができる。
【００７３】
上記のような構造を有する記録媒体１は、微小欠陥部の発生をも抑制しつつ欠陥に起因する放電の発生を低減できるため、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体１及び磁気記録デバイス２００を提供することができる。
【００７４】
＜記録装置＞
ａ．磁界印加装置
磁界印加装置２は、通常、磁気ヘッド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高周波磁界を供給する。
【００７５】
磁界印加装置２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。
【００７６】
ｂ．電界印加装置
電界印加装置３は電極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の電極３２の対極となる電極が必要であるため、基板４０側に形成された半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａを有する非強磁性層１０３と電極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。
【００７７】
第二の層状領域１０３Ａと電極３２は電源３３に接続される。このとき第二の層状領域１０３Ａ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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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、通常用いられる記録用の磁気ヘッド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記録用の磁気ヘッド７とは区別して、再生用の装置として設けられてもよい。
【００８０】
＜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、一方の電極として作用する第二の層状領域１０３Ａと他方の電極として作用する電極３２との間に加えられた電界は、電気伝導性を示す第二の記録媒体層１０２の存在によって、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、第二の層状領域１０３Ａと第二の記録媒体層１０２に挟まれた、第一の記録媒体層１０１、第三の層状領域１０３Ｂ、及び第一の層状領域１０３Ｃにかかる電界（第二の層状領域１０３Ａと第二の記録媒体層１０２の間に印加される電界）とに分割される。ＭＥ効果の発現のために、第一の記録媒体層１０１に印加される電界は、実質的に、第一の記録媒体層１０１と第一の層状領域１０３Ｃとの誘電率配分で決まる。第二の層状領域１０３Ｂには、半導体から絶縁体に移行する部分が存在するが、実質的には上記した誘電率配分とみることができる。
【００８１】
このとき第二の層状領域１０３Ａと第二の記録媒体層１０２の間に印加される電界は、第一の記録媒体層１０１の広い範囲に拡散して印加される（電界の方向は図１に模式的に示した方向ａかｂのいずれかになる）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状態の方向が決定される。
【００８２】
なお、印加磁界２５の磁界分布を尖鋭化するとともに、磁界強度を可能な限り大きく配分し、電界強度を可能な限り小さくすることによって、第一の記録媒体層１０１の絶縁破壊をより一層抑制できる効果が得られる。
【００８３】
図１では、第一の記録媒体層１０１における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。
【００８４】
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。
【００８５】
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にある第二の記録媒体層１０２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の磁化方向を示す。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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として前述した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規定することも可能であり、本実施形態としては、１（ｎｍ２）〜４００００（ｎｍ２）の範囲で実施可能である。
【００９１】
効率よくＭＥ記録、再生を行なう観点から、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。
【００９２】
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、本技術思想を半導体記録デバイスとして知られている形態にも使用することができる。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。
【００９３】
［第二実施形態］
続いて、第二実施形態に係る磁気記録デバイスについて詳述する。ここで、第一実施形態と重複する記載については省略する。
【００９４】
第二実施形態に係る磁気記録デバイス２０００では、第一実施形態の磁気記録デバイス２００における記録媒体１にかえて記録媒体１０を用いる。第一実施形態においては、記録媒体１は、非強磁性層１０３が、内部に、所望の性能を付与された層状領域を有していたが、本実施形態においては、記録媒体１０は、第一の記録媒体層１００１が、内部に、所望の性能を付与された層状領域を有する。
【００９５】
図４は、本実施形態に係る記録媒体１０の一例を示す模式図である。記録媒体１０は、基板４０と、第一の記録媒体層１００１と、第二の記録媒体層１０２とをこの順に備えて構成される。第一実施形態における第一の記録媒体層１０１と同様に、第一の記録媒体層１００１は、ＭＥ効果を示す、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせである電気磁気効果材料を主として含む。ここで、第一の記録媒体層１００１は、層全体で連続した結晶格子構造を有し、第二の記録媒体層１０２との界面側に、電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域１００１Ｃを有し、第一の層状領域１００１Ｃの反対側に、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素が電気磁気効果材料に添加または化合された、第一の層状領域１００１Ｃとは電気特性が異なる第二の層状領域１００１Ａを有する。第一の記録媒体層１００１の他の構成は、第一実施形態における第一の記録媒体層１０１と同じである。
【００９６】
第一の記録媒体層１００１は、層全体として、主成分である電気磁気効果材料の有する結晶格子構造から構成されている。そのため、上述のように性質の異なる第一の層状領域１００１Ｃ及び第二の層状領域１００１Ａが形成されていても、第一の記録媒体層１００１は、内部に界面を有していない。
【００９７】
第一の記録媒体層１００１に主として含まれる、ＭＥ効果を示す、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせである電気磁気効果材料としては、第一実施形態において例示した、ＭＥ効果を示す、反強磁性絶縁体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせと同じ化合物を例示することができる。
【００９８】
第一の層状領域１００１Ｃは電気磁気効果材料の有する性能を示し、絶縁性を示す。より具体的には、第一の層状領域１００１Ｃは、使用環境下において、導電率が１×１０−３Ｓ・ｍ−１以下である。
【００９９】
第二の層状領域１００１Ａは、導電率が第一の層状領域１００１Ｃよりも大きい。さらに、第二の層状領域１００１Ａは半導体性能を示すとよい。半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａは電極として用いることができるうえ、金属を電極として用いた場合に比べて電流の供給が抑制されるため、第一の記録媒体層１００１の微小欠陥部を起点とした絶縁破壊を効果的に抑制できる。
【０１００】
ここで、第一の記録媒体層１００１は、第一の層状領域１００１Ｃと第二の層状領域１００１Ａとの間に、第一の層状領域１００１Ｃと第二の層状領域１００１Ａとの中間的な電気特性を示す、或いは、第一の層状領域１００１Ｃ及び第二の層状領域１００１Ａとは異なる電気特性を示す第三の層状領域１００１Ｂを有していてもよい。第三の層状領域１００１Ｂは、第二の層状領域１００１Ａから第一の層状領域１００１Ｃへの方向に向かって、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素の濃度が減少する領域であることが好ましい。第一の記録媒体層１００１における異種元素の量は、基板４０側から第二の記録媒体層１０２側に向かって、１ｎｍあたりの変化率が３０％以下であるとよい。
【０１０１】
第三の層状領域１００１Ｂは、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素が、電気磁気効果材料に添加または化合されることによって形成される。第三の層状領域１００１Ｂが、第一の層状領域１００１Ｃと、例えば半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａとの間に介在することにより、第一の層状領域１００１Ｃと第二の層状領域１００１Ａとの間で、物理的、化学的又は電気的な性質が急峻に変わるのではなく、緩やかに変化することになり、原子レベルでの微小欠陥をも抑制でき、より一層信頼性の向上した磁気記録デバイスを提供することができる。この観点から、第三の層状領域１００１Ｂにおいては、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素の濃度が連続的に変化することが好ましく、第二の層状領域１００１Ａから第一の層状領域１００１Ｃへの方向に向かって、異種元素の濃度が単調減少することがより好ましい。
【０１０２】
第三の層状領域１００１Ｂを、第二の層状領域１００１Ａ及び第一の層状領域１００１Ｃと区別するために、厚さ方向における１ｎｍあたりの異種元素の量の変化率が５％以上３０％以下である層状領域と第三の層状領域１００１Ｂを定義した場合、第三の層状領域１００１Ｂの厚さは、上記した効果を得る観点から、５〜２５（ｎｍ）が好ましく、１０〜２０（ｎｍ）がより好ましい。
【０１０３】
第一の記録媒体層１００１を形成する方法は、第一実施形態において説明した非強磁性層１０３を形成する方法において、非磁性絶縁体にかえて電気磁気効果材料とすればよく、電気磁気効果材料を構成する元素とは異なる種類の異種元素、例えば、電気磁気効果材料を構成する元素のうちの１つの元素の価数とは異なる価数を有する元素を、電気磁気効果材料に添加又は化合する。より具体的には、電気磁気効果材料を構成する金属元素のうちの１つの元素の価数とは異なる価数を有する元素を、電気磁気効果材料に添加又は化合する。また、電気磁気効果材料が酸化物である場合、酸素元素の価数とは異なる価数を有する元素を、電気磁気効果材料に添加又は化合することもできる。
【０１０４】
例えば、第一の記録媒体層１００１に主として含まれる電気磁気効果材料がＣｒ２Ｏ３、である場合、膜状のＣｒ２Ｏ３に対して、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ等の元素をドープすることにより、基板４０側に、ホールをキャリアとするｐ型半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａを形成することができる。一方、第二の記録媒体層１０２側は添加（注入）元素濃度が非常に低いため、電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域１００１Ｃが形成される。
【０１０５】
半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａにおいて電気磁気効果材料に添加又は化合される異種元素の濃度は、１０１４〜１０１９ａｔｍ／ｃｍ３程度であり、０．０１ａｔｍ％以下である。半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａの導電率は、使用環境下において、１×１０−２〜１×１０５Ｓ・ｍ−１であり、１〜１０４Ｓ・ｍ−１が好ましく、１０〜５×１０３Ｓ・ｍ−１がより好ましい。また、半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａは、基板４０からの厚さとして、第一の記録媒体層１００１全体の厚さの１０％以上であればよい。なお、第一の記録媒体層１００１の厚さは２００ｎｍ〜６００ｎｍとすることができる。
【０１０６】
電気磁気効果および絶縁性を示す第一の層状領域１００１Ｃは、第二の記録媒体層１０２からの厚さとして、第一の記録媒体層１００１の厚さの１０％以上であればよい。
【０１０７】
第一の記録媒体層１００１における添加（注入）元素の濃度変化は、第一の記録媒体層１００１全体で連続した結晶格子構造を有し、その内部に、所望の性能が付与された層状領域を形成できるならば、添加（注入）元素濃度が基板４０側に向かって増加してもよく、逆に、第二の記録媒体層１０２に向かって増加してもよく、増加と減少が組み合わさっていてもよい。
【０１０８】
図５は、本実施形態の磁気記録デバイス２０００における磁気記録の基本原理を示す模式図である。磁気記録デバイス２０００では、第一実施形態における磁気記録デバイス２００における第二の層状領域１０３Ａにかえて第二の層状領域１００１Ａが電源３３に接続される。電界印加装置３によって、一方の電極として作用する第二の層状領域１００１Ａと他方の電極として作用する電極３２との間に加えられた電界は、電気伝導性を示す第二の記録媒体層１０２の存在によって、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、第二の層状領域１００１Ａと第二の記録媒体層１０２に挟まれた、第三の層状領域１００１Ｂ及び第一の層状領域１００１Ｃにかかる電界（第二の層状領域１００１Ａと第二の記録媒体層１０２の間に印加される電界）とに分割される。
【０１０９】
このとき第二の層状領域１００１Ａと第二の記録媒体層１０２の間に印加される電界は、第一の層状領域１００１Ｃ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に存在する第一の層状領域１００１Ｃ（第一の記録媒体層１００１）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状態の方向が決定される。他の構成及び動作原理は、第一実施形態における磁気記録デバイス２００と同じである。
【０１１０】
本実施形態によれば、第一の記録媒体層１００１は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に通常生じる界面を有することがなく、欠陥が抑制された構造を有する。これにより、欠陥に起因する放電発生が著しく抑制された記録媒体１０を得ることができ、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体１０及び磁気記録デバイスを提供することができる。
【０１１１】
第一及び第二実施形態の第一の記録媒体層１０１（１００１）と第二の記録媒体層１０２との間には、第一の記録媒体層１０１（１００１）の主成分と同種を主成分とする層をさらに含んでいてもよい。「同種」とは、同一、又は、他の元素が添加されているものの結晶構造的には違いがないことを意味する。
【０１１２】
また、第一及び第二実施形態では、第二の層状領域１０３Ａ（１００１Ａ）が半導体性能を示す例で説明したが、第二の層状領域１０３Ａ（１００１Ａ）は、使用環境下において、１×１０５Ｓ・ｍ−１以上の導電率を有する導電体性能を示しても良い。
【０１１３】
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、半導体記録デバイスとして知られている形態にも使用することができる。
【０１１４】
以上、本発明を、具体的な例に基づき説明したが、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。
【０１１５】
実施例
以下、本発明を具体的な実施例をもとに説明する。
【０１１６】
（Ａ．非強磁性層を備える記録媒体を用いた実施例）
下記ａ−１〜ａ−３の手順に従って、図２に示した記録媒体１を模した測定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インチの単結晶基板であり、非強磁性層１０３は、基板４０側から、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａ、第三の層状領域１０３Ｂ及び第一の層状領域１０３Ｃを含み、第一の記録媒体層１０１は、ＭＥ効果を示す、酸化物反強磁性体層又は酸化物フェリ磁性体層であり、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。
（ａ−１．非強磁性層の形成）
まず、ステップ出しを行なった単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、パルスレーザーデポジション法により、厚さ３５０ｎｍのＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ又はＡｌ２Ｏ３を形成した。なお、ＳｒＴｉＯ３を形成する際の単結晶基板はＳｒＴｉＯ３単結晶基板とし、ＺｎＯ又はＡｌ２Ｏ３を形成する際の単結晶基板はサファイア単結晶基板とした。基板温度は５００℃とした。
【０１１７】
次に、中性ビーム注入法により、非強磁性絶縁体であるＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ又はＡｌ２Ｏ３を構成する元素とは異なる種類の元素（Ｎｂ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｐ、Ｎｉ又はＡｌ）をＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ又はＡｌ２Ｏ３に注入し、図２に示すように、第二の層状領域１０３Ａ、第三の層状領域１０３Ｂ、及び、第一の層状領域１０３Ｃを形成した。第二の層状領域１０３Ａの導電率を所望の値にするため、非強磁性絶縁体及び注入（添加）元素の種類に応じて、注入（添加）元素の注入量を変化させた。
【０１１８】
また、図３に模式的に示すような注入（添加）元素分布を有する非強磁性層１０３を得るために、非強磁性絶縁体及び注入（添加）元素の種類に応じて、注入（添加）元素のエネルギーを変化させた  。具体的には、中性ビームを作る出発イオンのエネルギーを１０〜２５ｋｅＶの範囲で調整し、注入（添加）元素濃度を、非強磁性層１０３の厚さ方向に対して変化させた。
【０１１９】
（第一の層状領域１０３Ｃ）
注入（添加）元素の厚さ方向における濃度変化を、オージェ電子分光装置（日本電子社製、ＪＡＭＰ‐９５００Ｆ）を用いて測定した。当該濃度変化に基づいて、第一の層状領域１０３Ｃの厚さは、注入（添加）元素濃度が、最大値の５００分の１になった位置から、第一の記録媒体層１０１との界面までの厚さとした。第一の層状領域１０３Ｃは、注入（添加）元素濃度が極めて低いことから、実質的に非強磁性絶縁体から構成される層であるとみなすことができる。
【０１２０】
（第二の層状領域１０３Ａ）
第二の層状領域１０３Ａの厚さは、第二の層状領域１０３Ａの基板４０との界面から、非強磁性層１０３全体のうちの１０％の厚さまでとし、導電率は、四端子法を用いることによって測定した。測定機器として低抵抗計（三菱化学アナリティック社製、ロレスターＧＸ  ＭＣＰ−Ｔ７００型）を用いた。
【０１２１】
（第三の層状領域１０３Ｂ）
第三の層状領域１０３Ｂの厚みは、非強磁性層１０３の厚み全体から、上記第一の層状領域１０３Ｃ及び上記第二の層状領域１０３Ａの厚さを差し引いた厚みとした。
【０１２２】
中性ビーム注入法においては、イオン源にて注入元素を加熱することにより蒸気化し、注入すべき元素のイオン化を高周波プラズマを用いて行い、イオン源から引き出されたイオンビームを該イオンビームと直交した電子ビームとの相互作用域で一部中性化し、これを注入ビームとした。
【０１２３】
（ａ−２．第一の記録媒体層の形成）
次に、非強磁性層１０３の表面に、６６０℃、０．４Ｐａ、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１４０Ｗの条件で用い、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、厚み１００ｎｍのＣｒ２Ｏ３層を第一の記録媒体層１０１として形成した。もしくは、類似の条件下にて、ＢｉＦｅ合金ターゲット又はＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２合金ターゲットを用い、ＢｉＦｅＯ３層又はＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層を第一の記録媒体層１０１として形成した。
【０１２４】
（ａ−３．第二の記録媒体層の形成）
次に、第一の記録媒体層１０１の表面に、第二の記録媒体層１０２として、ＣｏＰｔ系合金層（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）を形成した。室温、アルゴン雰囲気中にて、高周波スパッタリング法により、第二の記録媒体層１０２の保磁力が５０００（Ｏｅ）、厚さが２０ｎｍとなるように、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調整した。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、表面保護層及び表面潤滑層を形成し、評価用の記録媒体１を作製した。
【０１２５】
（実施例Ａ−１）
非強磁性層１０３に主として含まれる非強磁性絶縁体として、ＳｒＴｉＯ３を用いた。ＳｒＴｉＯ３から構成された非強磁性層１０３に、上記の中性ビーム注入法によりＮｂを注入した。非強磁性層１０３の上に、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３層を形成し、上述の手順により、評価用の記録媒体１を作製した。非強磁性層１０３において、第二の層状領域１０３Ａは、導電率が１０Ｓ・ｍ−１であった。
【０１２６】
（実施例Ａ−２）
第二の層状領域１０３Ａの導電率が１．０×１０３Ｓ・ｍ−１である以外は実施例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１２７】
（実施例Ａ−３）
第二の層状領域１０３Ａの導電率が５．０×１０３Ｓ・ｍ−１である以外は実施例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１２８】
（実施例Ａ−４）
注入（添加）元素をスズ（Ｓｎ）とした以外は実施例Ａ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１２９】
（実施例Ａ−５）
第二の層状領域１０３Ａの導電率を１．０×１０３Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ａ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３０】
（実施例Ａ−６）
注入（添加）元素をクロム（Ｃｒ）とした以外は実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３１】
（実施例Ａ−７）
注入（添加）元素をタンタル（Ｔａ）とした以外は実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３２】
（実施例Ａ−８）
注入（添加）元素を窒素（Ｎ）とした以外は実施例Ａ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３３】
（実施例Ａ−９）
注入（添加）元素をボロン（Ｂ）とした以外は、実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３４】
（実施例Ａ−１０）
非強磁性層１０３に主として含まれる非強磁性絶縁体として、ＳｒＴｉＯ３に代えてＺｎＯを用い、注入（添加）元素をガリウム（Ｇａ）とした以外は、実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３５】
（実施例Ａ−１１）
注入（添加）元素をリン（Ｐ）とした以外は実施例Ａ−１０と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３６】
（実施例Ａ−１２）
非強磁性層１０３に主として含まれる非強磁性絶縁体として、ＳｒＴｉＯ３に代えてＡｌ２Ｏ３を用い、注入（添加）元素をニッケル（Ｎｉ）とした以外は、実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３７】
（実施例Ａ−１３）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を４．３×１０３Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３８】
（実施例Ａ−１４）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とした以外は、実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１３９】
（実施例Ａ−１５）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とした以外は、実施例Ａ−１０と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４０】
（実施例Ａ−１６）
注入（添加）元素をアルミニウム（Ａｌ）とした以外は実施例Ａ−１５と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４１】
（実施例Ａ−１７）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とした以外は、実施例Ａ−１２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４２】
（実施例Ａ−１８）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とした以外は、実施例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４３】
（実施例Ａ−１９）
注入（添加）元素をタンタル（Ｔａ）とした以外は実施例Ａ−１８と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４４】
（実施例Ａ−２０）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とした以外は、実施例Ａ−１０と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４５】
（実施例Ａ−２１）
注入（添加）元素をリン（Ｐ）とした以外は実施例Ａ−２０と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４６】
（実施例Ａ−２２）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とした以外は、実施例Ａ−１２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１４７】
（比較例Ａ−１）
ステップ出しを行なったサファイア単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、Ｓｉ−Ｂ合金ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、半導体である、ホウ素添加のＳｉ電極（Ｓｉ（Ｂ）電極）を厚さ８５ｎｍ形成した。Ｓｉ（Ｂ）電極は、導電率を１．０×１０３Ｓ・ｍ−１とした。Ｓｉ（Ｂ）電極上に、厚さ２６５ｎｍのＳｒＴｉＯ３層を形成した。ａ−２工程及びａ−３工程については実施例Ａ−１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１４８】
（比較例Ａ−２）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とした以外は、比較例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１４９】
（比較例Ａ−３）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とした以外は、比較例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５０】
（比較例Ａ−４）
ＳｒＴｉＯ３層をＺｎＯ層とした以外は、比較例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５１】
（比較例Ａ−５）
ＳｒＴｉＯ３層をＺｎＯ層とした以外は、比較例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５２】
（比較例Ａ−６）
ＳｒＴｉＯ３層をＺｎＯ層とした以外は、比較例Ａ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５３】
（比較例Ａ−７）
ＳｒＴｉＯ３層をＡｌ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ａ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５４】
（比較例Ａ−８）
ＳｒＴｉＯ３層をＡｌ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ａ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５５】
（比較例Ａ−９）
ＳｒＴｉＯ３層をＡｌ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ａ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１５６】
実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２並びに比較例Ａ‐１〜Ａ‐９の、非強磁性絶縁体の種類、注入（添加）元素の種類、半導体層（第二の層状領域１０３Ａ又はＳｉ（Ｂ）電極）の導電率、並びに、第一の記録媒体層１０１を構成する材料を表１に示す。
【０１５７】
【表１】
2017033618.tif 000003
【０１５８】
＜ビットエラー率（初期値）の測定＞
実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９の記録媒体の表面上にエアーギャップを挟んで、電界印加装置３、及び、高周波（またはマイクロ波）磁界印加装置２（磁気ヘッド７）を設置した。ハードディスクスピンスタンドを改造して、実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９の記録媒体を用い、１インチディスクにおける記録再生を１回行った。任意に選んだ５トラックにおいて、トラック幅８０ｎｍ、ビット長７．０ｎｍにて記録し、再生した時のビットエラーを測定した。下記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの最大値をビットエラー率の初期値とした。評価環境は２０℃であった。結果を表２に示す。
ビットエラー率＝１トラックのエラービット数／１トラックの総ビット数…（１）
【０１５９】
＜ビットエラー率が８×１０−５になる記録再生回数＞
実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９の記録媒体を用い、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を測定した。ビットエラー率は、任意に選んだ５トラックにおいて、トラック幅８０ｎｍ、ビット長７．０ｎｍにて記録し、再生した時のビットエラーを測定し、上記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの平均値とした。結果を表２に示す。
【０１６０】
【表２】
2017033618.tif 000004
【０１６１】
実施例Ａ−１〜Ａ−２２と比較例Ａ−１〜Ａ−９とを対比すると、実施例は、比較例に対して、ビットエラー率（初期値）が一桁改良された。記録再生を繰り返した場合、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を基準とした使用可能回数は、実施例は、比較例に対して４〜１０倍に増加した。
【０１６２】
実施例Ａ−１〜Ａ−２２においては、非強磁性絶縁体の種類や、第二の層状領域１０３Ａを形成するための注入（添加）元素の種類が変わっても、ビットエラー率に大きな変化が生じなかった。この原因は明らかではないが、ビットエラー率は、非強磁性絶縁体の材料や、第二の層状領域１０３Ａを形成するための注入（添加）元素の種類への依存性よりも、第一の記録媒体層１０１を構成する材料への依存性のほうが大きいものと考えられる。
【０１６３】
実施例Ａ−１〜Ａ−２２における非強磁性層１０３は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に生じる界面を内部に有することがなく、欠陥が抑制された構造を有する。欠陥が抑制された非強磁性層１０３の上には、微小な膜欠陥部が抑制された第一の記録媒体層１０１を得ることができるため、欠陥に起因する放電発生の抑制された記録媒体１を得ることができると考えられる。したがって、本実施例によれば、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び磁気記録デバイスを提供することができることが上記の結果よりわかる。
【０１６４】
（Ｂ．非強磁性絶縁体として電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体を用いた実施例）
下記ｂ−１〜ｂ−３の手順に従って、図２に示した記録媒体１を模した測定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単結晶基板であり、電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層１０３は、基板４０側から、半導体性能を示す第二の層状領域１０３Ａ、第三の層状領域１０３Ｂ、及び、反強磁性を示す第一の層状領域１０３Ｃを含み、第一の記録媒体層１０１は、ＭＥ効果を示す、酸化物反強磁性体層又は酸化物フェリ磁性体層であり、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。
（ｂ−１．反強磁性絶縁体を主として含む非強磁性層の形成）
まず、ステップ出しを行なったサファイア単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、高周波スパッタリング法により、厚さ３５０ｎｍのＮｉＯ、又はＦｅ２Ｏ３を形成した。基板温度は５００℃とした。
【０１６５】
次に、中性ビーム注入法により、非強磁性絶縁体であるＮｉＯ、又はＦｅ２Ｏ３を構成する元素とは異なる種類の元素（Ｌｉ、Ｃａ、Ｎａ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ又はＴｉ）をＮｉＯ、又はＦｅ２Ｏ３に注入し、図２に示すように、第二の層状領域１０３Ａ、第三の層状領域１０３Ｂ、及び、第一の層状領域１０３Ｃを形成した。第二の層状領域１０３Ａの導電率を所望の値にするため、非強磁性絶縁体及び注入（添加）元素の種類に応じて注入（添加）元素の注入量を変化させた。
【０１６６】
また、図３に模式的に示すような注入（添加）元素分布を有する非強磁性層１０３を得るために、非強磁性絶縁体及び注入（添加）元素の種類に応じて、注入（添加）元素のエネルギーを変化させた  。具体的には、中性ビームを作る出発イオンのエネルギーを１０〜２５ｋｅＶの範囲で調整し、注入（添加）元素濃度を、非強磁性層１０３の厚さ方向に対して変化させた。
【０１６７】
（第一の層状領域１０３Ｃ）
注入（添加）元素の厚さ方向における濃度変化を、オージェ電子分光装置（日本電子社製、ＪＡＭＰ‐９５００Ｆ）を用いて測定した。当該濃度変化に基づいて、第一の層状領域１０３Ｃの厚さは、注入（添加）元素濃度が、最大値の５００分の１になった位置から、第一の記録媒体層１０１との界面までの厚さとした。第一の層状領域１０３Ｃは、注入（添加）元素濃度が極めて低いことから、実質的に反強磁性絶縁体から構成される層であるとみなすことができる。
【０１６８】
（第二の層状領域１０３Ａ）
第二の層状領域１０３Ａの厚さは、第二の層状領域１０３Ａの基板４０との界面から、非強磁性層１０３全体のうちの１０％の厚さまでとし、導電率は、四端子法を用いることによって測定した。測定機器として低抵抗計（三菱化学アナリティック社製、ロレスターＧＸ  ＭＣＰ−Ｔ７００型）を用いた。
【０１６９】
（第三の層状領域１０３Ｂ）
第三の層状領域１０３Ｂの厚みは、非強磁性層１０３の厚み全体から、上記第一の層状領域１０３Ｃ及び上記第二の層状領域１０３Ａの厚さを差し引いた厚みとした。
【０１７０】
中性ビーム注入法においては、イオン源にて注入元素を加熱することにより蒸気化し、注入すべき元素のイオン化を高周波プラズマを用いて行い、イオン源から引き出されたイオンビームを該イオンビームと直交した電子ビームとの相互作用域で一部中性化し、これを注入ビームとした。
【０１７１】
（ｂ−２．第一の記録媒体層の形成）
次に、非強磁性層１０３の表面に、６６０℃、０．４Ｐａ、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１４０Ｗの条件で用い、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、厚み１００ｎｍのＣｒ２Ｏ３層を第一の記録媒体層１０１として形成した。もしくは、類似の条件下にて、ＢｉＦｅ合金ターゲット又はＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２合金ターゲットを用い、ＢｉＦｅＯ３層又はＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層を第一の記録媒体層１０１として形成した。
【０１７２】
（ｂ−３．第二の記録媒体層の形成）
次に、第一の記録媒体層１０１の表面に、第二の記録媒体層１０２として、ＣｏＰｔ系合金層（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）を形成した。室温、アルゴン雰囲気中にて、高周波スパッタリング法により、第二の記録媒体層１０２の保磁力が５０００（Ｏｅ）、厚さが２０ｎｍとなるように、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調整した。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、表面保護層及び表面潤滑層を形成し、評価用の記録媒体１を作製した。
【０１７３】
（実施例Ｂ−１）
非強磁性層１０３に主として含まれる電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体として、ＮｉＯを用いた。ＮｉＯを主として含む非強磁性層１０３に、上記の中性ビーム注入法によりＬｉを注入した。非強磁性層１０３の上に、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３層を形成し、上述の手順により、評価用の記録媒体１を作製した。非強磁性層１０３において、第二の層状領域１０３Ａは、導電率が２．４×１０２Ｓ・ｍ−１であった。
【０１７４】
（実施例Ｂ−２）
注入（添加）元素をカルシウム（Ｃａ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を５．０Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１７５】
（実施例Ｂ−３）
注入（添加）元素をナトリウム（Ｎａ）とし、第二の層状領域１０３Ａを導電率を２５Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１７６】
（実施例Ｂ−４）
非強磁性層１０３に主として含まれる反強磁性絶縁体として、ＮｉＯに代えてＦｅ２Ｏ３を用い、注入（添加）元素をセシウム（Ｃｓ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２．５×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１７７】
（実施例Ｂ−５）
注入（添加）元素をマグネシウム（Ｍｇ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２．８×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１７８】
（実施例Ｂ−６）
注入（添加）元素をニオブ（Ｎｂ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を３０Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１７９】
（実施例Ｂ−７）
注入（添加）元素をジルコニウム（Ｚｒ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を１８Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８０】
（実施例Ｂ−８）
注入（添加）元素をチタン（Ｔｉ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２．２×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８１】
（実施例Ｂ−９）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とし、注入（添加）元素をナトリウム（Ｎａ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２．５×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８２】
（実施例Ｂ−１０）
注入（添加）元素をセシウム（Ｃｓ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を８．０Ｓ・ｍ−１とした以外は、実施例Ｂ−９と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８３】
（実施例Ｂ−１１）
注入（添加）元素をリチウム（Ｌｉ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を３．１×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は、実施例Ｂ−９と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８４】
（実施例Ｂ−１２）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とし、注入（添加）元素をカルシウム（Ｃａ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を６０Ｓ・ｍ−１とした以外は、実施例Ｂ−４と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８５】
（実施例Ｂ−１３）
注入（添加）元素をニオブ（Ｎｂ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２．２×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８６】
（実施例Ｂ−１４）
注入（添加）元素をジルコニウム（Ｚｒ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を４．８×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８７】
（実施例Ｂ−１５）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とし、注入（添加）元素をセシウム（Ｃｓ）とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を２０Ｓ・ｍ−１とした以外は、実施例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８８】
（実施例Ｂ−１６）
注入（添加）元素をリチウム（Ｌｉ）とし、第二の層状領域１０３Ａを導電率が３．５×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１５と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１８９】
（実施例Ｂ−１７）
第一の記録媒体層１０１をＢｉＦｅＯ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とし、第二の層状領域１０３Ａの導電率を３．０×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は、実施例Ｂ−５と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１９０】
（実施例Ｂ−１８）
注入（添加）元素をニオブ（Ｎｂ）とし、第二の層状領域１０３Ａを導電率が４．６×１０２Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｂ−１７と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１を作製した。
【０１９１】
（比較例Ｂ−１）
ステップ出しを行なったサファイア単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、Ｓｉ−Ｂ合金ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、半導体である、ホウ素添加のＳｉ電極（Ｓｉ（Ｂ）電極）を厚さ８５ｎｍ形成した。Ｓｉ（Ｂ）電極は、導電率を１．０×１０３Ｓ・ｍ−１とした。Ｓｉ（Ｂ）電極上に、厚さ２６５ｎｍのＮｉＯ層を形成した。ｂ−２工程及びｂ−３工程については実施例Ｂ−１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１９２】
（比較例Ｂ−２）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＢｉＦｅＯ３層とした以外は、比較例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１９３】
（比較例Ｂ−３）
第一の記録媒体層１０１をＣｒ２Ｏ３層に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層とした以外は、比較例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１９４】
（比較例Ｂ−４）
ＮｉＯ層をＦｅ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ｂ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１９５】
（比較例Ｂ−５）
ＮｉＯ層をＦｅ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ｂ−２と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１９６】
（比較例Ｂ−６）
ＮｉＯ層をＦｅ２Ｏ３層とした以外は、比較例Ｂ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体を作製した。
【０１９７】
実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐１８並びに比較例Ｂ‐１〜Ｂ‐６の、電気磁気効果を示さない反強磁性絶縁体の種類、注入（添加）元素の種類、半導体層（第二の層状領域１０３Ａ又はＳｉ（Ｂ）電極）の導電率、並びに、第一の記録媒体層１０１を構成する材料を表３に示す。
【０１９８】
【表３】
2017033618.tif 000005
【０１９９】
＜ビットエラー率（初期値）の測定＞
実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐１８、及び、比較例Ｂ‐１〜Ｂ‐６の記録媒体について、上記実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９と比較して狭いトラック幅にて記録再生した以外は同じ条件にて、ビットエラー率（初期値）の測定を行った。具体的には、トラック幅７５ｎｍ、ビット長７．０ｎｍにて記録し、再生時のビットエラーを測定した。上記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの最大値をビットエラー率の初期値とした。
【０２００】
＜ビットエラー率が８×１０−５になる記録再生回数＞
実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐１８、及び、比較例Ｂ‐１〜Ｂ‐６の記録媒体について、上記実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９と比較して狭いトラック幅にて記録再生した以外は同じ条件にて、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を測定した。具体的には、トラック幅は７５ｎｍであり、ビット長は７．０ｎｍである。結果を表４に示す。
【０２０１】
【表４】
2017033618.tif 000006
【０２０２】
実施例Ｂ−１〜Ｂ−１８と比較例Ｂ−１〜Ｂ−６とを対比すると、実施例は、比較例に対して、ビットエラー率（初期値）が一桁改良された。記録再生を繰り返した場合、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を基準とした使用可能回数は、実施例は、比較例に対して５〜１５倍に増加した。
【０２０３】
実施例Ｂ−１〜Ｂ−１８においては、反強磁性絶縁体の種類や、第二の層状領域１０３Ａを形成するための注入（添加）元素の種類が変わっても、ビットエラー率に大きな変化が生じなかった。この原因は明らかではないが、ビットエラー率は、反強磁性絶縁体の種類や、第二の層状領域１０３Ａを形成するための注入（添加）元素の種類への依存性よりも、第一の記録媒体層１０１を構成する材料への依存性のほうが大きいものと考えられる。
【０２０４】
実施例Ｂ−１〜Ｂ−１８における非強磁性層１０３は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に生じる界面を内部に有することがなく、欠陥が抑制された構造を有する。欠陥が抑制された非強磁性層１０３の上には、微小な膜欠陥部が抑制された第一の記録媒体層１０１を得ることができるため、欠陥に起因する放電発生の抑制された記録媒体１を得ることができると考えられる。したがって、本実施例によれば、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び磁気記録デバイスを提供することができることが上記の結果よりわかる。
【０２０５】
（Ｃ．元素注入（添加）された第一の記録媒体層を含む記録媒体を用いた実施例）
下記ｃ−１、ｃ−２の手順に従って、図４に示した記録媒体１０を模した測定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単結晶基板であり、第一の記録媒体層１００１は、基板４０側から、半導体性能を示す第二の層状領域１００１Ａ、第三の層状領域１００１Ｂ及び第一の層状領域１００１Ｃを含み、第一の記録媒体層１００１上に形成された第二の記録媒体層１０２はＣｏＰｔ系合金からなる金属強磁性体層である。
（ｃ−１．第一の記録媒体層の形成）
まず、ステップ出しを行なったサファイア基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、６６０℃、０．４Ｐａ、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１４０Ｗの条件で用い、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、厚み３００ｎｍのＣｒ２Ｏ３層を形成した。
【０２０６】
次に、中性ビーム注入法により、電気磁気効果材料であるＣｒ２Ｏ３を構成する元素とは異なる種類の元素（Ｌｉ、Ｍｇ又はＮｉ）をＣｒ２Ｏ３に注入し、図４に示すように、第二の層状領域１００１Ａ、第三の層状領域１００１Ｂ、及び、第一の層状領域１００１Ｃを形成した。第二の層状領域１００１Ａの導電率を所望の値にするため、注入（添加）元素の種類に応じて注入（添加）元素の注入量を変化させた。
【０２０７】
また、図３に模式的に示すような注入（添加）元素分布を有する第一の記録媒体層１００１を得るために、注入（添加）元素の種類に応じて、注入（添加）元素のエネルギーを変化させた  。具体的には、中性ビームを作る出発イオンのエネルギーを１０〜２５ｋｅＶの範囲で調整し、注入（添加）元素濃度を第一の記録媒体層１００１の厚さ方向に対して変化させた。
【０２０８】
（第一の層状領域１００１Ｃ）
注入（添加）元素の厚さ方向における濃度変化を、オージェ電子分光装置（日本電子社製、ＪＡＭＰ‐９５００Ｆ）を用いて測定した。当該濃度変化に基づいて、第一の層状領域１００１Ｃの厚さは、注入（添加）元素濃度が、最大値の５００分の１になった位置から、第二の記録媒体層１０２との界面までの厚さとした。第一の層状領域１００１Ｃは、注入（添加）元素濃度が極めて低いことから、実質的に電気磁気効果を示す、反強磁性体又はフェリ磁性体から構成される層であるとみなすことができる。
【０２０９】
（第二の層状領域１００１Ａ）
第二の層状領域１００１Ａの厚さは、第二の層状領域１００１Ａの基板４０との界面から、第一の記録媒体層１００１全体のうちの１０％の厚さまでとし、導電率は、四端子法を用いることによって測定した。測定機器として低抵抗計（三菱化学アナリティック社製、ロレスターＧＸ  ＭＣＰ−Ｔ７００型）を用いた。
【０２１０】
（第三の層状領域１００１Ｂ）
第三の層状領域１００１Ｂの厚みは、第一の記録媒体層１００１の厚み全体から、上記第一の層状領域１００１Ｃ及び上記第二の層状領域１００１Ａの厚さを差し引いた厚みとした。
【０２１１】
中性ビーム注入法においては、イオン源にて注入元素を加熱することにより蒸気化し、注入すべき元素のイオン化を高周波プラズマを用いて行い、イオン源から引き出されたイオンビームを該イオンビームと直交した電子ビームとの相互作用域で一部中性化し、これを注入ビームとした。
【０２１２】
（ｃ−２．第二の記録媒体層の形成）
次に、第一の記録媒体層１００１の表面に、第二の記録媒体層１０２として、ＣｏＰｔ系合金層（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）を形成した。室温、アルゴン雰囲気中にて、高周波スパッタリング法により、第二の記録媒体層１０２の保磁力が５０００（Ｏｅ）、厚さが２０ｎｍとなるように、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調整した。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、表面保護層及び表面潤滑層を形成し、評価用の記録媒体１０を作製した。
【０２１３】
（実施例Ｃ−１）
第一の記録媒体層１００１に主として含まれる電気磁気効果を示す反強磁性体として、Ｃｒ２Ｏ３を用いた。Ｃｒ２Ｏ３から構成された層に、上記の中性ビーム注入法によりリチウム（Ｌｉ）を注入した。上述の手順により、評価用の記録媒体１０を作製した。第一の記録媒体層１００１において、第二の層状領域１００１Ａは、導電率が１．０Ｓ・ｍ−１であり、ｐ型半導体性能を示した。
【０２１４】
（実施例Ｃ−２）
第二の層状領域１００３Ａの導電率が５．０Ｓ・ｍ−１である以外は実施例Ｃ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１０を作製した。
【０２１５】
（実施例Ｃ−３）
注入（添加）元素をマグネシウム（Ｍｇ）とし、第二の層状領域１００１Ａの導電率を７．０Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｃ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１０を作製した。
【０２１６】
（実施例Ｃ−４）
第二の層状領域１００１Ａの導電率が１１Ｓ・ｍ−１である以外は実施例Ｃ−３と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１０を作製した。
【０２１７】
（実施例Ｃ−５）
注入（添加）元素をニッケル（Ｎｉ）とした以外は実施例Ｃ−１と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１０を作製した。
【０２１８】
（実施例Ｃ−６）
第二の層状領域１００１Ａの導電率を３．０Ｓ・ｍ−１とした以外は実施例Ｃ−５と同様の評価用記録媒体を得られるよう条件を調整し、記録媒体１０を作製した。
【０２１９】
（比較例Ｃ−１）
ステップ出しを行なったサファイア単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、Ｓｉ−Ｂ合金ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、半導体である、ホウ素添加のＳｉ電極（Ｓｉ（Ｂ）電極）を厚さ８５ｎｍ形成した。Ｓｉ（Ｂ）電極は、導電率を１．０×１０３Ｓ・ｍ−１とした。Ｓｉ（Ｂ）電極上に、厚さ２１５ｎｍのＣｒ２Ｏ３層を形成した。上記ｃ−１工程のうち、Ｃｒ２Ｏ３層への元素注入（添加）は行わず、上記ｃ−２工程については実施例Ｃ−１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０２２０】
【表５】
2017033618.tif 000007
＜ビットエラー率（初期値）の測定＞
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐６、及び、比較例Ｃ‐１の記録媒体について、上記実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９、並びに、上記実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐１８、及び、比較例Ｂ‐１〜Ｂ‐６と比較して狭いトラック幅及びビット長にて記録再生した以外は同じ条件にて、ビットエラー率（初期値）の測定を行った。具体的には、トラック幅７０ｎｍ、ビット長６．０ｎｍにて記録し、再生時のビットエラーを測定した。上記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの最大値をビットエラー率の初期値とした。
【０２２１】
＜ビットエラー率が８×１０−５になる記録再生回数＞
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐６、及び、比較例Ｃ‐１の記録媒体について、上記実施例Ａ‐１〜Ａ‐２２、及び、比較例Ａ‐１〜Ａ‐９、並びに、上記実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐１８、及び、比較例Ｂ‐１〜Ｂ‐６と比較して狭いトラック幅及びビット長にて記録再生した以外は同じ条件にて、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を測定した。具体的には、トラック幅は７０ｎｍであり、ビット長は６．０ｎｍである。結果を表６に示す。
【０２２２】
【表６】
2017033618.tif 000008
【０２２３】
実施例Ｃ−１〜Ｃ−６と比較例Ｃ−１とを対比すると、実施例は、比較例に対して、ビットエラー率（初期値）が一桁改良された。記録再生を繰り返した場合、ビットエラー率が訂正技術の目安である８×１０−５になるまでの記録再生回数を基準とした使用可能回数は、実施例は、比較例に対して７〜８倍に増加した。
【０２２４】
実施例Ｃ−１〜Ｃ−６においては、第二の層状領域１００１Ａを形成するための注入（添加）元素の種類が変わっても、ビットエラー率に大きな変化が生じなかった。この原因は明らかではないが、ビットエラー率は、第二の層状領域１００１Ａを形成するための注入（添加）元素の種類への依存性よりも、第一の記録媒体層１００１を構成する材料への依存性のほうが大きいものと考えられる。
【０２２５】
実施例Ｃ−１〜Ｃ−６における第一の記録媒体層１００１は、特定の性能を各層に付与すべく、異種材料から構成される層を積層させた場合に生じる界面を内部に有することがなく、欠陥が抑制された構造を有する。これにより、欠陥に起因する放電発生の抑制された記録媒体１０を得ることができると考えられる。したがって、本実施例によれば、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した記録媒体及び磁気記録デバイスを提供することができることが上記の結果よりわかる。
【０２２６】
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】
【０２２７】
１，１０…記録媒体、２…磁界印加装置、３…電界印加装置、７…磁気ヘッド、２５…磁界、３２…電極、３３…電源、３４…電極保持部、３５…電界、４０…基板、４５…重畳領域、１０１，１００１…第一の記録媒体層、１０２…第二の記録媒体層、１０３…非強磁性層、１００１Ａ，１０３Ａ…第二の層状領域、１００１Ｂ，１０３Ｂ…第三の層状領域、１００１Ｃ，１０３Ｃ…第一の層状領域、２００，２０００…磁気記録デバイス
【図１】
2017033618.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017033618.tif 000013