(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁極と、
前記主磁極から印加される磁界より小さい保磁力を有する第１の磁性体層と、前記主磁極から印加される磁界より小さい保磁力を有する第２の磁性体層と、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層との間に設けられた中間層と、を有する積層体と、
前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、
を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
前記第１の磁性体層と前記中間層と前記第２の磁性体層とは、媒体移動方向に対して略垂直な方向に積層してなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記第１の磁性体層と前記中間層と前記第２の磁性体層とは、媒体移動方向に対して略平行な方向に積層してなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記第１の磁性体層の保磁力は、前記第２の磁性体層の保磁力よりも小さく、
前記一対の電極を介して、前記第２の磁性体層から前記第１の磁性体層へ電流が通電されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記主磁極との間に前記積層体を挟むように設けられたシールドをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
前記積層体は、
前記電極のうち前記第１の磁性体層の前記中間層と反対側の電極と、前記第１の磁性体層と、の間に設けられ、前記主磁極から印加される磁界より小さい保磁力を有する第５の磁性体層
をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項７】
前記第５の磁性体層は、Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６記載の磁気記録ヘッド。
【請求項８】
前記第２の磁性体層は、Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項９】
前記一対の電極のうち前記第２の磁性体層に近い側の電極は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１０】
前記一対の電極のうち前記第５の磁性体層に近い側の電極は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１１】
前記積層体は、前記第２の磁性体層に隣接した第６の磁性体層をさらに有し、
前記第６の磁性体層と前記中間層との間に、前記第２の磁性体層があり、
前記第６の磁性体層の磁化容易軸は、前記主磁極が前記積層体に対向する面の法線と略垂直であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１２】
前記積層体は、前記第５の磁性体層に隣接した第７の磁性体層をさらに有し、
前記第７の磁性体層と前記第１の磁性体層との間に、前記第５の磁性体層があり、
前記第７の磁性体層の磁化容易軸は、前記主磁極が前記積層体に対向する面の法線と略垂直であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１３】
前記第２の磁性体層は、第８の磁性体層と、第８の磁性体層に積層された第９の磁性体層と、を有し、前記第９の磁性体層の飽和磁束密度は、前記第８の磁性体層の飽和磁束密度より大きいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１４】
前記第５の磁性体層は、第１０の磁性体層と、第１０の磁性体層に積層された第１１の磁性体層と、を有し、前記第１１の磁性体層の飽和磁束密度は、前記第１０の磁性体層の飽和磁束密度より大きいことを特徴とする請求項６〜１３のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１５】
磁気記録媒体と、
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、
前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項１６】
前記積層体は、前記主磁極のトレーリング側に設けられたことを特徴とする請求項１５記載の磁気記録装置。
【請求項１７】
前記積層体は、前記主磁極のリーディング側に設けられたことを特徴とする請求項１５記載の磁気記録装置。
【請求項１８】
前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【請求項１９】
前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録ヘッド及び磁気記録装置に関し、特に高周波アシスト磁界を用いて高記録密度、高記録容量、高データ転送レートのデータストレージの実現に好適な、スピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドおよび磁気記録装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代においては、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）ヘッドとＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
【０００３】
また、最新の記録密度実証実験では４００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２を超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
【０００４】
この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃ）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる（例えば、特許文献１）。しかし、この特許文献１に開示された手法ではコイルにより高周波磁界を発生させており、高密度記録時に効率的に高周波磁界を印加することが困難であった。
【０００５】
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法も提案されている（例えば、特許文献２および３）。この特許文献２および３に開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、中間層と、磁性体層と、電極とからなる。電極を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性体層の磁化が強磁性共鳴を生じる。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生することになる。
【０００６】
スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した磁気記録媒体を効率的に共鳴すること可能となり、磁気記録媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体を利用することが可能となる。このため、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避できる。
【特許文献１】米国特許第６０１１６６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２１９７７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドを実現するためには、スピントルク発振子と主磁極とを近接させ、面内高周波磁界と斜め記録磁界とを媒体内で効率的に重畳し、かつ、スピントルク発振子の発振周波数が媒体共鳴周波数とほぼ等しくすることが重要になる。しかし、スピントルク発振子と主磁極とを近接させた場合、書込み時に主磁極からスピントルク発振子に５ｋＯｅ〜１０ｋＯｅと大きな磁界が印加される。さらにこの主磁極からの磁界は、書込み方向により正負に方向が反転する。スピン注入層の保磁力は非常に大きく、スピン注入層の磁化は、書込み方向に依存しないため、この結果、スピントルク発振子の発振周波数、および、発生磁界が、書込み方向によって、変化してしまう、という問題があった。  
また、書込み時に主磁極からスピントルク発振子に印加する磁界により、スピントルク発振子を構成するスピン注入層の磁化が乱される。この結果、長期間使用する際に、スピン注入層が消磁され、スピントルク発振子が動作しなくなる、という問題があった。
【０００８】
このため、安定したスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドの実用化のためには、主磁極からの発生磁界の影響を相殺可能なスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドの開発が不可欠である。  
本発明は上記の状況に鑑み、主磁極からスピントルク発振子にかかる磁界とスピン注入層の磁化が常に平行であることにより、安定した高周波磁界アシスト記録を可能としたスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、主磁極と、前記主磁極から印加される磁界より小さい保磁力を有する第１の磁性体層と、前記主磁極から印加される磁界より小さい保磁力を有する第２の磁性体層と、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層との間に設けられた中間層と、を有する積層体と、前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記の磁気記録ヘッドと、前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安定した高周波磁界アシスト記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
（第１の実施の形態）
本発明の高周波アシスト磁気ヘッドに関わる第１の実施の形態について、ここでは多粒子系の垂直磁気記録媒体に記録する場合を想定して、説明する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。  また、図２は、この磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【００１３】
本実施形態の磁気記録ヘッド５は、再生ヘッド部７０と、書込ヘッド部６０と、を備えている。再生ヘッド部７０は、磁気シールド層７２ａと、磁気シールド層７２ｂと、磁気シールド層７２ａと磁気シールド層７２ｂとの間に設けられた磁気再生素子７１と、を有する。  
また、書込ヘッド部６０は、主磁極６１と、リターンパス（シールド）６２と、励磁コイル６３と、スピントルク発振子１０と、を有する。再生ヘッド部７０の各要素、および書込ヘッド部６０を構成する各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離されている。磁気再生素子７１としては、ＧＭＲ素子やＴＭＲ(Tunnel Magneto-Resistive effect）素子などを利用することが可能である。また、再生分解能をあげるために、磁気再生素子７１は、２枚の磁気シールド層７２ａ、７２ｂの間に設置される。
この磁気記録ヘッド５は、図２に表したようにヘッドスライダー３に搭載される。ヘッドスライダー３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体（媒体）８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。そして、ヘッドスライダー３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有し、磁気記録ヘッド５は、空気流出側３Ｂの側面などに配置される。
【００１４】
磁気記録媒体８０は、媒体基板８２とその上に設けられた磁気記録層８１とを有する。書込ヘッド部６０から印加される磁界により磁気記録層８１の磁化が所定の方向に制御され、書込みがなされる。そして、再生ヘッド部７０は、磁気記録層８１の磁化の方向を読み取る。
【００１５】
図３は、この磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１０の構造を例示する模式図である。
【００１６】
スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０（第２の磁性体層）と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａ（第１の磁性体層）と、第２の電極４２と、がこの順に積層された構造を有する。この電極４２から電極４１へ駆動電子流５２を流すことにより、発振層１０ａから高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。すなわち、磁気記録ヘッド５は、このスピン注入層３０と、中間層２２と、発振層１０ａと、を有する積層体と、この積層体に電流を通電可能とした一対の電極（電極４１及び電極４２）と、を備える。
【００１７】
電極４１及び電極４２としては、Ｔｉ、Ｃｕなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。  
中間層２２としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどのスピン透過率の高い非磁性材料を用いることができる。中間層２２の膜厚は、１原子層から３ｎｍとすることが望ましい。これにより発振層１０ａとスピン注入層３０の交換結合を少なくすることが可能となる。
【００１８】
発振層１０ａは、発振時に磁界を発生する高Ｂｓ軟磁性材料（ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅ積層膜）からなっており、発振層１０ａの膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましい。スピン注入層３０は、膜面直方向に磁化配向したＣｏＰｔ合金からなっており、スピン注入層３０の膜厚は２ｎｍから６０ｎｍとすることが望ましい。
【００１９】
なお、スピン注入層３０、発振層１０ａとしては、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度が大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、膜面内方向に磁化が配向したＣｏＣｒ系の磁性合金膜を用いることができる。さらに、膜面直方向に磁化配向したＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性、ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ等のＣｏ人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直配向性に優れた材料も適宜用いることができる。また、複数の上記材料を積層してもよい。これは、発振層１０ａとスピン注入層３０との飽和磁束密度（Ｂｓ）および異方性磁界（Ｈｋ）を調整するためである。
【００２０】
発振層１０ａ、スピン注入層３０は、上記の材料を中間層２２を介して積層し、上記材料の磁化が反平行状態となる積層フェリ構造としてもよいし、また上記材料の磁化を平行とする構造にしてもよい。これは、発振層１０ａの発振周波数を上げるため、および、スピン注入層３０を効率的に磁化するためである。この場合には、中間層２２の材料としては、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ等の貴金属を用いることが好ましく、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ等の非磁性遷移金属を利用することも可能である。
【００２１】
主磁極６１からスピントルク発振子１０にかかる磁界、スピン注入層３０の保磁力、発振層１０ａの保磁力は、この順に小さくなっている。このようにスピントルク発振子１０にかかる磁界とスピン注入層３０の保磁力と発振層１０ａの保磁力とを制御することにより、スピン注入層３０の磁化方向と発振層１０ａの磁化方向とを、書込み磁界の方向によらず常に平行に保ち、発振層１０ａは安定して発振することが可能となる。  
一例として、主磁極６１からスピントルク発振子１０にかかる磁界が５ｋＯｅ〜２０ｋＯｅであるのに対し、スピン注入層３０の保磁力を、例えば約３０００Ｏｅ、発振層１０ａの保磁力を、例えば約５Ｏｅと選ぶことができる。
【００２２】
後述するように、磁化方向を軸とした歳差運動により、安定した発振を実現するためには、発振層１０ａの隣接トラックへの方向の寸法と媒体対向面１００（ＡＢＳ）垂直方向の寸法とを等しくすることが望ましい。  
図３では、発振層１０ａと主磁極６１とが近接するように積層した。一方、主磁極６１からスピン注入層３０へ効率よく磁界が印加するために、スピン注入層３０と主磁極６１とを近接するように積層してもよい。
【００２３】
また、主磁極６１のみからなる書込みヘッドでは、主磁極６１から発生する磁界が、主磁極６１と媒体８０間に主に発生し、スピントルク発振子１０に十分に印加できず、主磁極６１から発生する磁界がスピン注入層３０の保磁力より小さい場合がある。そのため、主磁極６１から発生した磁界を吸い込むシールド６２を設けることが望ましい。すなわち、主磁極６１とシールド６２の間にスピントルク発振子１０が存在するように、シールド６２を設けることが望ましい。この場合、主磁極６１からの磁界が効率よくシールド６２に流れ込むため、スピン注入層３０へも十分な磁界を印加することが可能となる。なお、主磁極６１とシールド６２間の距離や、主磁極６１の形状を調整することにより、スピントルク発振子１０への印加磁界の最適化が可能である。また、主磁極６１とシールド６２の距離が遠いと主磁極６１からの磁界は媒体内で垂直方向となるが、この距離を近づけることにより、媒体内で垂直方向に対し斜めの磁界が生じることとなり、斜めの方がより低い磁界で媒体の磁化を反し易いという利点がある。
【００２４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る高周波アシスト磁気ヘッドの動作について説明する。
【００２５】
図４は、図３に示したスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッド５の書込み動作を説明するグラフ図である。図４（ａ）は、主磁極６１がスピントルク発振子１０に印加する磁界の時間依存性、図４（ｂ）は、スピン注入層３０の磁化方向の時間依存性、図４（ｃ）は、スピントルク発振子１０の発振層１０ａの発振周波数の時間依存性、そして図４（ｄ）は、発生磁界強度の時間依存性を表す。発振周波数は、発振層１０ａにかかる静磁界強度に比例する。
【００２６】
図４（ｂ）に表したように、主磁極６１からの磁界に応じて、スピン注入層３０の磁化方向が変化している。そのため、スピン注入層３０は書込み時に毎回着磁され、スピン注入層３０の経年変化による消磁が生じない。また、書込み方向によらず、主磁極６１がスピントルク発振子１０に印加する磁界方向と、発振層１０ａの磁化方向と、スピン注入層３０の磁化方向は平行で、発振条件が書込み方向に依存しない。
【００２７】
なお、媒体対向面１００垂直方向に適切な強度の外部直流磁界（１ｋＯｅから１０ｋＯｅ）を印加することにより、スピントルク発振子１０の発振周波数および発振強度を、スピントルク発振子１０の磁気抵抗効果による抵抗変化として測定することが可能である。その結果、図４（ｃ）と同様な発振周波数の時間依存性、および、図４（ｄ）と同様な発振強度の時間依存性を得ることができる。
【００２８】
（比較例）
図５は、比較例による高周波アシスト磁気ヘッドの書込み動作を説明するグラフ図である。すなわち、図５（ａ）は、主磁極６１がスピントルク発振子１０に印加する磁界の時間依存性、図５（ｂ）は、スピン注入層３０の磁化方向の時間依存性、図５（ｃ）は、スピントルク発振子１０の発振層１０ａの発振周波数の時間依存性、そして図５（ｄ）は、発生磁界強度の時間依存性を表す
本比較例においては、図５（ｂ）に示すように、スピン注入層３０の磁化が書き込み方向によらず固着されている。このため、書込み方向によって、主磁極６１がスピントルク発振子１０に印加する磁界方向と、発振層１０ａの磁化方向と、スピン注入層３０の磁化方向が平行もしくは反平行となる。その結果、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、書込み方向によってスピントルク発振子１０の発振周波数及び発生磁界強度が変化してしまう。
【００２９】
上述したようにスピントルク発振子１０が発振する理由について、以下により詳しく説明する。  
図６は、本実施形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。  
すなわち、図６は、主磁極６１からスピントルク発振子１０へ正方向に磁界が発生する場合を表す。主磁極６１からの磁界はスピン注入層３０の保磁力より大きいため、スピン注入層３０は正方向に着磁する。その結果、発振層１０ａにおける、「主磁極６１からの磁界およびスピン注入層３０の反磁界の和」と、発振層１０ａにおける、スピン注入層３０からのスピントルクと、が釣り合い、発振層１０ａが発振する。すなわち、主磁極６１側から発振層１０ａを通過した電子において、スピン注入層３０と同じ向きのスピンをもった電子はスピン注入層３０を通過するが、スピン注入層３０と逆向きのスピンをもった電子は中間層２２とスピン注入層３０の界面で反射される。これにより、発振層１０ａにはスピン注入層３０と逆向きのスピン電子が流入する。その電子のスピン角運動量が発振層１０ａの磁化に受け渡されることによるスピントルクが働くこととなり、スピントルクの向きはスピン注入層３０と逆向きとなる。その結果、発振層１０ａの歳差運動が生じ、磁化が発振する。
【００３０】
図７は、本実施形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。  
すなわち、図７は、主磁極６１から負方向に磁界が発生する場合を表す。この場合も図６と同様に、主磁極６１からの磁界はスピン注入層３０の保磁力より大きいため、スピン注入層３０は負方向に着磁する。その結果、発振層１０ａにおける、「主磁極６１からの磁界およびスピン注入層３０の反磁界の和」と、発振層１０ａにおける、スピン注入層３０からのスピントルクと、が釣り合い、発振層１０ａが発振する。この場合においても、図６と同様に発振層１０ａにはスピン注入層３０からのスピントルクが働き、磁化が発振する。  
以上説明したように、本実施形態によれば、主磁極６１からの磁界方向に対して、スピン注入層３０の磁化方向と発振層１０ａの磁化方向が対称であるため、発振層１０ａに印加される磁界に比例する発振周波数も、発生磁界も、書込み方向に依存せず一定となり、安定な発振特性を得ることができる。
【００３１】
さらに、スピン注入層３０は主磁極６１からの磁界により書込み動作毎に着磁する。その結果、経年変化による発振層１０ａの消磁効果が大幅に減少し、安定した発振をするスピントルク発振子１０の作製が可能となる。従って、本実施形態を用いることにより、高い信頼性をもつ高密度磁気記録装置を提供することが可能となる。
【００３２】
本実施形態では、駆動電子流５２を、発振層１０ａ側からスピン注入層３０側へ流すことにより、スピントルク発振子１０から高周波磁界を発生させることができる。  
図８及び図９は、主磁極６１からスピントルク発振子１０への磁界が、正方向と負方向の場合について、駆動電子流５２をスピン注入層３０側から発振層１０ａ側へ流した場合の動作を説明するための概念図である。これらの場合には、発振層１０ａにおける、スピン注入層３０からのスピントルクは、スピン注入層３０の磁化方向と同一である。スピントルクの向きと「主磁極６１からの磁界およびスピン注入層３０の反磁界の和」は平行であり、釣り合わないため、発振層１０ａの磁化の歳差運動が生じず、従って発振が生じない。
【００３３】
磁気記録ヘッド５による媒体８０への磁気記録において、磁気記録ヘッド５の媒体対向面１００が、媒体８０の磁気記録層８１から所定の浮上量を保って保持される場合、媒体対向面１００と磁気記録層８１の厚みの中心との距離（マグネティックスペーシング）は、例えば略１０ｎｍに保たれる。また、媒体対向面１００と磁気記録層８１の表面との隙間は略５ｎｍとなる。
【００３４】
また、スピントルク発振子１０は主磁極６１のトレーリング側、もしくは、リーディング側のどちらにも設けることが可能である。これは主磁極６１による記録磁界のみでは媒体磁化は反転せず、スピントルク発振子１０による高周波磁界と、主磁極６１による記録磁界とが重畳した領域のみで、媒体磁化が反転するためである。
【００３５】
また、発振層１０ａは、第１磁性層と中間層と第２磁性層とをこの順番に積層した構造としても良い。この場合、第１磁性層と第２磁性層とは反強磁性結合もしくは静磁界結合し、反平行の磁化状態のまま発振する。その結果、媒体８０に面内方向の磁界を効率よく印加することが可能となる。中間層の材料としては、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ等の貴金属を用いることが好ましく、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ等の非磁性遷移金属を利用することも可能である。
【００３６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。  
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッド５の概略構成を示す斜視図である。  
本実施形態では、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０の積層体が設置されている。主磁極６１とシールド６２が積層体に対向する面と、積層体の積層方向（層の厚み方向）とは垂直であり、スピン注入層３０および発振層１０ａは、積層方向と平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向、もしくは、逆方向に磁化している。
【００３７】
発振層１０ａは、発振時に磁界を発生する高Ｂｓ軟磁性材料（ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅ積層膜）を含む。そして、主磁極６１と発振層１０ａとの間に、この高Ｂｓ軟磁性材料層に交換結合力によりバイアスを付与するバイアス層２０（第５の磁性体層、この例ではＣｏＰｔ合金層）が設けられている。
【００３８】
高Ｂｓ軟磁性材料の膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましく、バイアス層２０の膜厚は１０ｎｍから６０ｎｍとすることが望ましい。スピン注入層３０は膜面直方向に磁化配向したＣｏＰｔ合金からなっている。スピン注入層３０の膜厚は１０ｎｍから６０ｎｍとすることが望ましい。高Ｂｓ軟磁性材料の膜厚、バイアス層２０の膜厚、スピン注入層３０の膜厚は、所望の発振状態になるよう適宜調整する。
【００３９】
スピントルク発振子１０を駆動するための駆動電子流５２を注入する電極と、主磁極６１およびシールド６２は兼用している。もちろん、主磁極６１とシールド６２のバックギャップ部は互いに電気的に絶縁されている。駆動電流密度は、５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。なお、本実施形態では、主磁極６１及びシールド６２は、積層体と直接隣接しているが、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との距離を調節するために、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との間に金属体を適宜挿入しても良い。
【００４０】
すなわち、積層体は、電極のうち発振層１０ａの中間層２２と反対側の電極（この場合主磁極６１）と、発振層１０ａとの間に設けられ、主磁極６１から印加される磁界より小さい保磁力を有するバイアス層２０（第５の磁性体層）をさらに有する。
【００４１】
次に、本実施形態の磁気記録ヘッドの動作について説明する。  
バイアス層２０の保磁力およびスピン注入層３０の保磁力は、主磁極６１からの磁界より小さい。このため、書込み動作時には、主磁極６１からの磁界方向と同一方向に、バイアス層２０およびスピン注入層３０は磁化する。第１の実施の形態と同様に、主磁極６１からの磁界方向に対して、スピン注入層３０の磁化方向と発振層１０ａの磁化方向が対称であるため、発振特性は主磁極６１からの磁界の正負に依存しない。そこで、主磁極６１からの磁界が正である場合を例に挙げて発振原理を説明する。
【００４２】
図１１は、主磁極６１から正方向に磁界が発生する場合の動作を説明するための概念図である。  
主磁極６１からの磁界により、スピン注入層３０およびバイアス層２０は正方向に着磁する。発振層１０ａに印加される磁界は、「主磁極６１からの磁界およびスピン注入層３０の反磁界の和」、「バイアス層２０からの交換結合磁界」となる。これらの磁界の合計と、スピン注入層３０からのスピントルクと、が釣り合い、発振層１０ａが発振することになる。  
すなわち、主磁極６１側から発振層１０ａを通過した電子において、スピン注入層３０と同じ向きのスピンをもった電子はスピン注入層３０を通過するが、スピン注入層３０と逆向きのスピンをもった電子は中間層２２とスピン注入層３０の界面で反射される。これにより、発振層１０ａにはスピン注入層３０からのスピントルクが働くこととなり、歳差運動が生じ、磁化が発振する。
【００４３】
さらに、本実施形態においても、スピン注入層３０およびバイアス層２０は主磁極６１からの磁界により書込み動作毎に着磁する。その結果、経年変化による発振層１０ａの消磁効果が大幅に減少し、安定した発振をするスピントルク発振子１０の作製が可能となる。従って、本実施形態を用いることにより、高い信頼性をもつ高密度磁気記録装置を提供することが可能となる。
【００４４】
図１２は、図１１に示したスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッド５の書込み動作を説明するグラフ図である。すなわち、図１２（ａ）は、主磁極６１がスピントルク発振子１０に印加する磁界の時間依存性、図１２（ｂ）は、スピン注入層３０の磁化方向の時間依存性、図１２（ｃ）は、発振層１０ａのスピントルク発振子１０の発振周波数の時間依存性、そして図１２（ｄ）は、発生磁界強度の時間依存性を表す。  
発振周波数は発振層１０ａに印加される磁界強度に比例するため、発振層１０ａにバイアス層２０を付与することにより、より高周波で発振層１０ａを動作させることが可能となる。図１２（ｃ）に示すように、スピントルク発振子１０の発振周波数は、３０ＧＨｚに達している。
【００４５】
超高密度記録の実現のためには、媒体の熱揺らぎ防止が必須となる。この場合には、媒体の保磁力（Ｈｃ）の向上が必要であり、同時に媒体の共鳴周波数も上昇し、スピントルク発振子１０に必要な発振周波数も上昇する。これに対して、図１１に示したような構造のスピントルク発振子１０と組み合わせることで、超高密度記録に対応した高Ｈｃ媒体へも書込みが可能となる。
【００４６】
なお、最適な発振周波数となるように、バイアス層２０と発振層１０ａとの間に非磁性層を挿入してもよい。材料としては、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ等の貴金属を用いることが好ましく、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ等の非磁性遷移金属を利用することも可能である。  
また、スピン注入層３０および発振層１０ａは、第１の実施の形態に関して前述した材料およびその積層膜でも、同様の効果を得ることが可能である。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。  
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッド５の概略構成を示す斜視図である。  
本実施形態では、主磁極６１のトレーリング側にシールドが設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０を設けている。主磁極６１とシールド６２が積層体に対向する面と、スピントルク発振子１０の積層方向（層の厚み方向）とは平行であり、スピン注入層３０および発振層１０ａは、積層方向と垂直である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向、もしくは、逆方向に磁化している。なお、図１３では、スピントルク発振子１０の電極を図示していないが、スピン注入層３０、中間層２２、発振層１０ａの積層方向に平行に通電可能な電極がスピントルク発振子１０に接続されている。さらに、スピントルク発振子１０は主磁極６１およびシールド６２から絶縁されている。このため書込み動作時に主磁極６１から発生する渦電流の影響を防ぐことが可能である。
【００４８】
スピントルク発振子１０と主磁極６１との間には、磁束集中層４０ａ（第３の磁性体層）が設けられている。材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性体を用いることができる。また、スピントルク発振子１０とシールド６２間には、磁束集中層４０ｂ（第４の磁性体層）が設けられている。材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性体を用いることができる。
【００４９】
高周波化に伴い、磁気記録媒体８０と主磁極６１やシールド６２との距離が近くなる。そのため、主磁極６１から発生する磁界が、磁気記録媒体８０側へ向かってしまう。そこで、主磁極６１からの磁界をスピントルク発振子１０に集中させるため、軟磁性の磁束集中層４０ａ及び４０ｂが設けられている。磁束集中層４０ａ及び４０ｂは、主磁極６１から発生する磁界をスピントルク発振子１０の方へ導く役割を果たしている。
【００５０】
磁束集中層４０ａ及び４０ｂの飽和磁束密度をＢｓａ、 Ｂｓｂ、スピントルク発振子１０が磁束集中層４０ａ及び４０ｂを見込む立体角をΩａ、Ωｂとすれば、磁束集中層が飽和した場合に、スピントルク発振子１０が受ける磁界は次のようになる：
【数１】
0004358279.tif 000002
このため、効率よくスピントルク発振子１０に磁界を印加するためには、磁束集中層の飽和磁化（Ｍｓ）をなるべく大きくすることが望ましい。またそれ以外にも、主磁極６１とシールド６２間距離を狭めたり、磁束集中層４０ａ、４０ｂの寸法を大きくするなどして、磁束集中層を見込む立体角Ωを大きくしてもよい。
【００５１】
また、スピントルク発振子１０へ効率よく磁束を集中させるために、主磁極６１と磁束集中層４０ａを積層したり、シールド６２と磁束集中層４０ｂとを積層してもよい。一方、主磁極６１から媒体への磁界を効率よく印加するためには、非磁性体、すなわち、金属非磁性体または絶縁体を、主磁極６１と磁束集中層４０ａとの間、もしくは、シールド６２と磁束集中層４０ｂとの間に積層してもよい。
【００５２】
次に、本実施形態に係る磁気記録ヘッドの動作について説明する。  
スピン注入層３０の保磁力は、主磁極６１からの磁界より小さい。このため、書込み動作時には、主磁極６１からの磁界方向と同一方向に、スピン注入層３０は磁化する。第１の実施の形態と同様に、主磁極６１からの磁界方向に対して、スピン注入層３０の磁化方向と発振層１０ａの磁化方向が対称であるため、発振特性は主磁極６１からの磁界の正負に依存しない。そこで、主磁極６１からの磁界が正である場合を例に挙げて発振原理を説明する。
【００５３】
図１４は、主磁極６１からスピントルク発振子１０へ向け正方向に磁界が発生する場合の動作を説明するための概念図である。  
主磁極６１からの磁界により、スピン注入層３０は正方向に着磁する。発振層１０ａに印加される磁界は、「主磁極６１からの磁界および磁束集中層からの磁界の和」である。この磁界と、スピン注入層３０からのスピントルクとが釣り合い、発振層１０ａが発振する。  
すなわち、発振層１０ａを通過した電子において、スピン注入層３０と同じ向きのスピンをもった電子はスピン注入層３０を通過するが、スピン注入層３０と逆向きのスピンをもった電子は中間層２２とスピン注入層３０の界面で反射される。これにより、発振層１０ａにはスピン注入層３０からのスピントルクが働くこととなり、歳差運動が生じ、発振が行われる。
【００５４】
さらに、スピン注入層３０は主磁極６１からの磁界により書込み動作毎に着磁する。その結果、経年変化による発振層１０ａの消磁効果が大幅に減少し、安定な発振をするスピントルク発振子１０の作製が可能となる。従って、本実施形態を用いることにより、高い信頼性をもつ高密度磁気記録装置を提供することが可能となる。
【００５５】
また、安定した発振を実現するためには、発振層１０ａの媒体対向面１００（ＡＢＳ）に対して垂直方向の寸法と、発振層１０ａの積層方向の寸法とを等しくすることが望ましい。  
なお、適切な発振周波数を得るために、発振層１０ａを第１の実施の形態で述べた材料およびその積層膜としてもよい、また、主磁極６１からの磁界強度に合わせたスピン注入層３０の保磁力を得るために、第１の実施の形態で述べた材料およびその積層膜としてもよい。  
また、高周波数化を実現するためには、本発明の第２の実施の形態と同様に、発振層１０ａに隣接してバイアス層２０を付与してもよい。
【００５６】
また、本実施形態におけるその他のヘッド構成、動作原理、効果等は第１の実施の形態において説明したものと同様である。
【００５７】
ここで、スピントルク発振子１０の各磁性層は、その磁化容易軸方向が、図１０の場合であれば積層方向に、図１３の場合であれば面内方向にあればよい。そして、容易軸方向の固定は、結晶成長において、例えばＣｏＰｔ系であればｃ軸が容易軸方向に向くよう成長させることにより行うことができる。
【００５８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。  
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を例示する模式的斜視図である。  
図１５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッド５では、主磁極６１のトレーリング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０の積層体が設けられている。主磁極６１からシールド６２へ向かう方向と、スピントルク発振子１０の積層方向（層の厚み方向）と、は実質的に平行であり、スピン注入層３０及び発振層１０ａは、積層方向に対して実質的に平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向に磁化している。  
なお、本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、スピン注入層３０側の電極４１の機能はシールド６２が果たし、発振層１０ａ側の電極４２の機能は主磁極６１が果たす。すなわち、一対の電極が、主磁極６１とシールド６２である例である。もちろん、主磁極６１とシールド６２のバックギャップ部は互いに電気的に絶縁されている。なお、本実施形態では、主磁極６１及びシールド６２は、積層体と直接隣接しているが、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との距離を調節するために、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との間に金属体を適宜挿入しても良い。
【００５９】
発振層１０ａには、例えば、厚さ１０ÅのＣｏＦｅ及び厚さ６０ÅのＮｉＦｅの積層体を用いることができる。また、中間層２２には、例えば、厚さ２０ÅのＣｕを用いることができる。そして、スピン注入層３０及びバイアス層２０には、例えば、Ｏｓを５ａｔ％添加した厚さ４００ÅのＣｏＣｒ合金を用いることができる。
【００６０】
なお、発振層１０ａの材料、および、中間層２２の材料として、第１の実施の形態で述べた材料及び積層構造を有する材料を用いることができる。
【００６１】
また、スピン注入層３０及びバイアス層２０として、ＣｏＣｒ合金の他に、例えばＣｏＰｔ合金等のＣｏ系硬磁性合金を用いてもよい。すなわち、スピン注入層３０及びバイアス層２０として、垂直方向に磁化を有する各種の材料を用いることができる。さらに、Ｃｏ系硬磁性合金等の垂直方向に磁化を有する各種の材料への添加元素として、Ｏｓ以外にも、Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ、Ｐｄ等の元素を用いてもよい。すなわち、スピン注入層３０及びバイアス層２０の少なくともいずれかは、Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００６２】
これらの元素はｓ−ｄ相互作用またはスピン軌道相互作用を増加させるため、ダンピング定数を、通常の０．０２より、０．０５〜０．５に増加させることが可能となる。
【００６３】
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおける磁化反転時間とダンピング定数の関係を例示するグラフ図である。  
すなわち、図１６は、主磁極６１からスピントルク発振子１０への磁界方向が正方向から負方向へ変化した場合の、スピン注入層３０またはバイアス層２０の磁化反転時間と、ダンピング定数と、の関係を示している。  
ここで、磁化反転時間とは、主磁極６１からスピン注入層３０への印加磁界を瞬間的に＋５ｋＯｅから−６ｋＯｅに反転した場合に、スピン注入層３０の磁化が正方向から負方向へ反転するまでの時間である。
【００６４】
通常のスピン注入層３０またはバイアス層２０のダンピング定数は、０．０２程度であり、この時、図１６に表したように、磁化反転時間は、０．６４ｎｓである。一方、正方向から負方向へ主磁極６１からの磁界が反転する時間は、０．３ｎｓである。すなわち、この場合の磁化反転時間は、磁界が反転する時間の２倍程度となるため、主磁極６１の磁界が反転する際に、スピン注入層３０及びバイアス層２０の磁化反転がついていけず、発振が不安定になってしまう。その結果、媒体上の０／１の磁化反転領域での記録、特に良好なオーバーライト特性の実現が難しい。
【００６５】
一方、本実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、スピン注入層３０及びバイアス層２０のダンピング定数は０．１であり、この時、図１６に表したように、磁化反転時間は０．２９ｎｓとなる。正方向から負方向へ主磁極６１からの磁界が反転する時間は０．３ｎｓであり、磁化反転時間と実質的に同等である。このため、主磁極６１からの磁界の反転と実質的に同一速度で、スピン注入層３０及びバイアス層２０の磁化が反転する。その結果、本実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、主磁極６１の磁界が反転する時に高周波磁界発生の断絶を最小限にすることが可能となり、安定した磁気記録が可能となる。
【００６６】
さらに、スピン注入層３０及びバイアス層２０のダンピング定数の増加により、発振層１０ａの発振効率の向上を通じて、より効率的に媒体へ磁気記録することが可能となる。このことについて、以下に説明する。
【００６７】
スピントルクによって磁性層が発振し始める臨界駆動電流密度Ｊｃは、次式で表すことができる：  
【数２】
0004358279.tif 000003
ここで、Ｈｅｘｔは、外部磁界及び隣接磁性体からの交換結合磁界の和、Ｈｋは異方性磁界、Ｂｓは飽和磁束密度（すなわち４πＭｓ）、Ｎｄは反磁界定数、αはダンピング定数、ｅは電気素量、δは膜厚、ｐｏはポラリティ、ｈはプランク定数である。
【００６８】
数式２が示すように、臨界駆動電流密度Ｊｃはダンピング定数に比例するため、スピン注入層３０のダンピング定数の増加によりスピン注入層３０の臨界駆動電流密度Ｊｃが増加し、スピン注入層３０は回転しにくくなる。この結果、スピントルクによるエネルギーを効率的に発振層１０ａへ注入することが可能となる。また、スピン注入層３０の臨界駆動電流密度Ｊｃの増加に比例して、駆動電流密度及び発振層１０ａのＭｓδの増加を図ってもよい。この時、発振層１０ａのＭｓδと高周波磁界強度は比例するため、媒体への高周波磁界強度が増加する。高周波磁界強度は、媒体のＨｋの１０％程度必要であるため、高周波磁界強度の増加により、より高Ｈｋ媒体、すなわち、より高Ｋｕ媒体への記録が可能となり、さらなる高密度記録を達成できる。
【００６９】
また、発振層１０ａとバイアス層２０とは直接積層されているため、交換結合力を通じて、発振層１０ａの発振に引きずられて、バイアス層２０界面の磁化も一部発振してしまい、バイアス層２０から発振層１０ａへの実質的な交換結合磁界が減少してしまう。この時、バイアス層２０のダンピング定数を増加させることで、バイアス層２０界面でも発振し難くなり、バイアス層２０から発振層１０ａへの実質的な交換結合磁界の向上が可能となる。交換結合磁界の増加に伴い、発振周波数も増加する。また、高周波磁界アシスト記録では発振周波数と媒体の共鳴周波数とをほぼ一致させる必要がある。磁性体の共鳴周波数は異方性磁界（Ｈｋ）強度に比例するため、発振層１０ａの発振周波数の増加により、より高Ｈｋ媒体、すなわち、高Ｋｕ媒体の利用が可能となる。その結果、さらなる高密度記録を達成することが可能となる。  
なお、バイアス層２０とスピン注入層３０の発振特性や臨界駆動電流密度Ｊｃを最適化するために、バイアス層２０とスピン注入層３０への添加元素（Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ、Ｐｄ等）及び添加量を、それぞれ別にしてもよい。
【００７０】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。  
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を例示する模式的斜視図である。  
図１７に表したように、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０が設けられている。主磁極６１からシールド６２へ向かう方向と、スピントルク発振子１０の積層方向（層の厚み方向）と、は実質的に垂直であり、スピン注入層３０及び発振層１０ａは、積層方向に対して実質的に垂直である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向に磁化している。  
なお、図１７では、スピン注入層３０側の電極４１及び発振層１０ａ側の電極４２は、省略されている。
【００７１】
発振層１０ａには、例えば、厚さ１０ÅのＣｏＦｅ及び厚さ６０ÅのＮｉＦｅの積層体を用いることができる。また、中間層２２には、例えば、厚さ２０ÅのＣｕを用いることができる。そして、スピン注入層３０には、例えば、厚さ４００ÅのＣｏＣｔ合金を用いることができる。また、スピン注入層３０に隣接する電極４１には、例えば、厚さ４０ÅのＰｔ及び厚さ４０ÅのＲｕの積層体を用いることができる。  
なお、発振層１０ａ、中間層２２及びスピン注入層３０には、第１の実施の形態で述べた材料及び積層構造を用いることができる。
【００７２】
スピン注入層３０に隣接する電極４１の材料として、スピン散乱距離が短い材料である、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む材料を用いてもよい。さらに、電極４１の材料として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選ばれた少なくとも２つからなる合金を含む材料を用いてもよい。
【００７３】
また、電極４１の材料として、スピン散乱距離が長い、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層と、スピン散乱距離が短い、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層、との積層膜を用いてもよい。  
さらに、電極４１の材料として、スピン散乱距離が長い、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層と、スピン散乱距離が短い、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも２つを含む合金、との積層膜を用いてもよい。
【００７４】
さらに、電極４１の材料として、スピン散乱距離が長い、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも２つを含む合金と、スピン散乱距離が短い、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層、との積層膜を用いてもよい。  
さらに、電極４１の材料として、スピン散乱距離が長い、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも２つを含む合金と、スピン散乱距離が短い、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも２つを含む合金、との積層膜を用いてもよい。
【００７５】
電極４１の材料として、上記材料を用いることにより、スピン注入層３０のダンピング定数を増加させることができる。これにより、本発明の第４の実施形態で説明したのと同様に、スピン注入層３０のダンピング定数を大きくすることによって、安定な磁気記録の実現およびさらなる高密度記録が可能となる。
【００７６】
図１８は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおけるスピントルクの特性を例示する概念図である。  
すなわち、図１８は、スピン散乱距離が短い材料をスピン注入層３０側の電極４１に用いることにより、スピン注入層３０のダンピング定数を増加させることが可能となる理由を説明するための概念図である。  
図１８に表したように、スピン注入層３０の磁化が揺らぐことにより磁化が回転すると、回転に応じたスピン流３１がスピン注入層３０から電極４１に流れる。このスピン流３１はスピン注入層３０の磁化から角運動量をもらっている。電極４１のスピン散乱距離は短いため、電極４１に到達したスピン流３１はスピン注入層３０との界面付近で完全に吸収され、電極４１からスピン注入層３０への戻りはほとんどない。このためスピン流３１の角運動量も電極４１でほとんどが散逸してしまう。これはすなわち、スピン注入層３０で磁化が回転する際に、スピン散乱距離が短い材料からなる電極４１が隣接していると、回転を弱める方向に電極４１からスピントルク３２が印加されることと同等であり、実効的にダンピング定数が増加することに相当する。
【００７７】
なお、スピン注入層３０、スピン散乱距離が長い材料、及び、スピン散乱距離が短い材料をこの順に積層し、かつ、スピン散乱距離が長い材料の膜厚がスピン散乱距離以下である積層膜でも、同様にダンピング定数が減少する。これは、スピン注入層３０で発生したスピン流が、スピン散乱距離が長い材料を通過する際にも乱されずに、スピン散乱距離が短い材料まで到達するためである。
【００７８】
なお、バイアス層２０がある場合には、バイアス層２０に隣接する電極４２の材料として、スピン散乱距離が短い材料である、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む材料を用いてもよい。さらに、バイアス層２０に隣接する電極４２の材料として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選ばれた少なくとも２つを含む合金を用いてもよい。
【００７９】
また、上記で説明した電極４１と同様に、電極４２の材料として、スピン散乱距離が長い、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層またはその群から選ばれた少なくとも２つを含む合金、及び、スピン散乱距離が短い、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む層またはその群から選ばれた少なくとも２つを含む合金、との積層膜を用いてもよい。
【００８０】
電極４２の材料として、上記材料を用いることにより、バイアス層２０のダンピング定数を増加させることができる。ダンピング定数を増加させることが可能な理由は、上記で説明したスピン注入層３０のダンピング定数が増加したのと同様な理由である。このような電極材料を用いてバイアス層２０のダンピング定数を増加させることにより、本実施形態に係る磁気記録ヘッドは、第４の実施形態と同様に、さらなる高密度記録が可能となる。
【００８１】
なお、バイアス層２０がない場合にも電極４２が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含んでもよい。  
さらに、電極４１及び電極４２の両方が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含んでもよい。
【００８２】
さらに、第４の実施形態で説明した、スピン注入層３０及びバイアス層２０の少なくともいずれかが、Ｒｕ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｒｈ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含むことと、本実施形態で説明した、電極４１及び電極４２の少なくともいずれかが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含むこと、を同時に実施してもよい。
【００８３】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。  
図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。  
図１９に表したように、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０の積層体が設けられている。主磁極６１からシールド６２へ向かう方向と、スピントルク発振子１０の積層方向（層の厚み方向）と、は実質的に平行であり、スピン注入層３０および発振層１０ａは、積層方向に対して実質的に平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向に磁化している。  
そして、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層（第６の磁性体層）９１、及び、バイアス層２０に隣接する第３バイアス層（第７の磁性体層）９２、がさらに設けられている。これら第２バイアス層９１、及び、第３バイアス層９２は、スピントルク発振子１０の積層方向に対して実質的に平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向から若干積層垂直方向に傾いて、磁化している。  
すなわち、第２バイアス層（第６の磁性体層）９１の磁化容易軸は、主磁極６１が積層体に対向する面の法線と略垂直である。また、第３バイアス層（第７の磁性体層）９２の磁化容易軸も、主磁極６１が積層体に対向する面の法線と略垂直である。  
また、第２バイアス層（第６の磁性体層）９１の結晶異方性磁界の絶対値は、第２バイアス層（第６の磁性体層）９１の飽和磁束密度の１／２以上である。また、第３バイアス層（第７の磁性体層）９２の結晶異方性磁界の絶対値は、第３バイアス層（第７の磁性体層）９２の飽和磁束密度の１／２以上である。
なお、本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、スピン注入層３０側の電極４１の機能はシールド６２が果たし、発振層１０ａ側の電極４２の機能は主磁極６１が果たす。すなわち、一対の電極が、主磁極６１とシールド６２である例である。もちろん、主磁極６１とシールド６２のバックギャップ部は互いに電気的に絶縁されている。なお、本実施形態では、主磁極６１及びシールド６２は、積層体と直接隣接しているが、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との距離を調節するために、主磁極６１及びシールド６２と、積層体との間に金属体を適宜挿入しても良い。
【００８４】
スピントルク発振子１０の通電方向と垂直のサイズは、例えば、１辺６００Åの正方形である。そして、バイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２には、例えば、膜厚１００ÅのＣｏＩｒを用いることができる。バイアス層２０には、例えば、膜厚４００ÅのＣｏＰｔ合金を用いることができる。発振層１０ａには、例えば、膜厚３０ÅのＦｅＣｏ、膜厚３０ÅのＮｉＦｅ、膜厚３０ÅのＦｅＣｏ、及び、膜厚３０ÅのＮｉＦｅが順に積層された積層体を用いることができる。中間層２２には、例えば、膜厚３０ÅのＣｕを用いることができる。スピン注入層３０には、例えば、膜厚２００ÅのＣｏＰｔ合金を用いることができる。スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１には、例えば、膜厚５０ÅのＦｅＣｏを用いることができる。
【００８５】
なお、発振層１０ａの材料、および、中間層２２として、第１の実施の形態で述べた材料及び積層構造を用いることができる。  
また、バイアス層２０及びスピン注入層３０として、ＣｏＣｒ合金等のＣｏ系硬磁性合金を用いてもよい。また、バイアス層２０及びスピン注入層３０を単磁区化したり、記録ギャップ内に入れるために、これらの膜厚を１００Åから８００Åの間で適宜調整してもよい。  
なお、スピン注入層３０には、第４の実施形態で述べた添加元素を加えてもよい。
【００８６】
第２バイアス層９１及び第３バイアス層９２には、第１の実施の形態で述べた高Ｂｓ軟磁性材料やＣｏＩｒ等の負の一軸結晶異方性をもつ材料、及び、それらの積層構造を用いることができる。第２バイアス層９１及び第３バイアス層９２の材料や積層構造を変えることによる、第２バイアス層９１及び第３バイアス層９２の飽和磁束密度や結晶異方性磁界の調整により、磁化反転時間を調節することができる。
【００８７】
図２０は、本発明の第６の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの特性を例示するグラフ図である。  
すなわち、図２０は、スピン注入層３０に隣接した第２バイアス層９１の飽和磁束密度とスピン注入層３０の磁化反転時間との関係を示す。  
同図において、第２のバイアス層９１をＮｉＦｅとＦｅＣｏの積層体とし、ＮｉＦｅとＦｅＣｏの膜厚比を変化させることで、第２バイアス層９１の飽和磁束密度を８００ｅｍｕ／ｃｃから１９５０ｅｍｕ／ｃｃまで変えている。磁化反転時間の定義は、第４の実施形態で説明したものと同様である。
【００８８】
図２０に表したように、第２バイアス層９１（面内バイアス層）がない場合、磁化反転時間は０．６５ｎｓであるが、第２バイアス層９１（面内バイアス層）をスピン注入層３０に積層することにより、磁化反転時間が０．５６〜０．２９ｎｓに短縮する。
【００８９】
このように、磁化反転時間の短縮により、主磁極の磁界が反転する時に高周波磁界発生の断絶を最小限にすることが可能となり、安定した磁気記録が可能となる。特に第２バイアス層９１の飽和磁束密度を大きくするほど、磁化反転時間が短縮する。これは、第２バイアス層９１の飽和磁束密度が大きくなると形状異方性の効果が大きくなり、第２バイアス層９１の面内磁化成分が大きくなるためである。交換結合力を通じて、第２バイアス層９１の面内磁化成分に比例した面内方向のトルクが、スピン注入層３０に印加され、そのトルクが大きいほど、高速な磁化反転が可能となる。
【００９０】
なお、上記説明したスピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１の特性は、バイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２にも適用できる。
【００９１】
また一方、スピン注入層３０と第２バイアス層９１との交換結合力が強すぎ、スピン注入層からの垂直方向のトルクにより第２バイアス層９１が垂直に磁化する場合がある。この場合、第２バイアス層９１には面内方向の磁化成分がないため、スピン注入層３０に面内方向成分のトルクが働かず、磁化反転時間の低減が不可能となる。このような事態を避けるために、スピン注入層３０と第２バイアス層９１を直接積層せず非磁性体層を挿入し、スピン注入層３０と第２バイアス層間９１の交換結合を調節してもよい。  
バイアス層２０と、バイアス層２０に隣接した第３バイアス層９２と、の間にも、同様に非磁性体層を挿入して、これらの層間の交換結合を調節してもよい。
【００９２】
また、磁化反転時に主磁極用コイルにオーバーシュート電流を通電してもよい。オーバーシュート電流により磁化反転時間の短縮が可能となる。これは、オーバーシュートにより主磁極６１からスピントルク発振子１０への磁界強度およびトルクが増加するためである。なお、オーバーシュート電流の大きさや、立上り時間、保持時間、立下り時間は、記録のビットエラーレートが最適になるように、調整すればよい。
【００９３】
また、発振層１０ａの発振状態の早期反転のために、磁化反転時に駆動電流にパルス電流を重畳してもよい。磁化反転時にはバイアス層２０やスピン注入層３０の磁化反転に対応して、発振層１０ａの発振方向も反転する。駆動電流にパルス電流を重畳することで、発振層１０ａへのスピントルクがパルス電流分だけ増加する。その結果、バイアス層２０やスピン注入層３０の磁化反転にすばやく追従して、発振層１０ａの発振方向も反転することが可能となる。なお、パルス電流の強度や、立上り時間、保持時間、立下り時間、および、磁化反転に対するパルス開始タイミングの先送り・遅延は、記録のオーバーライトや、ビットエラーレートが最適になるように調整すればよい。
【００９４】
なお、上記の本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１、及び、バイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２、の両方が設けられた例であるが、本発明はこれには制限されず、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１、及び、バイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２、のどちらか一方を設けてもよい。これにより、磁化反転時間が短縮し、安定した磁気記録が可能となる。
【００９５】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。  
図２１は、本発明の第７の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。  
図２１に表したように、本発明の第７の実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間に、スピントルク発振子１０の積層体が設けられている。主磁極６１からシールド６２へ向かう方向と、スピントルク発振子１０の積層方向（膜の厚み方向）は実質的に平行であり、スピン注入層３０及び発振層１０ａは、積層方向に対して実質的に平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向に磁化している。
【００９６】
そして、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層（第６の磁性体層）９１が設けられている。第２バイアス層９１は、積層方向に対して実質的に平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向から若干積層垂直方向に傾いて磁化している。  
【００９７】
上記のスピントルク発振子１０において、発振層１０ａには、例えば、膜厚３０ÅのＦｅＣＯ、及び、膜厚９０ÅのＣｏＦｅＢの積層体を用いることができる。中間層２２には、例えば、膜厚３０ÅのＣｕを用いることができる。スピン注入層３０には、例えば、膜厚２００ÅのＣｏＰｔ合金を用いることができる。  
また、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１には、例えば、膜厚１００ÅのＣｏＩｒを用いることができる。
【００９８】
また、発振層１０ａと主磁極６１との間に、膜厚３０ÅのＴａ、膜厚３０ÅのＲｕ、及び、膜厚３０ÅのＣｕ、の積層構造体２５が設けられている。この積層構造体２５と主磁極６１が発振層１０ａ側の電極４２の機能を果たし、スピン注入層３０側の電極４１の機能はシールド６２が果たす。もちろん、主磁極６１とシールド６２のバックギャップ部は互いに電気的に絶縁されている。積層構造体２５により、主磁極６１と発振層１０ａとの距離を調節し、媒体上で記録磁界と高周波磁界とを効率よく重畳させることができる。発振層１０ａやスピン注入層３０の膜厚によっては、スピン注入層３０とシールドとの間に金属体を適宜挿入しても良い。
【００９９】
なお、発振層１０ａ及び中間層２２として、第１の実施の形態で述べた材料及び積層構造を用いることができる。  
また、スピン注入層３０として、ＣｏＣｒ合金等のＣｏ系硬磁性合金を用いてもよい。またスピン注入層３０の膜厚を１００Åから８００Åの間で適宜調整してもよい。  
なお、スピン注入層３０には、第４の実施形態で述べた添加元素を加えてもよい。
【０１００】
また、第２バイアス層９１の材料として、第１の実施形態で述べた高Ｂｓ軟磁性材料や負の一軸結晶異方性をもつ材料、および、それらの積層構造を用いることができる。
【０１０１】
今回、本実施形態に係る磁気記録ヘッドのスピントルク発振子１０の磁化反転時間は、０．３５ｎｓと、高速に反転することを見いだした。この理由について以下に説明する。  第６の実施の形態の説明で述べたように、磁化反転の高速化には第２バイアス層９１が面内に磁化していることが重要である。一般的に結晶異方性と形状異方性を考慮した面内方向に対する実効的な異方性磁界は、下記のように表すことができ、この値が大きいほど面内に磁化し易くなる：
［数３］  
Ｈｋ実効  ＝  Ｂｓ（Ｎｄ垂直  −  Ｎｄ面内）＋Ｈｋ
ここで、Ｈｋは第２バイアス層９１の面内方向の結晶異方性磁界、Ｂｓは第２バイアス層９１の飽和磁束密度（すなわち第２バイアス層９１の飽和磁化をＭｓとすると４πＭｓ）、Ｎｄ垂直は第２バイアス層９１の垂直方向の反磁界係数、Ｎｄ面内は第２バイアス層９１の面内方向の反磁界係数である。
【０１０２】
Ｎｄ垂直−Ｎｄ面内は、一般的に０．５か、それ以上となる。第２バイアス層９１に用いたＣｏＩｒは飽和磁化が１０００ｅｍｕ／ｃｃであるため、Ｂｓ（Ｎｄ垂直−Ｎｄ面内）＝６．３ｋＧかそれ以上となる。また、第２バイアス層９１のＣｏＩｒの結晶異方性磁界が垂直方向に−１０ｋＯｅであるため、実効的にこの式では面内異方性磁界Ｈｋ＝＋１０ｋＯｅと考えてよい。この結果、第２バイアス層９１の実効的な異方性磁界Ｈｋ実効＝１６．３ｋＯｅかそれ以上と非常に大きく、容易に面内磁化する。この結果、磁化反転時間の高速化が可能となる。
【０１０３】
今回、実効的な異方性磁界が大きくなった理由は、Ｂｓ（Ｎｄ垂直−Ｎｄ面内）に比べて、ＣｏＩｒの結晶異方性磁界が１０ｋＯｅと非常に大きいためである。このように、結晶異方性磁界がＢｓ（Ｎｄ垂直−Ｎｄ面内）と等しいか、もしくはそれ以上の場合に、実効的な異方性磁界は非常に大きくなり、第２バイアス層９１を容易に面内方向に磁化することが可能となり、磁化反転時間の短縮が可能となる。その結果、より高速の転送レートの磁気記録装置への利用が可能となる。
【０１０４】
なお、上記の本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１が設けられた例であるが、本発明はこれには制限されず、バイアス層２０及びバイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２を設けても良い。これにより、上記で説明した第２バイアス層９１と同様の機構により、第３バイアス層９２によって磁化反転時間の高速化が可能となる。
【０１０５】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。  
図２２は、本発明の第８の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。  
図２２に表したように、本発明の第８の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、主磁極６１のトレーリング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０が設けられている。主磁極６１からシールド６２へ向かう方向と、スピントルク発振子１０の積層方向（膜の厚み方向）とは、実質的に垂直であり、スピン注入層３０および発振層１０ａは、積層方向に対して垂直である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向に、または、逆方向に磁化している。  
そして、スピン注入層３０に隣接して、第２バイアス層９１が設けられている。第２バイアス層９１は、スピントルク発振子１０の積層方向に対して平行な方向に磁化している。  
なお、図２２では、スピン注入層３０側の電極４１及び発振層１０ａ側の電極４２は、省略されている。
【０１０６】
スピントルク発振子１０の、通電方向と垂直のサイズは、例えば、３００Å×５００Åの長方形である。そして、発振層１０ａには、例えば、膜厚６０ÅのＦｅＣｏ６０及び膜厚９０ÅのＣｏＦｅＢが積層された積層体を用いることができる。中間層２２には、例えば、膜厚３０ÅのＣｕを用いることができる。スピン注入層３０には、例えば、３００ÅのＣｏＩｒ合金を用いることができる。第２バイアス層９１には、膜厚５０ÅのＣｏＰｔを用いることができる
なお、発振層１０ａ及び中間層２２として、第１の実施の形態で述べた材料及び積層構造を用いることができる。  
スピン注入層３０を単磁区化したり、記録ギャップ内に入れるために、スピン注入層３０の膜厚を１００Åから８００Åの間で適宜調整してもよい。
【０１０７】
なお、スピン注入層３０には、第４の実施形態で述べた添加元素を加えてもよい。  
また、第２バイアス層９１として、ＣｏＣｒ合金等のＣｏ系硬磁性合金を用いてもよい。また、スピン注入層３０と第２バイアス層９１を直接積層せず、非磁性体層を挿入し、これらの層間の交換結合力を調整してもよい。
【０１０８】
本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、第２バイアス層９１を挿入することにより、スピン注入層３０の磁化反転時間が０．２５ｎｓとなり、時間反転時間を高速化することが可能である。これは、第２バイアス層９１が垂直磁化しており、この磁化が静磁結合および交換結合を通じて、スピン注入層３０の磁化方向と垂直にトルクを及ぼしたためである。  
このように第２バイアス層９１が垂直に磁化する条件は、下記のように示される：
【数４】
0004358279.tif 000004
ここで、Ｈｋは第２バイアス層９１の結晶異方性磁界、Ｂｓは第２バイアス層９１の飽和磁束密度（第２バイアス層の飽和磁化をＭｓとすると４πＭｓ）、Ｎｄ垂直は第２バイアス層９１の垂直方向の反磁界係数、Ｎｄ面内は第２バイアス層９１の面内方向の反磁界係数である。Ｎｄ垂直−Ｎｄ面内は一般的に０．５かそれ以上となるため、第２バイアス層９１が垂直に磁化するためには、結晶異方性磁界が飽和磁束密度（Ｂｓ＝４πＭｓ）の０．５倍以上ある必要がある。このような条件を満たす場合、磁化反転時間の高速化が可能となり、より高い転送レートでの利用が可能となる。
【０１０９】
なお、上記の本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいては、スピン注入層３０に隣接する第２バイアス層９１が設けられた例であるが、本発明はこれには制限されず、バイアス層２０及びバイアス層２０に隣接する第３バイアス層９２を設けても良い。これにより、上記の第２バイアス層９１の特性についての説明は、第３バイアス層９２の特性に関しても適用できる。
【０１１０】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。  
図２３は、本発明の第９の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。  
図２３に表したように、本実施形態に係る磁気記録ヘッドでは、図１５に例示した磁気記録ヘッドに対して、スピントルク発振子１０の構造が異なっている。すなわち、図１９に例示された第２のバイアス層９１と第３のバイアス層９２と同様の機能を果たす層が、それぞれ、スピン注入層３０とバイアス層２０の中に積層された構造を有している。
【０１１１】
すなわち、スピン注入層３０は、第８の磁性体層（磁性体層９６及び磁性体層９８）と、第８の磁性体層に積層された第９の磁性体層（磁性体層９７）と、を有している。第９の磁性体層（磁性体層９７）の飽和磁束密度は、第８の磁性体層（磁性体層９６及び磁性体層９８）の飽和磁束密度より大きい。
【０１１２】
さらに、バイアス層２０は、第１０の磁性体層（磁性体層９３及び磁性体層９５）と、第１０の磁性体層に積層された第１１の磁性体層（磁性体層９４）と、を有している。第１１の磁性体層（磁性体層９４）の飽和磁束密度は、第１０の磁性体層（磁性体層９３及び磁性体層９５）の飽和磁束密度より大きい。
【０１１３】
すなわち、第９の磁性体層が、上記の第２バイアス層９１の機能を果たし、第１１の磁性体層が、上記の第３バイアス層９２の機能を果たす。これにより、上記の第２バイアス層９１及び第３バイアス層９２と同様の効果により、磁化反転時間の高速化が可能となり、より高い転送レートでの利用が可能となる。
【０１１４】
また、図２３に例示した磁気記録ヘッドでは、スピン注入層３０とバイアス層２０とが、それぞれ、第８の磁性体層と第９の磁性体層との積層構造、及び、第１０の磁性体層と第１１の磁性体層との積層構造を有している例であるが、スピン注入層３０及びバイアス層２０のいずれか一方が、第８の磁性体層と第９の磁性体層との積層構造、または、第１０の磁性体層と第１１の磁性体層との積層構造を有していてもよい。
【０１１５】
また、図２３に例示した磁気記録ヘッドでは、スピン注入層３０が、第９の磁性体層（磁性体層９７）が２枚の第８の磁性体層（磁性体層９６、９８）に挟まれた構造を有していたが、第８の磁性体層が単層であり、単層の第８の磁性体層に第９の磁性体層が積層されていてもよい。同様に、第１０の磁性体層が単層であり、単層の第１０の磁性体層に第１１の磁性体層が積層されていてもよい  
さらに、本実施形態で説明した、スピン注入層３０及びバイアス層２０の少なくとも一方に、第８の磁性体層と第９の磁性体層との積層構造、または、第１０の磁性体層と第１１の磁性体層との積層構造を設け、それと同時に、第６の実施形態で説明した、第２バイアス層９１及び第３バイアス層９２の少なくともいずれか、を設けてもよい。
【０１１６】
さらに、本実施形態で説明した、第８、第９、第１０、第１１の磁性体層を有する構造及び第２、第３バイアス層を有する構造、並びに、第４、第５の実施形態で説明した材料の使用を同時に実施してもよい。
【０１１７】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。すなわち、図１〜図４、図６〜図７及び図１０〜図２３に関して説明した本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッド５は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１１８】
図２４は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【０１１９】
すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク（媒体ディスク）１８０は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【０１２０】
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー３は、図２に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１２１】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー３の媒体対向面１００（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダーが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１２２】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１２３】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１２４】
図２５は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリ１６０をディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【０１２５】
サスペンション１５４の先端には、図１〜図４及び図６〜図１８に関して前述した、いずれかの磁気記録ヘッド５を具備するヘッドスライダー３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は、磁気ヘッドアセンブリ１６０の電極パッド１６５である。
【０１２６】
本発明によれば、図１〜図４及び図６〜図１８に関して前述したような磁気記録ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で垂直磁気記録型の媒体ディスク１８０に情報を確実に記録することが可能となる。なお、効果的な高周波アシスト記録を行うためには、使用する媒体ディスク１８０の共鳴周波数とスピントルク発振子１０の発振周波数とをほぼ等しくすることが望ましい。
【０１２７】
図２６は、本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。  
すなわち、本実施形態の磁気記録媒体１は、非磁性体（あるいは空気）８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック（記録トラック）８６を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図４及び図６〜図１４に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【０１２８】
スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体１では、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
【０１２９】
本実施形態によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来より遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
【０１３０】
図２７は、本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。  
すなわち、本具体例の磁気記録媒体１は、非磁性体８７により互いに分離された磁性ディスクリートビット８８を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図４及び図６〜図１４に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【０１３１】
本発明によれば、図２６及び図２７に表したように、ディスクリート型の磁気記録媒体１において、高い保磁力を有する記録層に対しても確実に記録することができ、高密度且つ高速の磁気記録が可能となる。
【０１３２】
この具体例においても、スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本実施例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット８８の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）化と微細化を進めることで、１０Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。
【０１３３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例えば、図１〜図４及び図６〜図７及び図１０〜図２７に関して前述した各具体例のいずれか２つあるいはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたのも、本発明の範囲に包含される。  
すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２】磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【図３】磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１０の構造を例示する模式図である。
【図４】図３に示したスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッドの書込み動作を説明するグラフ図である。
【図５】比較例による高周波アシスト磁気ヘッドの書込み動作を説明するグラフ図である。
【図６】本実施形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。
【図７】本実施形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。
【図８】スピントルク発振子の電流方向と磁気記録ヘッドの動作の関係を説明するための概念図である。
【図９】スピントルク発振子の電流方向と磁気記録ヘッドの動作の関係を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。
【図１２】図１１に示したスピントルク発振子１０を備えた磁気記録ヘッドの書込み動作を説明するグラフ図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図１４】第３の実施の形態の磁気記録ヘッドの動作を説明するための概念図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を例示する模式的斜視図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおける磁化反転時間とダンピング定数の関係を例示するグラフ図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を例示する模式的斜視図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおけるスピントルクの特性を例示する概念図である。
【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２０】本発明の第６の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
【図２１】本発明の第７の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２３】本発明の第９の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２４】本発明の第１０の実施形態に係る磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図２５】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図２６】本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
【図２７】本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１…磁気記録媒体、  ３…ヘッドスライダー、  ３Ａ…空気流入側、  ３Ｂ…空気流出側、  ４…スピンドルモータ、  ５…磁気記録ヘッド、  １０…スピントルク発振子、  １０ａ…発振層（第１の磁性体層）、  ２０…バイアス層（第５の磁性体層）、  ２２…中間層、  ２５…積層構造体、  ３０…スピン注入層（第２の磁性体層）、  ３１…スピン流、  ３２…スピントルク、  ４０ａ…磁束集中層（第３の磁性体層）、  ４０ｂ…磁束集中層（第４の磁性体層）、  ４１…電極、  ４２…電極、  ５２…駆動電子流、  ６０…書込みヘッド部、  ６１…主磁極、  ６２…シールド、  ６３…励磁コイル、  ７０…再生ヘッド部、  ７１…磁気再生素子、  ７２ａ…磁気シールド層、  ７２ｂ…磁気シールド層、  ８０…磁気記録媒体（媒体）、  ８１…磁気記録層、  ８２…媒体基板、  ８４…磁化（記録磁化）、  ８５…媒体走行方向、  ８６…磁性ディスクリートトラック（記録トラック）、  ８７…非磁性体、  ８８…磁性ディスクリートビット、  ９１…第２バイアス層（第６の磁性体層）、  ９２…第３バイアス層（第７の磁性体層）、  ９３、９５…第８の磁性体層、  ９４…第９の磁性体層、  ９６、９８…第１０の磁性体層、  ９７…第１１の磁性体層、  １００…媒体対向面、  １５０…磁気記録再生装置、  １５２…スピンドル、…１５４  サスペンション、  １５５…アクチュエータアーム、  １５６…ボイスコイルモータ、  １５７…スピンドル、  １６０…磁気ヘッドアセンブリ、  １６４…リード線、  １６５…電極パッド、  １８０…記録用媒体ディスク（媒体ディスク）
【図１】
0004358279.tif 000005
【図２】
0004358279.tif 000006
【図３】
0004358279.tif 000007
【図４】
0004358279.tif 000008
【図５】
0004358279.tif 000009
【図６】
0004358279.tif 000010
【図７】
0004358279.tif 000011
【図８】
0004358279.tif 000012
【図９】
0004358279.tif 000013
【図１０】
0004358279.tif 000014
【図１１】
0004358279.tif 000015
【図１２】
0004358279.tif 000016
【図１３】
0004358279.tif 000017
【図１４】
0004358279.tif 000018
【図１５】
0004358279.tif 000019
【図１６】
0004358279.tif 000020
【図１７】
0004358279.tif 000021
【図１８】
0004358279.tif 000022
【図１９】
0004358279.tif 000023
【図２０】
0004358279.tif 000024
【図２１】
0004358279.tif 000025
【図２２】
0004358279.tif 000026
【図２３】
0004358279.tif 000027
【図２４】
0004358279.tif 000028
【図２５】
0004358279.tif 000029
【図２６】
0004358279.tif 000030
【図２７】
0004358279.tif 000031