JP6475511B2 - 磁性細線再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性細線再生装置に関する。

磁性細線に形成された磁区の情報（磁化の方向）を読み取る（再生する）装置を、「磁性細線再生装置」と呼ぶことにする。このような磁性細線再生装置としては、特許文献１のような装置が知られている。かかる装置においては、磁性細線の長手方向からパルス電流を流して当該長手方向（の電子の移動方向）に磁区をシフト移動させている。そして、磁区の情報を再生するためには磁気センサを用いている。磁気センサにはバイアス電流として定電流を流し、磁気センサの電圧を検出することで当該磁気センサの抵抗値を判定し、この抵抗値から磁区の情報（磁化の方向）を読み取ることができる。

しかし、前記のパルス電流により、磁気センサにノイズが発生し、あるいは、磁気センサ自体が破損する恐れがある。
このような破損等を防止するために、磁気センサと磁性細線との間に絶縁性の膜（絶縁膜）を形成することが考えられる。

図７に示すデータ再生手段３０Ａは、このような絶縁膜を備えた磁性細線再生装置の一例となる。図７において、磁性細線５は長尺の磁性細線を模式的に示している。パルス電流源１１は、磁区をシフト移動するためのパルス電流を発生する装置である。この例では、矢印で示すように、パルス電流が磁性細線５を図７の右側から左側に向けて流れるので、電子は磁性細線５を左側から右側に向けて移動し、よって、前記の磁区Ｄは磁性細線５を左側から右側に向けてシフト移動する。

データ再生手段３０Ａは、磁区Ｄの磁化の方向を検出する磁気センサ３１を備えている。磁気センサ３１としては、ＴＭＲ素子、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、ホール素子等を用いることができる。
また、データ再生手段３０Ａは、磁気センサ３１にバイアス電流用の定電流を供給する定電流源３２を備えている。このバイアス電流用の定電流は連続的に磁気センサ３１に供給される。
さらに、データ再生手段３０Ａは、磁気センサ３１の電圧を測定することで、磁気センサ３１の抵抗を検出する電圧センサである抵抗測定部３３を備えている。磁気センサ３１は、バイアス電流の供給を受けることで、磁性細線５に形成されている磁区Ｄの磁化の方向に応じて抵抗が変動し、抵抗測定部３３は当該抵抗の変動を電圧の変動として測定することができるので（四端子法）、磁区Ｄの磁化の方向（前記の例で、上向きか下向きか）を判断することができる。

磁気センサ３１と磁性細線５との間には、絶縁性の膜である絶縁膜３４が介装されている。絶縁膜３４は、パルス電流源１１から磁性細線５に供給するパルス電流が磁気センサ３１に悪影響を与えないように、磁性細線５と磁気センサ３１とを絶縁する。

図８は、データ再生手段３０Ａにおけるパルス電流の時間変化（ａ）と、抵抗測定部３３で得られる再生信号の時間変化（ｂ）とを示している。パルス電流の立ち上がりのタイミングから時間Ｔ２の間は、磁区Ｄの移動が現実に開始するまでの遅延時間、及び、磁壁ＤＷが磁気センサ３１の下に到達するまでに要する時間の和である。また、時間Ｔ２の経過時点から時間Ｔ３の間は、磁壁ＤＷが磁気センサ３１を通過するのに要する時間である。
図８（ｂ）の例では、磁気センサ３１で磁化の方向が上向きの磁区Ｄを検出し（Ｈレベル）、その次に下向きの磁区Ｄを検出し（Ｌレベル）、その後に上向きの磁区Ｄを検出している（Ｈレベル）様子を示している。

特開２０１１−１２３９４３号公報

ところで、前記のようなデータ再生手段３０Ａにおいては、磁気センサ３１と磁性細線５との間には絶縁膜３４が介装されている。この絶縁膜３４が薄すぎると、パルス電流が絶縁膜３４を通過して磁気センサ３１に流れ込み、ノイズの原因になるのみならず、磁気センサ３１の測定系を破壊する恐れがある。すなわち、一例を挙げると、磁気センサ３１がＴＭＲ素子の場合、当該ＴＭＲ素子は、例えば、１．５ｎｍ程度の膜厚のＣｏＦｅＢの薄膜によって、１ｎｍ程度の膜厚のＭｇＯの薄膜を上下から挟みこんだ構造である。そして、前記のバイアス電流を常時通電するようにしていると、ＭｇＯの薄膜を上下から挟みこむＣｏＦｅＢの薄膜間のエネルギーバリアが低下し、外乱の影響を受けやすくなる。そのため、前記のノイズの発生や、磁気センサ３１の測定系の破壊につながる。

一方、このような不具合を防止するために、絶縁膜３４を厚くすると、磁気センサ３１と磁性細線５との距離が離れてしまい、磁気センサ３１の周囲において、磁性細線５から生じる磁力は小さくなり、磁気センサ３１から得られる検知信号（再生信号）レベルが小さくなってしまう。
そこで、本発明は、磁気センサの破損等を確実に防止しつつも、磁気センサの再生信号レベルを高めることができる磁性細線再生装置を提供することを課題とする。

本発明の一形態は、パルス電流源と、磁気センサと、定電流源と、抵抗測定部と、第１スイッチング素子と、立ち下がり検出部と、立ち上がり検出部と、第１スイッチング部とを備えたことを特徴とする磁性細線再生装置である。

本発明によれば、パルス電流源は、磁性膜が細線状に形成され、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区が形成される磁性細線に、磁区をシフト移動させるための電子をパルス電流により供給する。定電流源は、磁区の磁化の方向を検出する磁気センサと、磁気センサにバイアス電流用の定電流を供給する。抵抗測定部は、磁気センサの電圧を測定することで磁気センサの抵抗を検出する。第１スイッチング素子は、定電流源により磁気センサに供給する定電流をＯＮ、ＯＦＦする。第１スイッチング部は、立ち下がり検出部及び立ち上がり検出部の検出結果に基づいて、パルス電流源により磁性細線に流すパルス電流が立ち下がるときは定電流の供給をＯＮにし、立ち上がるときはＯＦＦにするように、第１スイッチング素子を制御する。

よって、本発明によれば、パルス電流が立ち上がっている期間には、バイアス電流を流さないようにしている。そのため、バイアス電流が常時流れている場合に比べ、磁気センサは、磁性細線からのパルス電流の影響を受けにくく、ノイズの発生や、磁気センサの測定系の破壊を防止することができる。しかも、そのために、絶縁膜を厚く設ける必要はない。よって、磁気センサを磁性細線に十分近づけて設けることができる。

本発明の磁性細線再生装置によれば、磁気センサの破損等を確実に防止しつつも、磁気センサの再生信号レベルを高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置を説明するための概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置の構成を模式的に説明する平面図（ａ）、同磁気記録媒体記録再生装置に内蔵される磁気記録媒体の構成を模式的に説明する平面図（ｂ）である。 図３は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置における磁気記録媒体の磁性細線における磁区の移動を模式的に説明するトラックの長さ方向の断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置におけるデータ再生手段の構成を説明する回路図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置における制御部が実行する処理を説明する機能ブロック図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体記録再生装置におけるデータ再生手段のパルス電流の時間変化（ａ）と、バイアス電流の時間変化（ｂ）と、抵抗測定部による抵抗測定の時間変化（ｃ）と、抵抗測定部で得られる再生信号の時間変化（ｄ）とを示すグラフである。 図７は、従来の装置における比較例となるデータ再生手段の構成を説明する回路図である。 図８は、図７における、データ再生手段におけるパルス電流の時間変化（ａ）と、抵抗測定部で得られる再生信号の時間変化（ｂ）とを示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態である磁気記録媒体再生装置について説明する。以下の例は、磁気記録媒体記録再生装置に本発明の磁性細線再生装置を適用したものである。

（磁気記録媒体記録再生装置）
磁気記録媒体記録再生装置２００は、磁性膜が細線状に形成され、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区Ｄが形成される磁性細線５を備える磁気記録媒体１００の記録、再生を行う装置である。磁気記録媒体記録再生装置２００は、電流供給手段１０と、データ再生手段３０と、あふれデータ検出手段４０と、あふれデータ再記録手段５０と、制御部８とを備えている。
磁気記録媒体記録再生装置２００は、磁気記録媒体１００における磁性細線５の一端から他端に向かう細線方向（長さ方向）に電流を供給して、磁性細線５の他端から一端に向かう細線方向に沿って、磁壁ＤＷ、及び、後述するデータ領域である、磁壁ＤＷで区切られる磁区Ｄを移動させることで、データ（情報）の再生や記録を行う。さらに、データ記録手段２０を備えることで、新たなデータを記録することができる。磁気記録媒体記録再生装置２００において、磁気記録媒体１００は、脱着可能（交換可能）としても、脱着不能（交換不能）としてもよい。なお、図１は、図２（ａ）の構成を模式的に図示したものである。ここで、図１は上部から見た平面図であるが、便宜上、磁性細線５の膜厚方向において上向きの磁化は、紙面上、上向きの矢印で示し、磁性細線５の膜厚方向において下向きの磁化は、紙面上、下向きの矢印で示している。

（磁気記録媒体）
磁気記録媒体１００（図２）は、基板７（図１では、省略）上に磁性細線５をデータの記録領域として設けられていて、当該磁性細線５に２値のデータを異なる２方向の磁化のいずれかとして磁性細線５の細線方向に連続して記録可能としている。なお、磁化は磁性細線５の面内方向と垂直方向のどちらでもよいが、垂直方向がより好ましい。
磁気記録媒体１００の形状は特に限定されるものではないが、図２（ｂ）に示すように、基板７を円盤形状とし、この基板７上に磁性細線５を円環状（同心円状）に形成して、磁性細線５を円環の一部を欠いた形状とすることが好ましい。

磁性細線５が平面視で矩形等の角がある形状に配置されると、その角に磁区Ｄ（磁壁ＤＷ）がトラップされ、自由な動きが阻害され易くなるが、磁性細線５を平面視で円環状に形成することで、磁区Ｄが滑らかに動き易くなる。また、磁性細線５の円環の一部を切り欠くことで、磁性細線５の先端部と後端部を形成することができ、磁性細線５を電流供給手段１０に接続することができる。さらに、磁気記録媒体１００の大きさが制限されても、磁性細線５を屈曲させることなく基板７上に長く連続した形状とすることができるので、磁気記録媒体記録再生装置２００を大型化する必要がない。ここでは、円盤状の磁気記録媒体１００を例にして、その構成について説明する。

なお、本実施形態において、磁気記録媒体１００は、その外形が磁気ディスク等と同様に円盤形状であるので、適宜、磁気ディスク１００と称し、磁気ディスク１００において、磁性細線５のそれぞれは、図２（ｂ）に示すように平面視で円環の一部を欠いた形状をしており、磁気ディスクや光磁気ディスクのデータの記録領域であるトラックの形状に類似するため、適宜、トラック５と称する。

図２（ｂ）に示すように、磁気記録媒体記録再生装置２００で再生されるデータが格納されている磁気ディスク１００は、円盤状の基板７をベースとして、表面（上面）にデータの記録（格納）領域として複数の磁性細線５，５，…が同心円状（円環状）に形成されている。それぞれの磁性細線５には、その長さ方向（細線方向）の所定の単位長さ（データ長）毎に、２値のデータ、すなわち「０」又は「１」のデータを、磁性細線５の膜厚方向に対して、若しくは長手方向に対して、一方向又はその反対方向の磁化の磁区Ｄとして記録されている。この磁性細線５の、１つのデータを格納された単位領域をデータ領域と称する。さらに、磁気ディスク１００は、前記したように磁性細線５中でデータ領域を移動させるため、磁性細線５，５，…には、その両端に一対の電極５２，５３が接続され、円盤状の基板７の上に絶縁層６を介して形成されている。

（磁性細線）
次に、磁気記録媒体１００の磁性細線５について説明する。磁性細線５は、磁気記録媒体１００にデータを記録するための記録領域である。磁気ディスク１００の磁性細線（トラック）５は強磁性材料からなり、特に膜面に垂直な方向の磁化を有し、例えば、垂直磁気異方性材料で形成されることが好ましい。そして、磁性細線５は、具体的には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の遷移金属や、その合金、Ｐｄ、Ｐｔ等との積層膜を用いて形成されることを例示することができる。磁性細線５の厚さ（膜厚）は、例えば、５〜１００ｎｍ、幅（磁気ディスク１００の径方向長さ）は１０〜２００ｎｍ、磁性細線５，５間は４０〜２００ｎｍが好ましく、幅及び間隔が短いほど、いわゆるトラックピッチが狭いほど磁気ディスク１００の記録容量を大きくできる。また、磁性細線５の長さ方向長（トラック長）は、特に制限しないが、厚さ及び幅方向長に対して十分に長いものであればよい。さらに、磁気ディスク１００におけるすべての磁性細線５が同じ長さでなくてもよいが、同時にデータを再生する（磁気を検出する）隣り合う所定本数の磁性細線５（以下、適宜「並列再生する磁性細線５」）同士は長さを揃えることが好ましい。磁気ディスク１００では、磁性細線５が外周寄りほど長くなるので一律ではないが、厚さ及び幅方向長に対して十分に長いものであればよい。

磁性細線５の両端には、一対の電極５２，５３が接続されているが、電極５２，５３は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ等の金属や、その合金のような一般的な電極用金属材料からなる。図２（ｂ）では、電極５２，５３はそれぞれの磁性細線５の両端における当該磁性細線５上に積層されて設けられているが、並列再生する場合には、並列再生する磁性細線５の両端で並列に接続してもよい。また、電極５２，５３は、裏面（下面）に形成されてもよく、その場合は、電流供給手段１０へ電気的に接続可能となるように基板７の一部が除去されて、図２（ｂ）における電流供給手段１０は磁気ディスク１００の下面に接続される。

ここで、磁性細線５の幅は、一例を挙げれば２００ｎｍ以下とするのが好ましいが、これは、磁性細線５の幅を２００ｎｍ以下とすることで、磁性細線５の長手方向に磁区Ｄが区切れやすくなり、かつ幅方向には複数の磁区Ｄが存在できなくなるため、また、磁壁ＤＷ（磁区Ｄ）の移動速度が向上する（約１５０ｍ／ｓにまで向上させることができる）ためである。また、磁気記録媒体１００の平坦性の観点から、磁性細線５は、絶縁層６に埋め込んで設けるようにすることが好ましい。

（電流供給手段）
電流供給手段１０は、磁性細線５の長手方向に電流（電子）を供給して磁壁ＤＷ（磁区Ｄ）を、断続的にシフト移動させる手段である。
電流供給手段１０は、磁気記録媒体１００の磁性細線５の両端に接続され、磁性細線５において２値の一方のデータ（例えば、「０」）を記録された領域と、２値の他方のデータ（例えば、「１」）を記録された領域との間に生成している磁壁ＤＷを、断続的にシフト移動させるパルス電流を、磁性細線５の一端から他端に向かう細線方向（長さ方向）に供給する手段である。すなわち、磁気記録媒体１００の各磁性細線（トラック）５の両端に設けられた電極５２，５３（図２（ｂ）参照）に接続して、パルス電流を磁性細線５へ、その長手方向に供給する。このパルス電流により、磁性細線５中を、データを記録された領域が当該磁性細線５の細線方向（パルス電流とは逆方向（電子の移動方向））に沿って移動する。

また、図４において、パルス電流源１１は、前記の電流供給手段１０に設けられて、前記のパルス電流を発生する装置である。この例では、矢印で示すように、パルス電流が磁性細線５を図４の右側から左側に向けて流れるので、電子は左側から右側に向けて磁性細線５を移動し、よって、前記の磁区Ｄは磁性細線５を左側から右側に向けてシフト移動する。

（データ記録手段）
データ記録手段２０は、磁性細線５に予め定めた書込領域２９（図１参照）に接続し、前記の電流供給手段１０によるパルス電流に同期して、書込領域２９にデータを記録する手段であり、ハードディスク装置における書き込みと同様な信号処理によって、生成されたデータを磁性細線５へ記録する手段である。
すなわち、磁性細線５に固定されている書込領域２９において、電流供給手段１０が供給するパルス電流に同期して、磁性細線５において磁壁ＤＷの断続的なシフト移動における静止時に、磁性細線５の書込領域２９に到達しているデータ領域にデータを記録する手段である。データ記録手段２０では、スピン注入磁化反転を用いて、磁性細線５の磁区Ｄの状態を変化させることで、データの書き込みを行う。これにより、磁性細線５にデータが記録され、磁性細線５は磁気記録媒体１００の記録領域となる。

図１、図２（ａ）に示すように、データ記録手段２０は、磁壁ＤＷの移動方向に対して、データ再生手段３０の手前側の任意の所定位置、すなわち、データ再生手段３０よりも前方（他端側の方向）の磁性細線５の一部を含む所定の領域に配置されている。データ記録手段２０のデータ記録用素子は、磁性細線５と一体となって、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to Plane - Giant MagnetoResistance）素子型、又は、ＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance）素子型等の構造をもつスピン注入磁化反転素子構造を構成し、データ記録用素子として機能する。なお、データ記録手段２０は、データの記録（書き込み）ができるものであれば、公知の磁気ヘッドを用いてもよい。また、磁性細線５におけるデータ記録手段２０の位置も、データ再生手段３０の手前であり、データの記録、再生、あふれ検出、再記録を阻害しない位置であれば、どの位置でもよい。データ記録手段２０の詳細な構造や、動作については、例えば特許文献１に記載されているので参照されたい。

（あふれデータ検出手段）
あふれデータ検出手段４０は、磁性細線５の一端側の端部に予め定めたあふれデータ検出領域４９（図１参照）に接続し、パルス電流に同期して、あふれデータ検出領域４９に記録されているデータを検出する手段である。
すなわち、磁性細線５に固定されている、あふれデータ検出領域４９において、電流供給手段１０が供給するパルス電流に同期して、磁性細線５において磁壁ＤＷの断続的な移動における静止時に、磁壁ＤＷの移動により、データ再生手段３０の読出領域３９を通過して、磁性細線５のあふれデータ検出領域４９に到達しているデータを検出する手段である。

図１、図２（ａ）に示すように、あふれデータ検出手段４０は、磁壁ＤＷの移動方向に対して、データ再生手段３０の後方であって、磁性細線５の一端側（磁性細線５における磁壁ＤＷ（磁区Ｄ）の移動が終了する側）の端部の磁性細線５の一部を含む所定の領域（先端部）に配置されている。なお、ここでの先端部とは、例えば、磁性細線５の一端側における最先端から、例えば１０ｍｍあたりまでの範囲をいう。この先端部において、磁壁ＤＷの移動により、前記端部に移動したデータ（あふれデータ）を検出して、当該検出したデータを、あふれデータ再記録手段５０に伝送する。なお、データの伝送は、あるプロトコルに縛られるような複雑なものである必要はなく、あふれデータ検出領域４９で検出された磁化の方向を、磁性細線５における再書込領域５９の部位に形成させることができるものであれば、どのようなものでもよい。

前記したように、磁性細線５に形成された磁区Ｄは、電流供給手段１０から供給されるパルス電流により、磁性細線５の長さ方向（細線方向）に沿って移動する。そして、仮に、あふれデータ検出手段４０がなければ、データ再生手段３０の読出領域３９を通過し、磁性細線５の先端部まで磁区Ｄが移動すると、データがあふれて消失してしまう。しかし、本実施形態の磁気記録媒体記録再生装置２００は、あふれデータ検出手段４０を設けたので、データが消失する前にこのデータを検出することができる。そして、検出したデータ（磁化の向き）は、あふれデータ再記録手段５０に伝送される。

あふれデータ検出手段４０は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いて、磁性細線５の磁区状態を検出する。あふれデータ検出手段４０の詳細な構造や、動作についても、例えば特許文献１に記載されているので参照されたい。

（あふれデータ再記録手段）
あふれデータ再記録手段５０は、磁性細線５の他端側の端部に予め定めた再書込領域５９（図１参照）に接続し、パルス電流に同期して、あふれデータ検出手段４０で検出されたデータを、再書込領域５９に再度記録する手段である。
すなわち、磁性細線５に固定されている再書込領域５９において、電流供給手段１０が供給するパルス電流に同期して、磁性細線５において磁壁ＤＷの断続的な移動における静止時に、磁性細線５の再書込領域５９に到達しているデータ領域にデータ（あふれデータ）を再度記録する手段である。

図１、図２（ａ）に示すように、あふれデータ再記録手段５０は、磁壁ＤＷの移動方向に対して、データ再生手段３０の手前側であって、磁性細線５の他端側（磁性細線５における磁壁ＤＷ（磁区Ｄ）の移動が開始する側）の端部の磁性細線５の一部を含む所定の領域（後端部）に配置されている。なお、ここでの後端部とは、例えば、磁性細線５の他端側における最先端から、例えば１０ｍｍあたりまでの範囲をいう。

前記したように、磁性細線５の長さ方向（細線方向）に沿って移動する磁区Ｄによるデータは、あふれデータ検出手段４０により検出され、この検出されたデータが、あふれデータ検出手段４０から、あふれデータ再記録手段５０に伝送される。あふれデータ再記録手段５０は、この伝送されたデータを、磁性細線５の後端部に書き戻すことで、データを磁性細線５に再度記録する。これにより、データの消失を防ぐことができる。

あふれデータ再記録手段５０は、データ記録手段２０と同様に、スピン注入磁化反転を用いて、磁性細線５の磁区Ｄの状態を変化させる。あふれデータ再記録手段５０の構成は、データ記録手段２０と同様である。あふれデータ検出手段４０の詳細な構造や、動作についても、例えば特許文献１を参照されたい。

（データ再生手段）
データ再生手段３０は、磁性細線５に磁区Ｄの磁化の方向の違いにより記録されているデータを再生する手段である。
図１、図２（ａ）に示すように、データ再生手段３０は、磁壁ＤＷの移動方向に対して、データ記録手段２０の後方の任意の所定位置、すなわち、データ記録手段２０よりも後方（一端側の方向）の磁性細線５の一部を含む所定の領域に配置されている。また、あふれデータ検出手段４０よりも前方（他端側の方向）の任意の所定位置に配置されている。

図４に示すように、データ再生手段３０は、磁区Ｄの磁化の方向を検出する磁気センサ３１を備えている。磁気センサ３１としては、ＴＭＲ素子、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、ホール素子等を用いることができる。
また、データ再生手段３０は、磁気センサ３１にバイアス電流用の定電流を供給する定電流源３２を備えている。

さらに、データ再生手段３０は、磁気センサ３１の電圧を測定することで、磁気センサ３１の抵抗を検出する電圧センサである抵抗測定部３３を備えている。磁気センサ３１は、バイアス電流の供給を受けることで、磁性細線５に形成されている磁区Ｄの磁化の方向に応じて抵抗が変動し、抵抗測定部３３は当該抵抗の変動を電圧の変動として測定することができるので（四端子法）、磁区Ｄの磁化の方向（前記の例で、上向きか下向きか）を判断することができる。

ここで、データ再生手段３０においては、定電流源３２と磁気センサ３１とを接続するライン３２ａに、定電流源３２により磁気センサ３１に供給する定電流をＯＮ、ＯＦＦする第１スイッチング素子３６が介装されている。第１スイッチング素子３６としては、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子等を用いることができる。
また、磁気センサ３１と抵抗測定部３３とを接続するライン３３ａに、磁気センサ３１と抵抗測定部３３との接続をＯＮ、ＯＦＦする第２スイッチング素子３７が介装されている。第１スイッチング素子３６としても、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子等を用いることができる。

（制御部）
制御部８は、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置であり、磁気記録媒体記録再生装置２００の全体を集中的に制御する。
なお、詳細は後述するが、制御部８は、データ再生手段３０の動作を制御する構成を備えている。すなわち、パルス電流源１１が発生するパルス電流の立ち上がり、立ち下がりのタイミングを検知して、当該検知結果に基づいて第１スイッチング素子３６及び第２スイッチング素子３７をＯＮ、ＯＦＦするように制御する。
図５に示すように、制御部８は、立ち上がり検出部８１と、立ち下がり検出部８２と、第１スイッチング部８３と、第２スイッチング部８４と、積分部８５と、リフレッシュ部８６と、比較部８７とを備えている。

立ち上がり検出部８１は、パルス電流源１１のパルス電流の入力を受け付け、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流の立ち上がりを検出し、検出結果を、第１スイッチング部８３、第２スイッチング部８４にそれぞれ出力する。
立ち下がり検出部８２は、パルス電流源１１のパルス電流の入力を受け付け、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流の立ち下がりを検出し、検出結果を、第１スイッチング部８３、第２スイッチング部８４にそれぞれ出力する。
第１スイッチング部８３は、立ち上がり検出部８１、立ち下がり検出部８２から検出結果を受け付け、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流が立ち下がるときは定電流のバイアス電流の供給をＯＮにし、立ち上がるときはＯＦＦにするように、図示しないドライバ回路を介して、第１スイッチング素子３６を制御する。
第２スイッチング部８４は、立ち上がり検出部８１、立ち下がり検出部８２から検出結果を受け付け、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流が立ち下がるときは磁気センサ３１と抵抗測定部３３との接続をＯＮにし、立ち上がるときはＯＦＦにするように、図示しないドライバ回路を介して、第２スイッチング素子３７を制御する。
積分部８５は、抵抗測定部３３の再生信号を積分する。そして、磁区Ｄに上向きの磁化がなされていれば積分値は大きな値となり、比較部８７における閾値との比較において、当該閾値を超える。逆に、磁区Ｄに下向きの磁化がなされていれば積分値は小さな値となり、閾値を下回る。これにより、磁区Ｄの磁化の方向（２値で、「１」なのか「０」なのか）を判定することができる。
リフレッシュ部８６は、立ち上がり検出部８１の検出結果の入力を受け付け、積分部８５の積分値をリフレッシュ（リセット）する。
比較部８７は、前記の積分値を所定の閾値と比較し、そのデータ判定結果を出力する。

（磁性細線における磁区（データ領域）のシフト移動）
図１〜図３に示すように、制御部８（図１参照）は、外部からの指示信号などに基づいて、データを再生する磁性細線５を選択し、それに合わせて電流供給手段１０に電流を供給する磁性細線５を指示する。例えば、磁性細線５が複数の場合、制御部８は、磁気ディスク１００のトラック（磁性細線）５，５，…から、次に再生しようとするデータが格納されている隣り合う所定本数（２本以上）のトラック５、例えば、４本のトラック５を選択する。選択するトラック５は、例えば１回目の選択であれば、磁気ディスク１００の最外周から１〜４番目のトラック５を選択するように、また２回目以降であれば、直前に再生された４本のトラック５に隣り合う内周側の４本を選択するように設定されていてもよい。あるいは、磁気記録媒体記録再生装置２００の外部からの操作により、任意のトラック５から隣り合う４本を選択できるように設定されていてもよい。

図３に示すように、本実施形態においては、磁性細線５は垂直磁気異方性材料からなり、その磁化方向は上又は下を示すため、データ「０」は下方向の磁化、「１」は上方向の磁化として、所定の単位長さ（データ長）のデータ領域に記録されている。この磁性細線５に記録されている「０」、「１」のデータを格納データと称する。ここでは、１本の磁性細線５について、図３（ａ）に示すように、再生領域（読出領域あるいはあふれデータ検出領域）５_ＲＯに存在している第ｍ番目のデータ領域（データ領域ｍ）から４つの連続した格納データとして、「１００１」が記録されている領域を採り上げて説明する。磁性細線５におけるデータ領域ｍ〜ｍ＋３の領域は、磁化方向が上、下、下、上であるため、データ領域ｍに対応する磁区Ｄ１、データ領域ｍ＋１とデータ領域ｍ＋２の２つの連続する格納データに対応する磁区Ｄ２、データ領域ｍ＋３に対応する磁区Ｄ３、の３つの磁区Ｄが形成されている。データ長は、磁性細線５の幅及び厚さにもよるが、１０〜２００ｎｍが好ましく、短いほど磁気ディスク１００の記録容量を大きくでき、またトラック（磁性細線）５の１本における再生速度を高速にすることができる。また、データ長は、磁性細線５毎に異なる長さとしてもよいが、１回の再生にて並列再生する所定本数の磁性細線５同士では同じ長さとすることが好ましい。

磁性細線５の、磁化方向の異なる磁区Ｄ１，Ｄ２間（データ領域ｍ，ｍ＋１間）及び磁区Ｄ２，Ｄ３間（データ領域ｍ＋２，ｍ＋３間）には、それぞれ磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が生成される。すなわち、磁性細線５において、データ「０」を記録された領域とデータ「１」を記録された領域との間には磁壁が生成される。磁壁ＤＷ１内では磁区Ｄ１の磁化方向（上方向）から磁区Ｄ２の磁化方向（下方向）へと磁化が徐々に変化すなわち回転しており、磁壁ＤＷ２においても同様に磁化が回転している。磁壁ＤＷ１，ＤＷ２の領域の長さ（磁性細線５の長さ方向長）は、磁性細線５の幅及び厚さ並びにデータ長にもよるが、例えば５〜２００ｎｍ程度になる。

図３（ａ）においては、磁性細線５の再生領域５_ＲＯに磁区Ｄ１があるため、上向きの磁化が検出されて、データ領域ｍの格納データ「１」が再生データとなる。この磁性細線５に、図３（ｂ）に示すように、その両端の電極５２，５３から、紙面上、左方向に所定の大きさの電流を供給して、紙面上、右方向に電子を注入する。すると、電子スピンのトルクに影響されて、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２がそれぞれ、紙面上、右へ移動する。そして、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が１データ長の距離を移動するまでの時間ｔ_Ｈの間電流を供給して、電流の供給を停止すると、図３（ｃ）に示すように、磁性細線５の再生領域５_ＲＯに磁区Ｄ２が移動してきているため、下向きの磁化が検出されて、データ領域ｍ＋１の「０」が再生データとなる。再び磁性細線５に左方向に電流を時間ｔ_Ｈの間供給して、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２をさらに右へ１データ長移動させて電流の供給を停止すると、磁区Ｄ２はデータ領域ｍ＋１，ｍ＋２の２データ長の長さであるため、図３（ｄ）に示すように、磁性細線５の再生領域５_ＲＯには引き続き磁区Ｄ２が配置して下向きの磁化が検出され、データ領域ｍ＋２の「０」が再生データとなる。また、さらに磁性細線５に電流を時間ｔ_Ｈの間供給すると、磁性細線５の再生領域５_ＲＯに磁区Ｄ３が移動してくるため、上向きの磁化が検出されて、データ領域ｍ＋３の「１」が再生データとなる（図示省略）。

このように、磁性細線５への電流の所定時間の供給と停止とを繰り返すことで、磁壁ＤＷすなわちその両側の磁区Ｄを一定の距離ずつシフト移動させては停止させることができる。すなわち、パルス幅（電流供給時間ｔ_Ｈ）を調整してパルス電流を供給することで、トラック（磁性細線）５におけるデータ領域を１データ長ずつ長さ方向（細線方向）にシフト移動させて、固定された再生領域５_ＲＯのデータ領域を順番に入れ替えることができる。このようにして、データ再生手段３０は、パルス電流に同期して、データの再生を行うことができる。なお、パルス電流における電流の停止時間ｔ_Ｌは後述の磁気の検出に要する時間以上に設定すればよい。電流の大きさについては、磁性細線５の断面積あたりの電流密度を大きくすると磁壁移動速度が速くなるので、磁性細線５の幅と厚さ、及び再生速度に基づいて設定し、磁壁移動方向と逆の一定の向きに電流を供給するため正又は負のいずれかの直流とする。具体的には、例えば、電流密度：１０^８〜１０^１３Ａ／ｍ^２、パルス幅ｔ_Ｈ：４０ｐｓ〜１０μｓ、停止時間ｔ_Ｌ：４０ｐｓ〜１０μｓの範囲で調整することが好ましい。

（データ再生手段の動作）
前記の図７の比較例のデータ再生手段３０Ａにおいて、絶縁膜３４が薄すぎると、パルス電流が絶縁膜３４を通過して磁気センサ３１に流れ込み、ノイズの原因になるのみならず、磁気センサ３１の測定系を破壊する恐れがある。一方、絶縁膜３４を厚くすると、磁気センサ３１と磁性細線５との距離が離れてしまい、磁気センサ３１の周囲において、磁性細線５から生じる磁力は小さくなり、磁気センサ３１から得られる検知信号（再生信号）レベルが小さくなってしまう。この点は前記したとおりである。
そこで、絶縁膜３４に依存することなく、磁気センサ３１の測定系を保護するための手段を備えたのが、本実施形態におけるデータ再生手段３０である。以下では、このデータ再生手段３０の動作について詳細に説明する。

すなわち、図５に示すように、第１スイッチング部８３は、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流が立ち下がるのを立ち下がり検出部８２で検出したときは、定電流のバイアス電流の供給をＯＮにし、立ち上がるのを立ち上がり検出部８１で検出したときはＯＦＦにするように、第１スイッチング素子３６を制御する。そのため、図６に示すように、バイアス電流（図６（ｂ））は、パルス電流（図６（ａ））が立ち上がるときにはＯＦＦとなり、パルス電流が立ち下がるときにはＯＮとなる。
なお、パルス電流の立ち上がりのタイミングから時間Ｔ２の間は、磁区Ｄの移動が現実に開始するまでの遅延時間、及び、磁壁ＤＷが磁気センサ３１の下に到達するまでに要する時間の和である。また、時間Ｔ２の経過時点から時間Ｔ３の間は、磁壁ＤＷが磁気センサ３１を通過するのに要する時間である。

制御部８は、積分部８５が抵抗測定部３３の検出値を積分することで、磁化方向を判定している。すなわち、磁区Ｄに上向きの磁化がなされていれば積分値は大きな値となり、比較部８７における閾値との比較において、当該閾値を超える。逆に、磁区Ｄに下向きの磁化がなされていれば積分値は小さな値となり、閾値を下回る。これにより、制御部８は、磁区Ｄの磁化の方向（２値で、「１」なのか「０」なのか）を判定することができる。

また、制御部８は、第２スイッチング部８４が、パルス電流源１１により磁性細線５に流すパルス電流が立ち下がるのを立ち下がり検出部８２で検出したときは定電流のバイアス電流の供給をＯＮにし、立ち上がるのを立ち上がり検出部８１で検出したときはＯＦＦにするように、第２スイッチング素子３７を制御する。そのため、抵抗測定（図６（ｃ））は、パルス電流（図６（ａ））が立ち上がたときにはＯＦＦとなり、パルス電流が立ち下がったときにはＯＮとなる。すなわち、パルス電流が立ち上がったときには抵抗測定部３３と磁気センサ３１とが切断され、立ち下がったときには接続される。

図６（ｄ）の例では、磁気センサ３１で上向きの磁区Ｄを検出し（Ｈレベル）、その次に下向きの磁区Ｄを検出し（Ｌレベル）、その後に上向きの磁区Ｄを検出している（Ｈレベル）様子を示している。本実施形態の図６（ｄ）が、前記比較例の図８（ｂ）と異なるのは、抵抗測定部３３による抵抗測定が、パルス電流が立ち上がってから次に立ち下がるまでの期間には行われないので（図６（ｃ））、検出値（再生信号）が得られない点である。

ここで、前記したように、磁気センサ３１がＴＭＲ素子の例であれば、かかるＴＭＲ素子は、例えば、ＣｏＦｅＢの薄膜でＭｇＯの薄膜を上下から挟みこんだ構造である。そして、前記のバイアス電流を常時通電するようにしていると、ＭｇＯの薄膜を上下から挟みこむＣｏＦｅＢの薄膜間のエネルギーバリアが低下し、外乱の影響を受けやすくなる。そのため、前記のノイズの発生や、磁気センサ３１の測定系の破壊につながる。

しかし、本実施形態のデータ再生手段３０では、パルス電流が立ち上がってから次に立ち下がるまでの期間には、バイアス電流を流さないようにしている（図６（ｂ））。そのため、図７、図８の比較例のようにバイアス電流が常時流れている場合に比べ、ＣｏＦｅＢの薄膜間のエネルギーバリアの低下を防止することができ、もっと安定したエネルギーレベルを維持することができる。そのため、磁気センサ３１は、磁性細線５からのパルス電流の影響を受けにくく、前記の磁気センサ３１の測定系の破壊や、ノイズの発生を防止することができる。

しかも、かかる作用効果を得るために、比較例のように絶縁膜３４を厚くして設ける必要はない。よって、磁気センサ３１を磁性細線５に十分近づけて設けることができる。そのため、磁気センサ３１の周囲では磁性細線５から発する磁界を強くすることができるので、磁気センサ３１の再生信号レベルも高めることができる。
よって、本実施形態の磁気記録媒体記録再生装置２００によれば、磁気センサ３１の破損等を確実に防止しつつも、磁気センサ３１の再生信号レベルを高めることができる。

また、本実施形態は、パルス電流が立ち上がってから次に立ち下がるまでの期間には、磁気センサ３１と抵抗測定部３３との接続を切断するようにしている（図６（ｃ））。よって、磁性細線５からのパルス電流の影響が抵抗測定部３３に及ぶことを防止して、抵抗測定部３３を保護することができる。

また、本実施形態では、最終的なデータ判定結果を得るために、積分部８５を用いている。すなわち、磁区Ｄのシフト移動直後は磁区Ｄが磁性細線５の長手方向に動いていて、本来の位置に停止していない場合も考えられる。すると、磁気センサ３１で検出する磁区Ｄの磁化の方向は、本来あるべき正しい向きに定まっていない可能性がある。そのため、その不安定な時期の磁気センサ３１による検出結果については棄却することが望ましい。

そこで、磁区Ｄが磁性細線５の長手方向に動いている時間帯も含めて、パルス電流が立ち上がりのタイミングで抵抗測定部３３の再生信号の積分を開始し、次のパルス電流の立ち上がりのタイミングで比較部８７により積分結果を所定の閾値と比較する。これにより、磁化の方向が上向きか下向きかを、磁区Ｄの前記の動きの影響を受けることなく判定することができる。

磁区Ｄが磁性細線５の長手方向に動く前記の不安定な時期の磁気センサ３１による検出結果を棄却するためには、磁区Ｄが動いている時間を除外するように、抵抗測定部３３の再生信号を判定するタイミングを遅延させることも考えられる。しかし、本実施形態のように積分部８５を用いる方が、判定タイミングを遅延させるより簡易に行うことができる。
したがって、本実施形態によれば、磁区Ｄの動きの影響を受けることなく、簡易な手段により磁区Ｄの磁化の方向を判断することができる。

５ 磁性細線
８ 制御部
１１ パルス電流源
３１ 磁気センサ
３２ 定電流源
３３ 抵抗測定部
３６ 第１スイッチング素子
３７ 第２スイッチング素子
８５ 積分部
２００ 磁気記録媒体記録再生装置（磁気記録媒体再生装置）
Ｄ 磁区

Claims (3)

1. 磁性膜が細線状に形成され、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区が形成される磁性細線に、前記磁区をシフト移動させるための電子をパルス電流により供給するパルス電流源と、
   前記磁区の磁化の方向を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサにバイアス電流用の定電流を供給する定電流源と、
   前記磁気センサの電圧を測定することで前記磁気センサの抵抗を検出する抵抗測定部と、
   前記定電流源により前記磁気センサに供給する前記定電流をＯＮ、ＯＦＦする第１スイッチング素子と、
   前記パルス電流源により前記磁性細線に流す前記パルス電流の立ち下がりを検出する立ち下がり検出部と、
   前記パルス電流の立ち上がりを検出する立ち上がり検出部と、
   前記立ち下がり検出部で前記パルス電流源により前記磁性細線に流す前記パルス電流が立ち下がることを検出したときは前記定電流源を制御して定電流の供給をＯＮにし、前記立ち上がり検出部によって前記パルス電流立ち上がりを検出したときはＯＦＦにするように、前記第１スイッチング素子を制御する第１スイッチング部とを備えることを特徴とする磁性細線再生装置。
2. 前記磁気センサと前記抵抗測定部との接続をＯＮ、ＯＦＦする第２スイッチング素子と、
   前記立ち下がり検出部によって前記パルス電流源により前記磁性細線に流す前記パルス電流が立ち下ることを検出したときは前記磁気センサと前記抵抗測定部との接続をＯＮにし、前記立ち上がり検出部によって前記パルス電流が立ち上がることを検出したときはＯＦＦにするように、前記第２スイッチング素子を制御する第２スイッチング部とを備える請求項１に記載の磁性細線再生装置。
3. 前記磁気センサの検出値を積分する積分部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性細線再生装置。

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