JP7646906B2

JP7646906B2 - 磁気ヘッド及び磁気記録装置

Info

Publication number: JP7646906B2
Application number: JP2024042704A
Authority: JP
Inventors: 裕治中川; 直幸成田; 雅幸高岸; 知幸前田; 鶴美永澤; 仁志岩崎; 浩文首藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2024-03-18
Publication date: 2025-03-17
Anticipated expiration: 2041-02-12
Also published as: CN114927147A; JP2024069554A; CN114927147B; US11393493B1; JP7465224B2; JP2022123251A

Description

本発明の実施形態は、磁気ヘッド及び磁気記録装置に関する。

磁気ヘッドを用いて、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記録媒体に情報が記録される。磁気ヘッド及び磁気記録装置において、記録密度の向上が望まれる。

特開２００８－２７７５８６号公報

本発明の実施形態は、記録密度の向上が可能な磁気ヘッド及び磁気記録装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、磁気ヘッドは、第１磁極と、第２磁極と、前記第１磁極と前記第２磁極との間に設けられた積層体と、を含む。前記積層体は、第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、前記第２磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２非磁性層と、前記第１磁極と前記第１磁性層との間に設けられた第３非磁性層と、を含む。前記第１磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む第１元素を含む。前記第２磁性層は、前記第１元素と、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｃよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含む。前記第１磁性層は、前記第２元素を含まない。または、前記第１磁性層における前記第２元素の濃度は、前記第２磁性層における前記第２元素の濃度よりも低い。前記第１磁極から前記第２磁極への第１方向に沿う前記第１磁性層の第１厚さは、前記第１方向に沿う前記第２磁性層の第２厚さの０．２５倍以上４倍以下である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式図である。図２は、第１実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的断面図である。図３は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。図５は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的平面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示する模式図である。図８は、第１実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示する模式図である。図９は、実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的断面図である。図１０は、実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。図１１は、実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。図１２は、実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。

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。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式図である。
図１（ａ）は、断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印ＡＲ１から見た平面図である。
図２は、第１実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的断面図である。
図２に示すように、実施形態に係る磁気記録装置２１０は、磁気ヘッド１１０と、電気回路２０Ｄと、を含む。磁気記録装置２１０は、磁気記録媒体８０を含んでも良い。磁気記録装置２１０において、少なくとも記録動作が行われる。記録動作において、磁気ヘッド１１０を用いて磁気記録媒体８０に情報が記録される。

磁気ヘッド１１０は、記録部６０を含む。後述するように、磁気ヘッド１１０は、再生部を含んでも良い。記録部６０は、第１磁極３１と、第２磁極３２と、積層体２０と、を含む。積層体２０は、第１磁極３１と第２磁極３２との間に設けられる。

例えば、第１磁極３１及び第２磁極３２は、磁気回路を形成する。第１磁極３１は、例えば、主磁極である。第２磁極３２は、例えば、トレーリングシールドである。

磁気記録媒体８０から磁気ヘッド１１０への方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は、例えばハイト方向に対応する。Ｘ軸方向は、例えば、ダウントラック方向に対応する。Ｙ軸方向は、例えば、クロストラック方向に対応する。ダウントラック方向に沿って、磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１１０とが相対的に移動する。磁気記録媒体８０の所望の位置に、磁気ヘッド１１０から生じる磁界（記録磁界）が印加される。磁気記録媒体８０の所望の位置の磁化が、記録磁界に応じた方向に制御される。これにより、磁気記録媒体８０に情報が記録される。

第１磁極３１から第２磁極３２への方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向Ｄ１は、実質的にＸ軸方向に沿う。実施形態において、第１方向Ｄ１は、Ｘ軸方向に対して、小さい角度で傾斜しても良い。

図２に示すように、コイル３０ｃが設けられる。この例では、コイル３０ｃの一部は、第１磁極３１と第２磁極３２との間にある。この例では、シールド３３が設けられている。Ｘ軸方向において、シールド３３と第２磁極３２との間に第１磁極３１がある。コイル３０ｃの別の一部が、シールド３３と第１磁極３１との間にある。これらの複数の要素の間に、絶縁部３０ｉが設けられる。シールド３３は、例えば、リーディングシールドである。磁気ヘッド１１０は、サイドシールド（図示しない）を含んでも良い。

図２に示すように、記録回路３０Ｄから、コイル３０ｃに記録電流Ｉｗが供給される。第１磁極３１から、記録電流Ｉｗに応じた記録磁界が磁気記録媒体８０に印加される。

図２に示すように、第１磁極３１は、媒体対向面３０Ｆを含む。媒体対向面３０Ｆは、例えば、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）である。媒体対向面３０Ｆは、例えば、磁気記録媒体８０に対向する。媒体対向面３０Ｆは、例えば、Ｘ－Ｙ平面に沿う。

図２に示すように、電気回路２０Ｄが、積層体２０に電気的に接続される。この例では、積層体２０は、第１磁極３１及び第２磁極３２と電気的に接続される。磁気ヘッド１１０に、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が設けられる。第１端子Ｔ１は、第１配線Ｗ１及び第１磁極３１を介して積層体２０と電気的に接続される。第２端子Ｔ２は、第２配線Ｗ２及び第２磁極３２を介して積層体２０と電気的に接続される。電気回路２０Ｄから、例えば、電流（例えば、直流電流）が積層体２０に供給される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、積層体２０は、第１磁性層２１、第２磁性層２２、第１非磁性層４１、第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３を含む。図１（ａ）及び図１（ｂ）においては、絶縁部３０ｉは省略されている。

第２磁性層２２は、第１磁性層２１と第２磁極３２との間に設けられる。第１非磁性層４１は、第１磁性層２１と第２磁性層２２との間に設けられる。第２非磁性層４２は、第２磁性層２２と第２磁極３２との間に設けられる。第３非磁性層４３は、第１磁極３１と第１磁性層２１との間に設けられる。

例えば、第３非磁性層４３は、第１磁極３１及び第１磁性層２１と接して良い。第１非磁性層４１は、第１磁性層２１及び第２磁性層２２と接して良い。第２非磁性層４２は、第２磁性層２２及び第２磁極３２と接して良い。

第１非磁性層４１、第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３の少なくともいずれかは、第３元素を含む。第３元素は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ及びＡｇよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このような材料を含む非磁性層において、例えば、高いスピン透過率が得られる。例えば、高い発振強度が得られる。

第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３の少なくともいずれかは、第４元素を含んでも良い。第４元素は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このような材料を含む非磁性層において、例えば、低いスピン透過率が得られる。例えば、安定した発振が得やすくなる。第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３の少なくともいずれかは、上記の第３元素及び第４元素を含んでも良い。

実施形態において、第１磁性層２１は、第１元素を含む。第１元素は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む。

第２磁性層２２は、第１元素及び第２元素を含む。第２元素は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｃよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層２１は、第２元素を含まない。または、第１磁性層２１における第２元素の濃度は、第２磁性層２２における第２元素の濃度よりも低い。

例えば、第２磁性層２２における上記の第２元素の濃度は、１０原子％以上８０原子％以下である。このような材料を含む第２磁性層２２は、例えば、負のスピン分極を有する。一方、例えば、第１磁性層２１は、正のスピン分極を有する。

図１（ｂ）に示すように、このような積層体２０に電流ｉｃが供給される。電流ｉｃは、例えば、上記の電気回路２０Ｄから供給される。図１（ｂ）に示すように、電流ｉｃは、第１磁性層２１から第２磁性層２２への向きを有する。図１（ｂ）に示すように、電流ｉｃに伴う電子流ｊｅは、第２磁性層２２から第１磁性層２１への向きを有する。

例えば、しきい値以上の電流ｉｃが積層体２０を流れることで、積層体２０に含まれる磁性層の磁化が発振する。積層体２０は、例えばＳＴＯ（Spin-Torque Oscillator）として機能する。発振に伴い、積層体２０から交流磁界（例えば高周波磁界）が発生する。積層体２０で発生した交流磁界が磁気記録媒体８０に印加され、磁気記録媒体８０への書き込みがアシストされる。例えば、ＭＡＭＲ（Microwave Assisted Magnetic Recording）が実施可能である。

磁気ヘッド１１０においては、第１磁性層２１及び第２磁性層２２は、例えば、発振層として機能する。例えば、第２磁性層２２からの負の透過のスピントルクが第１磁性層２１に作用する。例えば、第１磁性層２１で反射したスピントルクが第２磁性層２２に作用する。例えば、第１磁性層２１の磁化、及び、第２磁性層２２の磁化は、相互に作用しつつ回転する。

図１（ｂ）に示すように、第１方向（第１磁極３１から第２磁極３２への方向）に沿う第１磁性層２１の厚さを第１厚さｔ１とする。第１方向に沿う第２磁性層２２の厚さを第２厚さｔ２とする。実施形態において、例えば、第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２と同様でよい。これにより、後述するように、発振が得やすくなる。

第１方向に沿う第１非磁性層４１の厚さを厚さｔ４１とする。第１方向に沿う第２非磁性層４２の厚さを厚さｔ４２とする。第１方向に沿う第３非磁性層４３の厚さを厚さｔ４３とする。これらの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下である。これらの厚さが０．５ｎｍ以上であることにより、安定した発振が容易になる。これらの厚さが６ｎｍ以下であることにより、例えば、スピン透過率が高くなりやすい。例えば、高い発振強度が得易い。

以下、積層体２０における発振の挙動についてのシミュレーション結果の例について説明する。シミュレーションのモデルにおいて、図１（ｂ）に示す構成が設けられる。すなわち、第１磁極３１、第２磁極３２、第１磁性層２１、第２磁性層２２、及び、第１～第３非磁性層４１～４３が設けられる。図１（ｂ）に例示する電流ｉｃ（しきい値以上の電流）が供給されたときの磁化の発振特性がシミュレーションされる。シミュレーションのモデルにおいて、第１磁性層２１の物性値として、Ｆｅ_７０Ｃｏ_３０合金の物性値が用いられる。第２磁性層２２の物性値として、Ｆｅ_７０Ｃｒ_３０合金の物性値が用いられる。第１非磁性層４１及び第３非磁性層４３の物性値としてＣｕの物性値が用いられる。第２非磁性層４２の物性値としてＴａの物性値が用いられる。厚さｔ４１～ｔ４３は、２ｎｍである。

図３は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
図３に例示するシミュレーションにおいて、第１磁性層２１の第１厚さｔ１と、第２磁性層２２の第２厚さｔ２の和を１９ｎｍに一定にした状態で、第１厚さｔ１の第２厚さｔ２に対する比が変更される。図３の横軸は、厚さ比Ｒ１である。厚さ比Ｒ１は、第１厚さｔ１の第２厚さｔ２に対する比（すなわち、ｔ１／ｔ２）である。縦軸は、発振強度ＯＳである。発振強度ＯＳは、第１磁性層２１の磁化の振動の振幅と第１厚さｔ１との積と、第２磁性層２２の磁化の振動の振幅と第２厚さｔ２との積と、の和である。発振強度ＯＳが高い場合に、例えば、ＭＡＭＲによる記録密度が向上し易い。

図３に示すように、厚さ比Ｒ１が１に近いときに、高い発振強度ＯＳが得られる。例えば、厚さ比Ｒ１が０．２５以上４以下において、安定した発振が得られる。厚さ比Ｒ１は、０．３３以上でも良い。より高い発振強度ＯＳが得られる。厚さ比Ｒ１は、３以下でも良い。より高い発振強度ＯＳが得られる。

実施形態においては、第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２の０．２５倍以上４倍以下であることが好ましい。これにより、高い発振強度ＯＳが得られる。安定した発振が得られる。第１厚さｔ１は、第２厚さの０．３３倍以上３倍以下でも良い。より高い発振強度ＯＳが得られる。より安定した発振が得られる。実施形態によれば、安定したＭＡＭＲが実施できる。記録密度の向上が可能な磁気ヘッドを提供できる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）の横軸は、第１厚さｔ１である。図４（ｂ）の横軸は、第２厚さｔ２である。図４（ｂ）において、第１厚さｔ１は、１５ｎｍである。図４(ａ）及び)図４（ｂ）において、積層体２０に供給される電流ｉｃは、２．５×１０^８Ａ／ｃｍ^２である。図４（ａ）及び図４（ｂ）の縦軸は、発振強度ＯＳである。

図４（ａ）に示すように、第１厚さｔ１は、５ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、高い発振強度ＯＳが得られる。第１厚さｔ１は、例えば、２０ｎｍ以下で良い。例えば、第１磁極３１と第２磁極３２との間の距離（例えば、記録ギャップ）を短くできる。例えば、高い記録密度が得やすい。

図４（ｂ）に示すように、第２厚さｔ２は、５ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、高い発振強度ＯＳが得られる。第２厚さｔ２は、２０ｎｍ以下で良い。例えば、記録ギャップを短くできる。例えば、高い記録密度が得やすい。

図５は、磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
図５の横軸は、第１厚さｔ１と第２厚さｔ２の和ｔｓである。縦軸は、発振強度ＯＳである。

図５に示すように、第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２の和ｔｓは、１５ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、高い発振強度ＯＳが得られる。和ｔｓは、４０ｎｍ以下で良い。例えば、記録ギャップを短くできる。例えば、高い記録密度が得やすい。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的平面図である。
図６（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気ヘッド１１１は、第１磁極３１と、第２磁極３２と、積層体２０と、を含む。磁気ヘッド１１１においても、積層体２０は、第１磁性層２１、第２磁性層２２、第１非磁性層４１、第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３を含む。磁気ヘッド１１１においては、第１磁性層２１及び第２磁性層２２の少なくともいずれかは、複数の領域を含む。磁気ヘッド１１１におけるこれ以外の構成は、磁気ヘッド１１０における構成と同様で良い。

例えば、第１磁性層２１は、第１磁性領域２１ａ及び第２磁性領域２１ｂを含む。第２磁性領域２１ｂは、第１磁性領域２１ａと第１非磁性層４１との間にある。例えば、第１磁性領域２１ａの飽和磁化は、第２磁性領域２１ｂの飽和磁化よりも大きい。これにより、例えば、安定した発振を得ることが容易になる。

例えば、第１磁性領域２１ａの飽和磁化は、第２磁性領域２１ｂの飽和磁化の１．２倍以上である。これにより、安定した発振が得易い。第１磁性領域２１ａの飽和磁化は、第２磁性領域２１ｂの飽和磁化の３倍以下でも良い。これにより、安定した発振が得易い。

例えば、第１磁性領域２１ａにおけるＦｅの濃度は、第２磁性領域２１ｂにおけるＦｅの濃度よりも高い。例えば、第１磁性領域２１ａの飽和磁化は、第２磁性領域２１ｂの飽和磁化よりも大きくなり易い。例えば、第１磁性領域２１ａにおけるＮｉの濃度は、第２磁性領域２１ｂにおけるＮｉの濃度よりも低い。これにより、例えば、第１磁性領域２１ａの飽和磁化は、第２磁性領域２１ｂの飽和磁化よりも大きくなり易い。第１磁性領域２１ａ及び第２磁性領域２１ｂの境界は、明確でも不明確でも良い。

例えば、第２磁性層２２は、第３磁性領域２２ｃ及び第４磁性領域２２ｄを含む。第４磁性領域２２ｄは、第３磁性領域２２ｃと第１非磁性層４１との間にある。例えば、第３磁性領域２２ｃの飽和磁化は、第４磁性領域２２ｄの飽和磁化よりも大きい。これにより、例えば、安定した発振を得ることが容易になる。

例えば、第３磁性領域２２ｃの飽和磁化は、第４磁性領域２２ｄの飽和磁化の１．２倍以上である。これにより、安定した発振を得易い。第３磁性領域２２ｃの飽和磁化は、第４磁性領域２２ｄの飽和磁化の３倍以下でも良い。これにより、安定した発振を得易い。

例えば、第３磁性領域２２ｃにおけるＦｅの濃度は、第４磁性領域２２ｄにおけるＦｅ濃度よりも高い。これにより、例えば、第３磁性領域２２ｃの飽和磁化は、第４磁性領域２２ｄの飽和磁化よりも大きくなり易い。例えば、第３磁性領域２２ｃにおける第２元素の濃度は、第４磁性領域２２ｄにおける第２元素の濃度よりも低い。これにより、例えば、第３磁性領域２２ｃの飽和磁化は、第４磁性領域２２ｄの飽和磁化よりも大きくなり易い。第３磁性領域２２ｃ及び第４磁性領域２２ｄの境界は、明確でも不明確でも良い。

図６（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気ヘッド１１２は、第１磁極３１と、第２磁極３２と、積層体２０と、を含む。磁気ヘッド１１２においては、積層体２０は、第１磁性層２１、第２磁性層２２、第１非磁性層４１、第２非磁性層４２及び第３非磁性層４３に加えて、第３磁性層２３を含む。磁気ヘッド１１２におけるこれ以外の構成は、磁気ヘッド１１０または磁気ヘッド１１１における構成と同様で良い。

第３磁性層２３は、第２磁性層２２と第２非磁性層４２との間に設けられる。第３磁性層２３は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む第１元素を含む。第３磁性層２３は、第２元素を含まない。または、第３磁性層２３における第２元素の濃度は、第２磁性層２２における第２元素の濃度よりも低い。既に説明したように、第２元素は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｃよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

例えば、第３磁性層２３の飽和磁化は、第２磁性層２２の飽和磁化よりも高い。これにより、例えば、安定した発振を得ることが容易になる。第３磁性層２３と第１磁性層２１との間の境界は、明確でも不明確でも良い。第３磁性層２３は、第２磁性層２２と連続して良い。

磁気ヘッド１１２において、第１磁性層２１の第１厚さｔ１は、例えば、第１方向（第１磁極３１から第２磁極３２への方向）に沿う第３磁性層２３の第３厚さｔ３と第２磁性層２２の第２厚さｔ２との和の０．８倍以上１．２５倍以下である。例えば、高い発振強度ＯＳが得られる。安定した発振が得られる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示する模式図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）の横軸は、コイル３０ｃに流れる記録電流Ｉｗである。コイル３０ｃに流れる記録電流Ｉｗに応じて、第１磁極３１及び第２磁極３２の少なくともいずれかから生じる記録磁界が変化する。記録磁界が積層体２０に印加される。したがって、横軸は、積層体２０に印加される磁界に対応する。図７（ａ）及び図７（ｂ）の縦軸は、積層体２０の電気抵抗Ｒｘである。

図７（ａ）において、積層体２０に供給される電流ｉｃは、発振のしきい値電流Ｉｔｈよりも小さい。図７（ａ）の例では、電流ｉｃは、例えば、１．０×１０^６Ａ／ｃｍ^２である。図７（ｂ）において、積層体２０に供給される電流ｉｃは、しきい値電流Ｉｔｈよりも大きい。図７（ｂ）の例では、電流ｉｃは、１．０×１０^８Ａ／ｃｍ^２である。図７（ｂ）における電流ｉｃは、図７（ａ）における電流ｉｃの１００倍である。図７（ａ）は、非発振状態における特性に対応する。図７（ｂ）は、発振状態における特性に対応する。これらの図は、電気抵抗Ｒｘの時間的な平均値の特性を例示している。積層体２０が発振している場合、電気抵抗Ｒｘは発振に伴って変化する。電気抵抗Ｒｘとして時間的な平均の抵抗が採用される。時間的な平均により、例えば、ノイズなどの影響も抑制できる。

図７（ａ）に示すように、電流ｉｃがしきい値電流Ｉｔｈよりも十分に小さい場合、記録電流Ｉｗ（すなわち磁界）の絶対値が増大すると、電気抵抗Ｒｘは上昇する。記録電流Ｉｗの絶対値が十分に大きいと、電気抵抗Ｒｘは、飽和する。例えば、電気抵抗Ｒｘが飽和するときの記録電流Ｉｗは、例えば、５０ｍＡである。このときの磁界は、約１５０００Ｏｅである。

実施形態に係る磁気記録装置ヘッドにおいては、例えば、図７（ａ）に例示した特性が生じる。図７（ａ）に示すように、積層体２０の電気抵抗Ｒｘは、記録電流Ｉｗが第１電流Ｉ１のときに第１抵抗Ｒｘ１である。電気抵抗Ｒｘは、記録電流Ｉｗが第２電流Ｉ２のときに第２抵抗Ｒｘ２である。電気抵抗Ｒｘは、記録電流Ｉｗが第３電流Ｉ３のときに第３抵抗Ｒｘ３である。第１電流Ｉ１の絶対値は、第２電流Ｉ２の絶対値よりも小さく、第３電流Ｉ３の絶対値よりも小さい。第２電流Ｉ２の向きは、第３電流Ｉ３の向きと逆である。第１抵抗Ｒｘ１は、第２抵抗Ｒｘ２よりも低く、第３抵抗Ｒｘ３よりも低い。例えば、谷型の電流－抵抗特性が生じる。第１電流Ｉ１は実質的に０で良い。

図７（ｂ）に示すように、電流ｉｃがしきい値電流Ｉｔｈよりも大きく、発振が生じている場合、電気抵抗Ｒｘは、山及び谷の特性を示す。この場合も、第２電流Ｉ２及び第３電流Ｉ３の絶対値が十分に大きい場合、谷型の特性と見なせる。例えば、第２電流Ｉ２及び第３電流Ｉ３の絶対値は、電流ｉｃがしきい値電流Ｉｔｈよりも十分に小さい場合において電気抵抗Ｒｘが飽和するときの値として良い。この場合も、第１抵抗Ｒｘ１は、第２抵抗Ｒｘ２よりも低く、第３抵抗Ｒｘ３よりも低い。これに対して、一般的なＳＴＯにおいては、山型の特性が生じる。実施形態における谷型の特性は、実施形態に係る構成による特異的な特性と考えられる。

このような特異的な特性は、第１磁性層２１が正の分極を持ち、第２磁性層２２が負の分極を持つことに関係している可能性がある。このような組み合わせにおいて、記録電流Ｉｗの絶対値が大きい場合（すなわち、磁界の絶対値が大きい場合）、第１磁性層２１及び第２磁性層２２の磁化の向きが互いに平行に近くなり、抵抗が増大していると考えられる。一般的なＳＴＯにおいては、いずれの磁性層も正の分極を持つ。磁化の向きが互いに平行に近くなる場合に抵抗が減少する。

図８は、第１実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示する模式図である。
図８の横軸は時間ｔｍである。縦軸は、磁化Ｍｚ（規格化値）である。図８には、第１磁性層２１の磁化Ｍｚ１と、第２磁性層２２の磁化Ｍｚ２と、に関する例が示されている。図８に示すように、磁化Ｍｚ１及び磁化Ｍｚ２は、逆位相（例えば、逆向きを保った状態）で回転する。

以下、実施形態に係る磁気記録装置２１０に含まれる磁気ヘッド及び磁気記録媒体８０の例について説明する。
図９は、実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的断面図である。
図９に示すように、実施形態に係る磁気ヘッド（例えば、磁気ヘッド１１０）において、第１磁極３１から第２磁極３２への第１方向Ｄ１は、Ｘ軸方向に対して傾斜しても良い。第１方向Ｄ１は、積層体２０の積層方向に対応する。Ｘ軸方向は、媒体対向面３０Ｆに沿う。第１方向Ｄ１と媒体対向面３０Ｆとの間の角度を角度θ１とする。角度θ１は、例えば、１５度以上３０度以下である。角度θ１は、０度でも良い。

第１方向Ｄ１が、Ｘ軸方向に対して傾斜する場合、層の厚さは、第１方向Ｄ１に沿う長さに対応する。第１方向Ｄ１がＸ軸方向に対して傾斜する構成は、実施形態係る任意の磁気ヘッドに適用されて良い。例えば、第１磁極３１と積層体２０との界面、及び、積層体２０と第２磁極３２との界面は、Ｘ軸方向に対して傾斜しても良い。

以下、実施形態に係る磁気記録装置２１０に含まれる磁気ヘッド及び磁気記録媒体８０の例について説明する。

図１０は、実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。
図１０に示すように、実施形態に係る磁気ヘッド（例えば、磁気ヘッド１１０）は、磁気記録媒体８０と共に用いられる。この例では、磁気ヘッド１１０は、記録部６０及び再生部７０を含む。磁気ヘッド１１０の記録部６０により、磁気記録媒体８０に情報が記録される。再生部７０により、磁気記録媒体８０に記録された情報が再生される。

磁気記録媒体８０は、例えば、媒体基板８２と、媒体基板８２の上に設けられた磁気記録層８１と、を含む。磁気記録層８１の磁化８３が記録部６０により制御される。

再生部７０は、例えば、第１再生磁気シールド７２ａ、第２再生磁気シールド７２ｂ、及び磁気再生素子７１を含む。磁気再生素子７１は、第１再生磁気シールド７２ａと第２再生磁気シールド７２ｂとの間に設けられる。磁気再生素子７１は、磁気記録層８１の磁化８３に応じた信号を出力可能である。

図１０に示すように、磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５の方向に、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。磁気ヘッド１１０により、任意の位置において、磁気記録層８１の磁化８３に対応する情報が制御される。磁気ヘッド１１０により、任意の位置において、磁気記録層８１の磁化８３に対応する情報が再生される。

図１１は、実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図１１は、ヘッドスライダを例示している。
磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ１５９に設けられる。ヘッドスライダ１５９は、例えばＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＣなどを含む。ヘッドスライダ１５９は、磁気記録媒体の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体に対して相対的に運動する。

ヘッドスライダ１５９は、例えば、空気流入側１５９Ａ及び空気流出側１５９Ｂを有する。磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ１５９の空気流出側１５９Ｂの側面などに配置される。これにより、磁気ヘッド１１０は、磁気記録媒体の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体に対して相対的に運動する。

図１２は、実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。
図１２に示すように、実施形態に係る磁気記録装置１５０においては、ロータリーアクチュエータが用いられる。記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ１８０Ｍに装着される。記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ１８０Ｍにより矢印ＡＲの方向に回転する。スピンドルモータ１８０Ｍは、駆動装置制御部からの制御信号に応答する。本実施形態に係る磁気記録装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。磁気記録装置１５０は、記録媒体１８１を含んでもよい。記録媒体１８１は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。記録媒体１８１には、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。例えば、磁気記録装置１５０は、ハイブリッドＨＤＤ（Hard Disk Drive）でも良い。

ヘッドスライダ１５９は、記録用媒体ディスク１８０に記録する情報の、記録及び再生を行う。ヘッドスライダ１５９は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に設けられる。ヘッドスライダ１５９の先端付近に、実施形態に係る磁気ヘッドが設けられる。

記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押し付け圧力と、ヘッドスライダ１５９の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力と、がバランスする。ヘッドスライダ１５９の媒体対向面と、記録用媒体ディスク１８０の表面と、の間の距離が、所定の浮上量となる。実施形態において、ヘッドスライダ１５９は、記録用媒体ディスク１８０と接触しても良い。例えば、接触走行型が適用されても良い。

サスペンション１５４は、アーム１５５（例えばアクチュエータアーム）の一端に接続されている。アーム１５５は、例えば、ボビン部などを有する。ボビン部は、駆動コイルを保持する。アーム１５５の他端には、ボイスコイルモータ１５６が設けられる。ボイスコイルモータ１５６は、リニアモータの一種である。ボイスコイルモータ１５６は、例えば、駆動コイル及び磁気回路を含む。駆動コイルは、アーム１５５のボビン部に巻かれる。磁気回路は、永久磁石及び対向ヨークを含む。永久磁石と対向ヨークとの間に、駆動コイルが設けられる。サスペンション１５４は、一端と他端とを有する。磁気ヘッドは、サスペンション１５４の一端に設けられる。アーム１５５は、サスペンション１５４の他端に接続される。

アーム１５５は、ボールベアリングによって保持される。ボールベアリングは、軸受部１５７の上下の２箇所に設けられる。アーム１５５は、ボイスコイルモータ１５６により回転及びスライドが可能である。磁気ヘッドは、記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動可能である。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図１３（ａ）は、磁気記録装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。図１３（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ：ＨＧＡ）１５８を例示する斜視図である。

図１３（ａ）に示すように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、ヘッドジンバルアセンブリ１５８と、支持フレーム１６１と、を含む。ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延びる。支持フレーム１６１は、軸受部１５７から延びる。支持フレーム１６１の延びる方向は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８の延びる方向とは逆である。支持フレーム１６１は、ボイスコイルモータ１５６のコイル１６２を支持する。

図１３（ｂ）に示すように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延びたアーム１５５と、アーム１５５から延びたサスペンション１５４と、を有している。

サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ１５９が設けられる。ヘッドスライダ１５９に、実施形態に係る磁気ヘッドが設けられる。

実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気ヘッドが設けられたヘッドスライダ１５９と、サスペンション１５４と、アーム１５５と、を含む。ヘッドスライダ１５９は、サスペンション１５４の一端に設けられる。アーム１５５は、サスペンション１５４の他端と接続される。

サスペンション１５４は、例えば、信号の記録及び再生用のリード線（図示しない）を有する。サスペンション１５４は、例えば、浮上量調整のためのヒーター用のリード線（図示しない）を有しても良い。サスペンション１５４は、例えばスピントランスファトルク発振子用などのためのリード線（図示しない）を有しても良い。これらのリード線と、磁気ヘッドに設けられた複数の電極と、が電気的に接続される。

磁気記録装置１５０において、信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の記録及び再生を行う。信号処理部１９０の入出力線は、例えば、ヘッドジンバルアセンブリ１５８の電極パッドに接続され、磁気ヘッドと電気的に接続される。

実施形態に係る磁気記録装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドと、可動部と、位置制御部と、信号処理部と、を含む。可動部は、磁気記録媒体と磁気ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とする。位置制御部は、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合わせする。信号処理部は、磁気ヘッドを用いた磁気記録媒体への信号の記録及び再生を行う。

例えば、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク１８０が用いられる。上記の可動部は、例えば、ヘッドスライダ１５９を含む。上記の位置制御部は、例えば、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含む。

実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
第１磁極と、
第２磁極と、
前記第１磁極と前記第２磁極との間に設けられた積層体と、
を備え、
前記積層体は、
第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第２磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第１磁極と前記第１磁性層との間に設けられた第３非磁性層と、
を含み、
前記第１磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む第１元素を含み、
前記第２磁性層は、前記第１元素と、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｃよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１磁性層は、前記第２元素を含まない、または、前記第１磁性層における前記第２元素の濃度は、前記第２磁性層における前記第２元素の濃度よりも低く、
前記第１磁極から前記第２磁極への第１方向に沿う前記第１磁性層の第１厚さは、前記第１方向に沿う前記第２磁性層の第２厚さの０．２５倍以上４倍以下である、磁気ヘッド。

（構成２）
前記第１厚さは、前記第２厚さの０．３３倍以上である、構成１記載の磁気ヘッド。

（構成３）
前記第３非磁性層は、前記第１磁極及び前記第１磁性層と接した、構成１または２に記載の磁気ヘッド。

（構成４）
前記第１非磁性層は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層と接した、構成１～３のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成５）
前記第２非磁性層は、前記第２磁性層及び前記第２磁極と接した、構成１～４のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成６）
前記第１非磁性層、前記第２非磁性層及び前記第３非磁性層の少なくともいずれかは、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｖ、Ａｌ及びＡｇよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素を含む、構成１記載の磁気ヘッド。

（構成７）
前記第２厚さは、５ｎｍ以上である、構成１～６のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成８）
前記第１厚さは、５ｎｍ以上である、構成１～７のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成９）
前記第１厚さ及び前記第２厚さの和は、１５ｎｍ以上である、構成１～８のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１０）
前記第１磁性層は、第１磁性領域及び第２磁性領域を含み、
前記第２磁性領域は、前記第１磁性領域と前記第１非磁性層との間にあり、
前記第１磁性領域の飽和磁化は、前記第２磁性領域の飽和磁化よりも大きい、構成１～９のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１１）
前記第１磁性層は、第１磁性領域及び第２磁性領域を含み、
前記第２磁性領域は、前記第１磁性領域と前記第１非磁性層との間にあり、
前記第１磁性領域におけるＦｅの濃度は、前記第２磁性領域におけるＦｅの濃度よりも高い、構成１～９のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１２）
前記第２磁性層は、第３磁性領域及び第４磁性領域を含み、
前記第４磁性領域は、前記第３磁性領域と前記第１非磁性層との間にあり、
前記第３磁性領域の飽和磁化は、前記第４磁性領域の飽和磁化よりも大きい、構成１～１１のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１３）
前記第２磁性層は、第３磁性領域及び第４磁性領域を含み、
前記第４磁性領域は、前記第３磁性領域と前記第１非磁性層との間にあり、
前記第３磁性領域におけるＦｅの濃度は、前記第４磁性領域におけるＦｅの濃度よりも高い、構成１～１２のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１４）
前記積層体は、第３磁性層をさらに含み、
前記第３磁性層は、前記第２磁性層と前記第２非磁性層との間に設けられ、
前記第３磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む第１元素を含み、
前記第３磁性層は、前記第２元素を含まない、または、前記第３磁性層における前記第２元素の濃度は、前記第２磁性層における前記第２元素の濃度よりも低い、構成１～１３のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１５）
前記第２磁性層における前記第２元素の濃度は、１０原子％以上８０原子％以下である、構成１～１４のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１６）
前記第１磁性層から前記第２磁性層への向きに電流が前記積層体に供給される、構成１～１５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１７）
前記電流が前記積層体に供給されたときに、前記積層体から交流磁界が生じる、構成１６記載の磁気ヘッド。

（構成１８）
コイルをさらに備え、
前記コイルに流れる記録電流に応じて、前記第１磁極及び前記第２磁極の少なくともいずれかから生じる記録磁界が変化し、
前記積層体の電気抵抗は、前記記録電流が第１電流のときに第１抵抗であり、
前記電気抵抗は、前記記録電流が第２電流のときに第２抵抗であり、
前記電気抵抗は、前記記録電流が第３電流のときに第３抵抗であり、
前記第１電流の絶対値は、前記第２電流の絶対値よりも小さく、前記第３電流の絶対値よりも小さく、
前記第２電流の向きは、前記第３電流の向きと逆であり、
前記第１抵抗は、前記第２抵抗よりも低く、前記第３抵抗よりも低い、構成１～１７のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。

（構成１９）
構成１～１６のいずれか１つに記載の磁気ヘッドと、
電気回路と、
を備え、
前記電気回路は、前記積層体に電流を供給可能であり、
前記電流は、前記第１磁性層から前記第２磁性層への向きを有する、磁気記録装置。

（構成２０）
前記電気回路が、前記積層体に電流を供給したときに、
前記積層体から交流磁界が生じる、構成１９記載の磁気記録装置。

実施形態によれば、記録密度の向上が可能な磁気ヘッド及び磁気記録装置が提供できる。

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

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、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気ヘッドに含まれる、磁極、積層体、磁性層、非磁性層、及び配線などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及び磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気ヘッド及び磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２０…積層体、２０Ｄ…電気回路、２１…第１磁性層、２１ａ、２１ｂ…第１、第２磁性領域、２２…第２磁性層、２２ｃ、２２ｄ…第３、第４磁性領域、２３…第３磁性層、３０Ｄ…記録回路、３０Ｆ…媒体対向面、３０ｃ…コイル、３０ｉ…絶縁部、３１、３２…第１、第２磁極、３３…シールド、４１～４３…第１～第３非磁性層、６０…記録部、７０…再生部、７１…磁気再生素子、７２ａ、７２ｂ…第１、第２再生磁気シールド、８０…磁気記録媒体、８１…磁気記録層、８２…媒体基板、８３…磁化、８５…媒体移動方向、 θ１…角度、１１０、１１１、１１２…磁気ヘッド、１５０…磁気記録装置、１５４…サスペンション、１５５…アーム、１５６…ボイスコイルモータ、１５７…軸受部、１５８…ヘッドジンバルアセンブリ、１５９…ヘッドスライダ、１５９Ａ…空気流入側、１５９Ｂ…空気流出側、１６０…ヘッドスタックアセンブリ、１６１…支持フレーム、１６２…コイル、１８０…記録用媒体ディスク、１８０Ｍ…スピンドルモータ、１８１…記録媒体、１９０…信号処理部、２１０…磁気記録装置、ＡＲ、ＡＲ１…矢印、Ｄ１…第１方向、Ｉ１～Ｉ３…第１～第３電流、Ｉｔｈ…しきい値電流、Ｉｗ…記録電流、Ｍｚ、Ｍｚ１、Ｍｚ２…磁化、ＯＳ…発振強度、Ｒｘ…電気抵抗、Ｒｘ１～Ｒｘ３…第１～第３抵抗、Ｔ１、Ｔ２…第１、第２端子、Ｗ１、Ｗ２…第１、第２配線、ｉｃ…電流、ｊｅ…電子流、ｔ１～ｔ３…第１～第３厚さ、ｔ４１～ｔ４３…厚さ、ｔｓ…和

Claims

第１磁極と、
第２磁極と、
前記第１磁極と前記第２磁極との間に設けられた積層体と、
を備え、
前記積層体は、
第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第２磁性層と前記第２磁極との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第１磁極と前記第１磁性層との間に設けられた第３非磁性層と、
を含み、
前記第１磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１つを含む第１元素を含み、
前記第２磁性層は、Ｆｅ及びＮｉの少なくとも１つと、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｃよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１磁性層は、前記第２元素を含まない、または、前記第１磁性層における前記第２元素の濃度は、前記第２磁性層における前記第２元素の濃度よりも低く、
前記第１磁極から前記第２磁極への第１方向に沿う前記第１磁性層の第１厚さは、前記第１方向に沿う前記第２磁性層の第２厚さの０．２５倍以上４倍以下である、磁気ヘッド。
前記第３非磁性層は、前記第１磁極及び前記第１磁性層と接した、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記第２非磁性層は、前記第２磁性層及び前記第２磁極と接した、請求項１または２に記載の磁気ヘッド。
前記第２磁性層における前記第２元素の濃度は、１０原子％以上８０原子％以下である、請求項１～３のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
請求項１～４のいずれか１つに記載の磁気ヘッドと、
電気回路と、
を備え、
前記電気回路は、前記積層体に電流を供給可能であり、
前記電流は、前記第１磁性層から前記第２磁性層への向きを有する、磁気記録装置。