磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置
【課題】ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、再生部を備えた磁気ヘッドが提供される。再生部は、磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する。再生部は、積層膜と、磁界印加部と、を含む。積層膜は、第１磁化固着層と、磁化自由層と、を含む。第１磁化固着層は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。磁化自由層は、第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する。磁界印加部は、積層膜と第１軸に沿って積層され、第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を積層膜に加える。第１磁化固着層から磁化自由層へ、磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、媒体磁界に応じて積層膜の抵抗が変化する。
【解決手段】実施形態によれば、再生部を備えた磁気ヘッドが提供される。再生部は、磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する。再生部は、積層膜と、磁界印加部と、を含む。積層膜は、第１磁化固着層と、磁化自由層と、を含む。第１磁化固着層は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。磁化自由層は、第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する。磁界印加部は、積層膜と第１軸に沿って積層され、第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を積層膜に加える。第１磁化固着層から磁化自由層へ、磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、媒体磁界に応じて積層膜の抵抗が変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録再生装置において、ハードディスクドライブ等の磁気記録媒体に保存された情報が、磁気抵抗効果型の磁気ヘッドによって読み出される。記録密度を向上したときに、磁気ノイズが特に問題となる。記録密度の向上のためにノイズを抑制することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、再生部を備えた磁気ヘッドが提供される。前記再生部は、磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する。前記再生部は、積層膜と、磁界印加部と、を含む。前記積層膜は、第１磁化固着層と、磁化自由層と、を含む。前記第１磁化固着層は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。前記磁化自由層は、前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する。前記磁界印加部は、前記積層膜と前記第１軸に沿って積層され、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に加える。前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式的斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダを示す模式的斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示すグラフ図である。
【図７】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式的斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部を示す模式的斜視図である。
【図１４】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式図である。
【図１５】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を示すグラフ図である。
【図１６】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、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。また、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。
なお、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。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図３は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面図である。
まず、本実施形態に係る磁気ヘッドの構成の概要と動作の概要について、図２及び図３を用いて説明する。
【０００９】
図２に表したように、磁気ヘッド１１０は、再生部７０（再生ヘッド部）を備える。さらに、磁気ヘッド１１０は、書き込み部６０（書き込みヘッド部）を備えることができる。
【００１０】
書き込み部６０は、例えば、主磁極６１と、書き込み部リターンパス６２と、を含む。なお、磁気ヘッド１１０において、書き込み部６０は、スピントルク発振子１０（ＳＴＯ：spin torque oscillator）などの書き込み動作に関してアシストする部分をさらに含むことができる。すなわち、磁気ヘッド１１０の書き込み部６０は、任意の構成を有することができる。
【００１１】
再生部７０は、例えば、積層膜７１と、第１磁気シールド７２ａと、第２磁気シールド７２ｂとを含む。積層膜７１は、例えば磁気抵抗効果素子である。
【００１２】
積層膜７１は、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に設けられている。後述するように、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。
【００１３】
上記の再生部７０の各要素、及び、上記の書き込み部６０の各要素は、図示しない、例えばアルミナの絶縁体により分離される。
【００１４】
図３に表したように、磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３に搭載される。ヘッドスライダ３には、例えばＡｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどが用いられる。
ヘッドスライダ３は、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
【００１５】
ヘッドスライダ３は、例えば、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３の空気流出側３Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
【００１６】
図２に表したように、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、を有する。書き込み部６０から印加される磁界により、磁気記録層８１の磁化８３が制御され、これにより書き込み動作が実施される。このとき、磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。
【００１７】
再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向して配置される。磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。再生部７０は、磁気記録層８１の磁化８３の方向を検出する。これにより、再生動作が実施される。
【００１８】
例えば、磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向の軸をＺ軸とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な軸をＹ軸とする。Ｘ軸を第１軸とし、Ｚ軸を第２軸とし、Ｙ軸を第３軸とする。第Ｚ軸方向は、ハイト方向である。Ｘ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック進行方向に対応する。Ｙ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック幅方向に対応する。
【００１９】
図１は、再生部７０の構成を例示している。
図１に表したように、本実施形態に係る磁気ヘッド１１０は、再生部７０を備える。再生部７０は、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界（磁化８３）を検出する。再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面７０ｓ（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）を有する。
【００２０】
再生部７０は、積層膜７１と、磁界印加部７５と、を含む。既に説明したように、再生部７０は、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂを含むことができる。
【００２１】
本具体例では、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に積層膜７１及び磁界印加部７５が配置される。例えば、第１磁気シールド７２ａと磁界印加部７５との間に積層膜７１が配置される。例えば、積層膜７１と第２磁気シールド７２ｂとの間に磁界印加部７５が配置される。
【００２２】
積層膜７１は、第１磁化固着層３１と、磁化自由層３２と、を含む。第１磁化固着層３１から磁化自由層３２に向かう方向の軸が、Ｘ軸（第１軸）とされる。
【００２３】
第１磁化固着層３１は、垂直磁気異方性を有する。第１磁化固着層３１の磁化（第１磁化固着層磁化３１ｈ）は、固着されている。第１磁化固着層３１の磁化の方向は、固着されている。
【００２４】
本願明細書において、垂直磁気異方性は、磁化の膜面垂直方向（膜厚方向に対して平行方向）に、磁化が向きやすい性質のことを言う（膜面垂直方向に磁化が向くと磁気エネルギーが低下する）。すなわち、垂直磁気異方性を有する第１磁化固着層３１においては、Ｘ軸に沿った磁化（第１磁化固着層磁化３１ｈ）が、Ｙ軸に沿った磁化よりも大きく、Ｚ軸に沿った磁化よりも大きい。
【００２５】
磁化自由層３２は、第１磁化固着層３１とＸ軸に沿って積層される。磁化自由層３２においては、スピントルク発振する。本具体例では、第１磁気シールド７２ａと磁化自由層３２との間に第１磁化固着層３１が配置される。磁化自由層３２は、例えば、磁界検出層として機能する。
【００２６】
本願明細書においては、「積層」とは、直接重ねられる場合の他に、他の要素が間に挿入されて重ねられる場合も含む。
【００２７】
本具体例では、積層膜７１は、中間層３４（スピントルク伝達層）をさらに含む。中間層３４は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に設けられる。中間層３４は、第１磁化固着層３１のスピントルクを磁化自由層３２に伝達する機能を有する。
【００２８】
本具体例では、積層膜７１は、下地層３３をさらに含む。第１磁気シールド７２ａと第１磁化固着層３１との間に下地層３３が配置される。
【００２９】
本具体例では、磁界印加部７５は、第２磁化固着層２２と、非磁性層（第２非磁性層２１）と、を含む。積層膜７１の磁化自由層３２と、第２磁気シールド７２ｂと、の間に第２磁化固着層２２が配置される。積層膜７１の磁化自由層３２と、第２磁化固着層２２と、の間に第２非磁性層２１が配置される。
【００３０】
すなわち、第２磁化固着層２２は、積層膜７１とＸ軸に沿って積層される。第２磁化固着層２２は、垂直磁気異方性を有する。第２磁化固着層２２の磁化（第２磁化固着層磁化２２ｈ）は、第１磁化固着層３１の磁化の方向に固着されている。第２磁化固着層２２の磁化の方向は、第１磁化固着層３１の磁化の方向と同じである。
【００３１】
第２非磁性層２１は、積層膜７１と第２磁化固着層２２との間に設けられる。第２非磁性層２１には、非磁性材料が用いられる。第１磁化固着層３１と第２非磁性層２１との間に磁化自由層３２が配置される。
【００３２】
例えば第１磁気シールド７２ａの上に下地層３３が形成される。下地層３３の上に第１磁化固着層３１が形成される。第１磁化固着層３１の上に中間層３４が形成される。中間層３４の上に磁化自由層３２が形成される。磁化自由層３２の上に第２非磁性層２１が形成される。第２非磁性層２１の上に第２磁化固着層２２が形成される。第２磁化固着層２２の上に第２磁気シールド７２ｂが形成される。第２非磁性層２１は、例えばキャップ層である。
【００３３】
このように、磁界印加部７５は、積層膜７１とＸ軸に沿って積層される。磁界印加部７５は、Ｘ軸に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に加える。
【００３４】
再生部７０において、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、Ｘ軸に沿って電流Ｉ１を流すことができる。すなわち、実施形態に係る磁気ヘッド１１０の再生部７０においては、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流れる。第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流Ｉ１が流れるときには、磁化自由層３２から第１磁化固着層３１に、電子電流が流れる。
【００３５】
例えば、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２に電気的に接続された第１電流供給部７５ａが接続される。本具体例では、第１電流供給部７５ａは、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとに電気的に接続される。電流Ｉ１は、第１磁気シールド７２ａ、第２磁気シールド７２ｂ及び磁界印加部７５を介して、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２に（積層膜７１に）供給される。
【００３６】
再生部７０において、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、磁化自由層３２がスピントルク発振する値（しきい値）以上の電流Ｉ１が流されたときに、磁気記録媒体８０の媒体磁界（磁化８３）に応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。すなわち、磁気記録媒体８０の媒体磁界の大きさ及び向きの少なくともいずれかに応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。積層膜７１の抵抗は、積層膜７１のＸ軸に沿った抵抗である。積層膜７１の抵抗は、少なくとも、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との両端の抵抗を含む。
【００３７】
第１磁化固着層３１から磁化自由層３２に、スピントルクが注入される。第１磁化固着層３１は、スピン注入層として機能する。この例では、第１磁化固着層３１のスピントルクが、中間層３４を介して磁化自由層３２に伝達される。磁化自由層３２の磁化（磁化自由層磁化３２ｈ）は、伝達されたスピントルクにより、層面内で大回転する。
【００３８】
上記のように、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは、電極として機能することができる。第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂには、例えばＮｉＦｅなどが用いられる。
【００３９】
この例では、電流Ｉ１は、磁界印加部７５を介して積層膜７１に流れる。すなわち、磁界印加部７５は、電極として機能することができる。
【００４０】
下地層３３には、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｕ及びＴｉなどの単層膜、または、積層膜を用いることが望ましい。下地層３３の厚さは、薄いことが望ましい。これにより、再生分解能が高まる。積層膜７１の膜質向上と再生分解能との観点から、下地層３３の厚さは適切に設定される。
【００４１】
第１磁化固着層３１には、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子膜を用いることが望ましい。これにより、高いＭＲ比（高分極）と、大きな垂直磁気異方性と、の両方が得られる。
【００４２】
第１磁化固着層３１には、例えば、大きな垂直磁気異方性を有するＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、及び、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子等を用いることができる。この場合には、例えば、第１磁化固着層３１と中間層３４との間の界面に、薄い高分極率材料層を挿入することが望ましい。高分極率材料層の厚さは、例えば０．５ナノメートル（ｎｍ）以上３ｎｍ以下である。高分極材料層には、例えば、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ／ＦｅＣｏ積層膜、または、スピン拡散長の短いホイスラー規則化合金（ＦｅＣｏＡｌＳｉ及びＣｏＭｎＧｅなど）及びＦｅＣｏＧｅ、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏＳｉなどの層を用いることができる。スピン拡散長が短いと、薄くても十分な分極が可能となる。これにより、磁化自由層３２（磁界検出層）へのスピントルク伝達効率が向上できる。高分極材料層が厚いと、第１磁化固着層３１の全体の垂直磁気異方性が弱まる。このため、高分極材料層の厚みは薄く設定される。
【００４３】
中間層３４には、例えば、Ｃｕ及びＡｇなどが用いられる。これにより、高いＭＲ比と、高いスピントルク伝達効率が得られる。すなわち、高い電流密度が投入可能で低い抵抗が得られる。中間層３４の厚みは、薄いことが望ましい。中間層３４は必要に応じて設けられる。中間層３４は省略しても良い。また、中間層３４として、ＺｎＯ及びＭｇＯなどの酸化物層と、その酸化物層内に分散した導電部と、を含むハイブリッド型の層を用いることもできる。これにより、抵抗は高くなるがＭＲ比を向上できる。
【００４４】
磁化自由層３２には、例えば、ＦｅＣｏ系合金、及び、ホイスラー系合金などを用いることができる。これにより、高いＭＲ比が得られる。磁化自由層３２の厚さは、高分解能の観点から、１０ｎｍ以下が望ましい。磁化自由層３２の厚さは、ＭＲ比の向上のためには、厚いことが望ましい。磁化自由層３２の厚さは、これらの観点から適切に設定される。磁化自由層３２は、面内に磁化が向きやすいことが望ましい。面内磁気異方性においては、膜面に対して垂直方向よりも膜面に対して平行な方向に磁化が向きやすい。磁化自由層３２が面内磁気異方性を有することにより、磁化自由層３２における発振が安定化する。
【００４５】
もし、磁化自由層３２の厚さ（Ｘ軸に沿った幅）が、Ｙ軸に沿った幅またはＺ軸に沿った幅と同程度になると、反磁界によって、膜面内の磁化安定化が困難となる。その場合には、Ｆｅ／Ｃｏ積層膜のような負の垂直磁気異方性を、磁化自由層３２の少なくとも一部に用いることが望ましい。また、磁化自由層３２において、膜面内での磁化安定化のために、Ｒｕ層を介して反強磁性結合した磁性層／Ｒｕ層／磁性層のような積層構成を用いることができる。
【００４６】
第１磁化固着層３１のＹ軸に沿った幅（トラック幅方向の幅）は、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅よりも大きいことが望ましい。第１磁化固着層３１のＺ軸に沿った幅（ハイト方向の幅）は、磁化自由層３２のＺ軸に沿った幅よりも大きいことが望ましい。すなわち、Ｘ軸に対して垂直な軸に沿った第１磁化固着層３１の幅は、Ｘ軸に対して垂直なその軸に沿った磁化自由層３２の幅よりも大きいことが望ましい。
【００４７】
これにより、磁化自由層３２からの反作用スピントルクによる磁化の乱れが抑制できる。さらに、狭トラック幅の媒体磁界を実際に検出する磁化自由層３２を超微細形状にパターニングすることがプロセス的に容易になる。すなわち、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅の加工において、Ｙ軸に沿った幅とエッチング深さとを同程度にできる。さらに、再生部７０の抵抗が低減できる。
【００４８】
Ｙ軸（磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向のＺ軸と、Ｘ軸と、に対して垂直な軸）に沿った磁化自由層３２の幅は、磁気記録媒体８０の記録トラック幅と、実質的に同じに設定される。
【００４９】
Ｚ軸（Ｘ軸に対して垂直で磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向の軸）に沿った磁化自由層３２の幅は、Ｙ軸（Ｘ軸とＺ軸とに対して垂直な軸）に沿った磁化自由層３２の幅以下に設定することが望ましい。磁化自由層３２のＺ軸に沿った幅を、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅よりも小さく設定することで、例えば、再生の分解能が向上できる。
【００５０】
第２非磁性層２１には、例えば、スピントルクの伝達を遮断する材料が用いられる。第２非磁性層２１には、例えば、Ｔａ及びＲｕなどを用いることが望ましい。
【００５１】
第２磁化固着層２２には、例えば、飽和磁化が大きく垂直磁気異方性を有する材料を用いることが望ましい。これにより、強い垂直磁界を発生することができる。第２磁化固着層２２には、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子、及び、ＣｏＰｔ合金などを用いることができる。
【００５２】
垂直磁気異方性を安定化するために、第２磁化固着層２２と第２非磁性層２１との間に、別の下地層を設けても良い。この別の下地層には、例えば、Ｒｕ、Ｃｕ及びＴｉなどを用いることができる。
【００５３】
以下、磁気ヘッド１１０の特性の測定結果の例を説明する。
以下の試料においては、積層膜７１のＹ軸に沿った幅は、約５０ｎｍであり、Ｚ軸に沿った幅は約５０ｎｍである。第１磁化固着層３１として、Ｘ軸に沿って交互に積層されたＦｅＣｏ層とＮｉ層とを用いた。ＦｅＣｏ層の厚さは、０．２ｎｍである。Ｎｉ層の厚さは、０．６ｎｍである。ＦｅＣｏ層の数は２５であり、Ｎｉ層の数は２５である。
【００５４】
磁化自由層３２には、ＦｅＣｏＳｉ層を用いた。磁化自由層３２の厚さは約１０ｎｍである。磁化自由層３２の飽和磁化Ｂｓは、約１．５テスラ（Ｔ）である。
【００５５】
図４（ａ）〜図４（ｃ）、及び、図５（ａ）〜図５（ｃ）は第１の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４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間の電圧Ｖａが約１０ミリボルト（ｍＶ）の場合の特性に対応する。すなわち、これらの図は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流れる電流がしきい値よりも小さい場合に対応する。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間の電圧Ｖａが約８０ミリボルト（ｍＶ）の場合の特性に対応する。すなわち、これらの図は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流れる電流がしきい値よりも大きい場合に対応する。
【００５６】
図４（ａ）及び図５（ａ）は、特性の測定結果を例示するグラフ図である。これらの図において、横軸は、素子に印加される磁界Ｈである。磁界Ｈは、Ｘ軸に沿う磁界である。磁界Ｈは、例えば、検出すべき、磁気記録媒体８０の媒体磁界に対応する。縦軸は、素子の抵抗変化ｄＲである。
【００５７】
図４（ｂ）、図４（ｃ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２の磁化の状態を模式的に例示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に例示した第１状態ＳＴ１（電圧Ｖａ＝１０ｍＶ、磁界Ｈ＝０ｋＯｅ）に対応する。図４（ｃ）は、図４（ａ）に例示した第２状態ＳＴ２（電圧Ｖａ＝１０ｍＶ、磁界Ｈ＝６ｋＯｅ）に対応する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に例示した第３状態ＳＴ３（電圧Ｖａ＝８０ｍＶ、磁界Ｈ＝６ｋＯｅ）に対応する。図５（ｃ）は、図５（ａ）に例示した第４状態ＳＴ４（電圧Ｖａ＝８０ｍＶ、磁界Ｈ＝９ｋＯｅ）に対応する。
【００５８】
図４（ａ）に表したように、電圧Ｖａが１０ｍＶの場合、磁界Ｈが０ｋＯｅのときの抵抗は高い。そして、磁界Ｈの絶対値が大きくなると抵抗が低下する。
【００５９】
図４（ｂ）に表したように、磁界Ｈが０ｋＯｅである第１状態ＳＴ１においては、磁化自由層磁化３２ｈは、第１磁化固着層３１からの漏洩磁界の影響により、Ｘ軸に対して傾斜する。すなわち、磁化自由層磁化３２ｈは、膜面内から膜面直方向に若干傾く。その結果、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、９０度に近い。
【００６０】
電圧Ｖａが１０ｍＶのときは、スピントルクが微弱である、このため、磁界Ｈの絶対値を増大すると、抵抗は減少する。磁界Ｈが約３ｋＯｅ〜４ｋＯｅにおいて、抵抗は実質的に一定となる。
【００６１】
図４（ｃ）に表したように、第２状態ＳＴ２においては、磁化自由層磁化３２ｈは、第１磁化固着層磁化３１ｈと実質的に同じ方向に向く。すなわち、磁化自由層磁化３２ｈは、Ｘ軸に沿う。
【００６２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に例示した電流が小さい状態においては、磁界Ｈが大きい場合においても、スピントルク発振が生じていない。
【００６３】
図５（ａ）に表したように、電圧Ｖａが８０ｍＶのときは、磁界Ｈの絶対値が６ｋＯｅ以上１０ｋＯｅ以下の領域においては、磁界Ｈの絶対値が増大すると、抵抗は減少する。この領域においては、磁界Ｈの絶対値と、抵抗変化ｄＲと、の関係は概ね線形である。
【００６４】
図５（ｂ）に表したように、磁界Ｈが６ｋＯｅの第３状態ＳＴ３のときは、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、９０度に近い。第３状態ＳＴ３は、高抵抗状態である。
【００６５】
図５（ｃ）に表したように、磁界Ｈが９ｋＯｅの第４状態ＳＴ４のときは、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、減少し、０度に近づく。第４状態ＳＴ４は、低抵抗状態である。
【００６６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に例示した電流が大きい状態においては、磁界Ｈが大きい場合（磁界Ｈが６ｋＯｅ以上の場合）に、スピントルク発振が生じている。このような、抵抗が略線形に変化する領域における発振周波数は、約２０ＧＨｚ以上約２５ＧＨｚ以下であった。
【００６７】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、抵抗が略線形に変化する特性が利用される。
すなわち、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へしきい値（磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値）以上の電流Ｉ１が流されたときに（上記の例では８０ｍＶの電圧Ｖａを印加したときに）、媒体磁界に応じて積層膜７１の抵抗が変化する。そして、この抵抗の変化を検出することで、媒体磁界が検出される。すなわち、磁気記録媒体８０に記録された磁化８３の方向が検出され、記録された情報が読み出される。
【００６８】
スピントルク発振子（ＳＴＯ）に関して、その発振特性についての多くの研究開発が行われている。しかしながら、ＳＴＯの抵抗の磁界による変化を磁気ヘッドの再生部に応用する発想は見られなかった。
【００６９】
発明者が行った上記の独自の実験により、発明者は、図５（ａ）に例示したようにＳＴＯの抵抗が磁界によって変化することを見出した。そして、その変化は、実質的に線形である（例えば磁界Ｈ＝６ｋＯｅ〜１０ｋＯｅの領域）。この初めて見出された知見に基づいて、実施形態に係る磁気ヘッドの構成が構築された。
【００７０】
一般に、素子サイズが減少するとマグノンの発生が抑制され、スピントルクによる均一発振が起こり易くなることが理論から予想されている。実験でも、素子サイズが大きくなると、図５（ａ）に例示したような線形の磁界−抵抗特性は得難くなる。逆に素子サイズが小さくなると、均一な発振により磁化の熱揺らぎノイズの抑制効果が期待される。
【００７１】
一方、Ｘ軸に沿って、媒体磁界に相当する大きさの１０ｋＯｅの磁界を外部から加えても、図５（ａ）に例示した磁界−抵抗特性に変化は無かった。
【００７２】
例えば、参考例の再生ヘッドにおいては、磁気抵抗効果膜の膜面内方向の媒体磁界（例えばＺ軸方向の媒体磁界）が検出される。
これに対し、実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、媒体磁界の、積層膜７１の膜面に対して垂直な成分（例えば媒体磁界のＸ軸方向成分）が検出される。その結果、この特性により、磁気シールドの間隔（第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間の距離）が広くても、狭い記録ビット長の再生が可能になる。
【００７３】
実施形態においては、Ｘ軸に沿う（積層膜７１の膜面に対して垂直な軸に沿う）適度なバイアス磁界Ｈｂと、第１磁化固着層３１（垂直磁化スピン注入層）からのスピン注入と、により、磁化自由層３２（磁界検出層）の膜面内で、１０ＧＨｚ以上の高周波で磁化が３６０度大回転する特異なスピントルク発振状態が可能となる。
【００７４】
磁化自由層３２が超微細化すると熱揺らぎが大きくなる傾向がある。しかし、実施形態におけるスピントルク発振においては、磁化自由層３２が超微細化された場合においても、磁化の乱れは少なく、磁化は均一である。
【００７５】
さらに、実施形態におけるスピントルク発振状態においては、磁気記録媒体８０の媒体磁界の媒体膜面垂直方向成分（例えばＺ軸方向成分）に対しては、積層膜７１の抵抗は実質的に変化せず、磁気記録媒体８０の媒体磁界の媒体膜面内方向成分（例えばＸ軸方向成分）に対して積層膜７１の抵抗が概ね線形に変化する。この現象は、発明者の実験により見出された。
【００７６】
この現象は、第１磁化固着層３１の磁化と、磁化自由層３２の磁化と、の間の角度が、媒体膜面内方向成分磁場（積層膜７１の膜面垂直方向磁場であり、例えばＸ軸方向の磁場）に基づいて変化するためである。この磁場の方向が、第１磁化固着層３１の磁化の方向と同じときは、抵抗が減少する。この磁場の方向が、第１磁化固着層３１の磁化の方向と逆のときは、抵抗が増大する。
【００７７】
従来の構成の場合は、超微細な磁性層においては、磁化の熱揺らぎの抑制と高感度な再生出力との両立は原理的に回避困難と考えられていた。これに対し、実施形態に係る磁気ヘッドによれば、超微細な磁性層においても、磁化の熱揺らぎの抑制と高感度な再生出力との両立が実現できる。
【００７８】
従来の再生ヘッドにおいては、媒体膜面内方向成分（例えばＸ軸方向成分）の媒体磁界は、利用が困難であった。これに対し、実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、媒体膜面内方向成分の媒体磁界が、垂直磁化媒体の磁化の方向が変化する遷移領域に集中するので、高い分解能の再生が可能となる。
【００７９】
熱揺らぎの抑制が可能になると、磁化自由層３２のＸ軸に沿う長さが縮小できる。これにより、高い分解能の再生が可能となる。
【００８０】
なお、媒体磁界に数１０ＧＨｚの高周波を重畳すると、磁気記録媒体８０の磁化８３が反転し易くなることが知られている。この現象に基づく高周波アシスト記録の方法も知られている。
【００８１】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においても、ＳＴＯ（例えば積層膜７１）が発振すると高周波が発生する。この高周波が、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態を乱すことが懸念される。この問題が発生しないように、実施形態に係る磁気ヘッド１１０は適切に設計される。
【００８２】
図６は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
同図の横軸は、ＳＴＯ（具体的には磁化自由層３２）におけるスピントルク発振の周波数ｆｓである。縦軸は、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄである。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは、印加される高周波によって磁気記録媒体８０の保磁力が低減する程度を表す。図６において、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは、相対値である。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０のときは、保磁力が低減しないことに対応する。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０から１に向かうと、保磁力を低減する効果が大きくなる。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０よりも１の側の領域において、磁気記録媒体８０の磁化が変化され易くなる。
【００８３】
図６に表したように、ＳＴＯのスピントルク発振の周波数ｆｓが０から上昇すると、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは大きくなる。そして、周波数ｆｓが媒体固有周波数ｆｍのときに媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが最大となる。媒体固有周波数ｆｍは、例えば磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数である。そして、周波数ｆｓが周波数ｆ１以上になると、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは０になり、効果が得られない。なお、ＳＴＯを高周波アシスト記録に利用する場合は、周波数ｆｓが媒体固有周波数ｆｍに近い条件が採用される。
【００８４】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、例えば、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも高く設定される。具体的には、例えば、周波数ｆｓは、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが実質的に０となる周波数ｆ１以上（第１周波数範囲ｆｒ１）に設定される。または、周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも低く設定される。周波数ｆｓは、特に、媒体固有周波数ｆｍよりも著しく低い値(第２周波数範囲ｆｒ２）に設定される。
【００８５】
すなわち、実施形態においては、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の磁化８３が反転し易い周波数を避けた領域の値に設定される。
【００８６】
磁気記録媒体８０の磁化８３の反転が容易となる周波数は、概ね、磁気記録媒体８０の磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積の２／３程度である。一方、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、概ね、外部磁界（バイアス磁界Ｈｂ）とγとの積である。
【００８７】
例えば、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓが、磁気記録媒体８０の磁化８３の反転周波数から遠ざかるように、バイアス磁界Ｈｂが設定される。特に、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓを磁気記録媒体８０の磁化８３の反転周波数よりも高くすることが望ましい。これにより、磁化自由層３２のスピントルク発振によって、磁気記録媒体８０の磁化８３が不安定になることが抑制される。
【００８８】
このように、実施形態においては、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数（媒体固有周波数ｆｍ）よりも高いことが望ましい。周波数ｆｓは、例えば、磁気記録媒体８０の磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積よりも高く設定される。
【００８９】
または、周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数よりも低いことが望ましい。周波数ｆｓは、例えば、磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積よりも低く設定される。
【００９０】
磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁化自由層３２に流される電流Ｉ１に対して実質的に比例する。従って、磁気ヘッド１１０において、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流される電流値は、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓを、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数よりも高くする値に設定されることが望ましい。
【００９１】
図７は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図７に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１１においては、磁化自由層３２は、第１磁性層３２ａと、第２磁性層３２ｂと、非磁性層（第１非磁性層３２ｃ）と、を含む。
【００９２】
第２磁性層３２ｂは、第１磁性層３２ａとＸ軸に沿って積層される。第２磁性層３２ｂは、第１磁性層３２ａの磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する。すなわち、第２磁性層３２ｂの磁化の位相は、第１磁性層３２ａの位相と１８０度異なる。
【００９３】
第１非磁性層３２ｃは、第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとの間に設けられる。
磁気ヘッド１１１におけるこの他の構成は、例えば磁気ヘッド１１０の構成と同様とすることができるので説明を省略する。
【００９４】
磁気ヘッド１１１においては、第１磁性層３２ａ及び第２磁性層３２ｂは、スピントルク発振する。第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとは、互いに反強磁性結合しており、位相が互いに１８０度異なる。位相が１８０度異なるので、高周波磁界がキャンセルされる。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。
【００９５】
さらに、磁化自由層３２のスピントルク発振により発生する高周波磁界によって、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態を安定化させるために、磁化自由層３２の磁気膜厚を所定の値よりも小さく設定することが有効である。
【００９６】
実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０及び１１１、並びに、それらの変形）においては、例えば、磁化自由層３２の磁気膜厚は、５ナノメートル・テスラ（ｎｍＴ）未満に設定される。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。なお、高周波アシスト記録においては、ＳＴＯの磁気膜厚は、２０ｎｍＴ以上である。
【００９７】
なお、磁化自由層３２の磁気膜厚は、例えば電子顕微鏡観察により求めた磁化自由層３２の厚さと、材料組成によって決まる飽和磁化と、の積である。
【００９８】
ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）の信号再生には、膜面垂直方向に電流を通電するＴＭＲヘッド（Tunneling MagnetoResistive Head）が使用されている。今後、記録密度の向上に伴い再生素子が微細化される。このために、単位断面積当たりの抵抗が小さい磁気抵抗効果素子の実現が要求される。
【００９９】
例えば、１平方インチ面積あたり２テラビット（２Ｔｂ／ｉｎ２）の面記録密度の実現には、約２０ｎｍ角の通電断面積を有する再生素子が必要になると予想される。このために、約０.３Ωμｍ２、または、それ以下の面積抵抗（ＲＡ：通電断面積×抵抗)が必要であると考えられる。ＴＭＲヘッドでは、トンネルバリアを通じて電流を流すので、抵抗低減には物理限界が存在する。
【０１００】
また、２Ｔｂ／ｉｎ２以上の面記録密度の実現には、高分解再生を実現するために、再生シールド間隔が２０ｎｍ以下であることが必要であると考えられる。狭トラック幅密度の再生を実現するためにＴＭＲの磁化自由層の幅は２０ｎｍ程度が必要とされる。
【０１０１】
しかし、現在のＴＭＲヘッドにおいては、例えば、反強磁性膜（ＩｒＭｎ合金）、磁化固着層、中間絶縁層及び磁化自由層の積層膜が設けられるため、それらの合計の厚みを２０ｎｍ以下にすることは困難である。このため、再生シールド間にＴＭＲヘッドを配置することが困難である。２０ｎｍ以下に磁化自由層の幅を狭めると、熱揺らぎに起因する磁気ノイズが顕在化して、高ＳＮ比の再生が困難になる。さらに、２０ｎｍ程度に素子を微細化すると、スピントランスファートルクに起因する磁気ノイズが小さな電流でも発生し易くなると考えられる。再生出力は、ＭＲ比と投入電流との積に比例する。従って、ＭＲ比の増大に加えて、スピントランスファートルクの抑制が、高感度な再生ヘッドの実現に望まれる。
【０１０２】
すなわち、例えば、記録密度が２Ｔｂ／ｉｎ２以上に増大すると、低抵抗で、高ＭＲ比で、高分解能で、低磁気ノイズであることが望まれる。
【０１０３】
実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０及び１１１、並びに、それらの変形）においては、抵抗が低く、ＭＲ比が高く、分解能が高く、磁気ノイズが低い。これにより、例えば、記録密度が２Ｔｂ／ｉｎ２以上の高密度記録が実現できる。
【０１０４】
なお、２層の磁化自由層を、中間層を介して積層した構成の参考例の磁気ヘッド（Tri-layer方式）が考えられる。また、２組の磁気抵抗効果素子を重ね、それぞれの磁界自由層の間隔で分解能を規定する参考例（差動型方式）も考えられる。しかし、このような参考例においては、磁気ノイズの改善が困難であると考えられる。これに対し、実施形態によれば、磁気ノイズが抑制できる。
【０１０５】
さらに、再生素子として、ＳＴＯ素子の発振周波数の位相検波を利用する参考例も考えられる。この場合には、位相検波のための回路が必要である。これに対し、実施形態においては、この回路を必要としない。このため、コストが低減できる。
【０１０６】
実施形態においては、図５（ａ）に例示したように、例えば、磁化自由層３２の面内の磁場が１ｋＯｅ程度と小さい場合は、抵抗が実質的に変化しない。このため、例えば、磁気記録媒体８０からの磁場の、磁化自由層３２の膜面に対して垂直な方向の成分（Ｘ軸方向成分）が検出される。これにより、例えば、シールドを設けない場合においても、高い分解能で、狭いビット長の再生が可能になる。
【０１０７】
また、十分強いスピントルクトランスファによって、磁化自由層３２の磁化の均一な面内大回転が実現できる。これにより、スピントルクトランスファエネルギーによるランダムな磁化の熱揺らぎが抑制できる。これにより、ＳＮ比が高い再生信号が得られる。
【０１０８】
そして、実施形態においては、一般的な磁気ヘッドの再生部と同様に、抵抗変化が再生信号として検出される。このため、特別な検出回路が不要である。これにより、コストは上昇しない。
【０１０９】
実施形態によれば、今後の高記録密度ＨＤＤの情報再生において課題となる、熱揺らぎノイズ及びスピントランスファートルク起因の磁気ノイズを抑制できる。これにより、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが提供できる。例えば、低抵抗、高ＭＲ比、高分解能及び低磁気ノイズの新たな磁気抵抗効果ヘッドが提供できる。
【０１１０】
このように、実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、磁化が概ね膜面垂直方向に配列したスピン注入層（第１磁化固着層３１）と、スピン注入層から注入された電子によりスピントルク発振する磁界検出層（磁化自由層３２）と、を含む積層膜７１が設けられる。積層膜７１は、例えばＳＴＯである。そして、積層膜７１の膜面垂直方向に（Ｘ軸に沿って）バイアス磁界Ｈｂを加える磁界印加部７５がさらに設けられる。そして、積層膜７１に、膜面垂直方向に、しきい値（磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値）以上の電流Ｉ１が流される。この状態において、積層膜７１の抵抗が、磁気記録媒体８０の信号磁界（媒体磁界）に応じて変化する。そして、この変化が検出され、再生動作が行われる。
【０１１１】
積層膜７１にバイアス磁界Ｈｂを印加する方法は、任意である。
図１に例示した磁気ヘッド１１０においては、磁界印加部７５は、積層膜７１に積層され垂直磁気異方性を有し第１磁化固着層３１の磁化の方向に磁化が固着された第２磁化固着層２２と、積層膜７１と第２磁化固着層２２との間に設けられた第２非磁性層２１と、を含む。そして、第１磁化固着層３１と第２非磁性層２１との間に磁化自由層３２が配置される。
【０１１２】
すなわち、積層膜７１の磁化自由層３２の側に第２非磁性層２１を介して設けられた第２磁化固着層２２が、磁界印加部７５として用いられる。第２磁化固着層２２は、垂直磁化膜である。第２磁化固着層２２の磁化は、スピン注入層の磁化と、同方向に着磁されている。
【０１１３】
図８は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図８に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１３においては、磁界印加部７５は、第３磁化固着層２３を含む。第３磁化固着層２３は、磁化自由層３２と、強い交換結合磁界が加わるように非磁性層を介すること無く接する。第３磁化固着層２３の磁化（第３磁化固着層磁化２３ｈ）は、第１磁化固着層３１の磁化の方向とは反対の方向に固着されている。第１磁化固着層３１と第３磁化固着層２３との間に磁化自由層３２が配置される。
【０１１４】
例えば、第１磁化固着層３１の磁化が−Ｘ軸方向に沿うときは、第３磁化固着層２３の磁化は、＋Ｘ軸方向に沿う。第１磁化固着層３１の磁化が＋Ｘ軸方向に沿うときは、第３磁化固着層２３の磁化は、−Ｘ軸方向に沿う。
【０１１５】
磁化自由層３２は、第３磁化固着層２３と直接的に磁気交換結合される。これにより、積層膜７１に、強いバイアス磁界Ｈｂが印加される。
【０１１６】
このように、磁気ヘッド１１３においては、積層膜７１の磁化自由層３２の側に、磁化自由層３２に接して設けられる第３磁化固着層２３が、磁界印加部７５として用いられる。第３磁化固着層２３は、垂直磁化膜である。第３磁化固着層２３の磁化は、スピン注入層の磁化と、逆方向に着磁される。
【０１１７】
さらに、センス電流（電流Ｉ１）の方向は、図１とは反対方向に通電する。その結果、磁化自由層３２の磁化がスピントルクによる大回転して、媒体磁界により磁気抵抗効果膜（積層膜７１）の抵抗が変化する。
【０１１８】
第３磁化固着層２３には、第１磁化固着層３１と同様な垂直磁気異方性を有する材料を用いることができる。
【０１１９】
なお、本具体例において、磁界印加部７５は、第２非磁性層２１(キャップ層)をさらに有することができる。磁化自由層３２と第２非磁性層２１との間において、磁化自由層３２に接して第３磁化固着層２３が設けられる。
【０１２０】
さらに、後述するように、磁界印加部７５として電磁石を用いても良い。
【０１２１】
実施形態において、分解能を向上するために、一対のシールド（第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂ）を設けることができる。この場合には、このシールドが電極として機能することが望ましい。これにより、さらに分解能が向上する。すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドは、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとをさらに備えることができる。第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に積層膜７１及び磁界印加部７５が配置される。電流Ｉ１は、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂを介して流される。
【０１２２】
図９は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図９に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１４においては、積層膜７１とＸ軸に沿って積層された電極７３をさらに備える。電極７３は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、スピントルク発振のためのしきい値以上の電流を流す。電極７３は、例えば、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂを含むことができる。第１電極７３ａと第２電極７３ｂとの間に積層膜７１が配置される。
【０１２３】
なお、電極７３を設け、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂをさらに設けても良い。
【０１２４】
図１０は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図１０に表したように、実施形態に係る別の磁気ヘッド１１５においては、磁界印加部７５として、電磁石部７４が用いられる。電磁石部７４は、バイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に加える。
【０１２５】
電磁石部７４は、積層膜７１に並置される電磁石７４ａを含む。電磁石７４ａの周りにコイル７５ｃが巻かれている。コイル７５ｃには、第２電流供給部７５ｂが接続されている。第２電流供給部７５ｂから供給される電流により、電磁石７４ａ（電磁石部７４）からバイアス磁界Ｈｂが、積層膜７１に印加される。これにより、上記の動作が実施される。
【０１２６】
本具体例では、電磁石部７４は、電磁石７４ａと対向する再生部リターンパス７４ｂをさらに含む。すなわち、電磁石７４ａと再生部リターンパス７４ｂが対向する磁気ギャップ内に、積層膜７１が配置される。
【０１２７】
電磁石７４ａの媒体対向面７０ｓとは反対側の部分と、再生部リターンパス７４ｂの媒体対向面７０ｓとは反対側の部分と、の間に、電気抵抗調整層７４ｄを設けることができる。例えば、電気抵抗調整層７４ｄは電流をシャントさせ、静電気による劣化が抑制される。
【０１２８】
本具体例では、積層膜７１は、第２非磁性層２１（例えばキャップ層）をさらに含む。第２非磁性層２１は必要に応じて設けられ、場合によっては省略しても良い。
【０１２９】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る磁気ヘッド１２１は、電磁石６５ａと、再生部７０と、を備える。
【０１３０】
電磁石６５ａは、磁気記録媒体８０に情報を記録する書き込み動作において、磁気記録媒体８０に記録磁界を印加する。電磁石６５ａは、主磁極６１として機能する。電磁石６５ａは、例えば、書き込み部６０の一部である。
【０１３１】
再生部７０は、電磁石６５ａと並置される。再生部７０は、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界（磁化８３）を検出する。
【０１３２】
この場合も、再生部７０は、積層膜７１を含む。積層膜７１は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層３１と、第１磁化固着層３１と第１軸（Ｘ軸）に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層３２と、を含む。
【０１３３】
磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界を検出する再生動作において、電磁石６５ａからＺ軸に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂが、積層膜に加えられる。そして、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、磁化自由層３２がスピントルク発振する値以上の電流Ｉ１が流されたときに、媒体磁界に応じて積層膜７１の抵抗が変化する。
【０１３４】
すなわち、書き込み動作においては、電磁石６５ａが主磁極６１として機能する。そして再生動作においては、電磁石６５ａが磁界印加部７５として機能する。これにより、第１実施形態に関して説明した再生動作が実施される。磁気ヘッド１２１により、再生時のノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが得られる。
【０１３５】
本具体例においては、積層膜７１において、順次積層された下地層３３、第１磁化固着層３１、中間層３４、磁化自由層３２及び第２非磁性層２１（キャップ層）が設けられている。
【０１３６】
また、磁気ヘッド１２１においては、電磁石６５ａと対向するリターンパス６５ｂが設けられている。すなわち、電磁石６５ａとリターンパス６５ｂが対向する磁気ギャップ内に、積層膜７１が配置されている。また、電磁石６５ａの一部とリターンパス６５ｂの一部との間に電気抵抗調整層７４ｄが設けられている。
【０１３７】
図１１に表したように、本具体例の磁気ヘッド１２１は、加熱部６５ｅをさらに備える。加熱部６５ｅは、電磁石６５ａと並置される。加熱部６５ｅは、書き込み動作の際に磁気記録媒体８０を局所的に加熱する。すなわち、加熱部６５ｅによる熱アシストにより、書き込み動作がアシストされる。
【０１３８】
この例では、加熱部６５ｅは、導波路層６５ｃと、近接場光発生部６５ｄと、を含む。 導波路層６５ｃは、電磁石６５ａと並置される。導波路層６５ｃは、光を導波する。光は、例えばレーザ光である。
【０１３９】
近接場光発生部６５ｄは、電磁石６５ａと導波路層６５ｃとの間に設けられる。近接場光発生部６５ｄは、書き込み動作の際に、導波路層６５ｃを導波された光に基づいて、磁気記録媒体８０を局所的に加熱する近接場光を発生する。
【０１４０】
磁気ヘッド１２１においては、再生部７０のための磁界印加部７５として、書き込み部６０の主磁極６１として機能する電磁石６５ａが用いられる。これにより、再生時のノイズが抑制されることに加え、構成が簡単になり、小型化が可能になる。
【０１４１】
第１及び第２の実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界に応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。この抵抗の変化は、磁気ヘッドに接続された検出回路により検出される。
【０１４２】
（第３の実施の形態）
上記で説明した第１及び第２実施形態に係る磁気ヘッドは、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。なお、実施形態に係る磁気記録再生装置は、再生機能のみを有することもできるし、記録機能と再生機能の両方を有することもできる。
【０１４３】
図１２は、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置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。記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４に装着される。記録用媒体ディスク１８０は、図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。このモータは、例えば図示しない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再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。
【０１４４】
記録用媒体ディスク１８０に格納される情報の記録再生が、ヘッドスライダ３により行われる。ヘッドスライダ３は、既に例示した構成を有する。ヘッドスライダ３は、サスペンション１５４の先端に取り付けられている。サスペンション１５４は、薄膜状である。ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０〜１１４）のいずれかが搭載される。
【０１４５】
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダ３は、記録用媒体ディスク１８０の表面の上方に保持される。すなわち、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３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力と、がつりあう。これにより、ヘッドスライダ３の媒体対向面と、記録用媒体ディスク１８０の表面と、の距離は、所定の値に保持される。実施形態において、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」を用いても良い。
【０１４６】
サスペンション１５４は、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は、例えば、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の他端には、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、例えば、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、図示しない駆動コイル及び磁気回路を含むことができる。駆動コイルは、例えば、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻かれる。磁気回路は、例えば、図示しない永久磁石及び対向ヨークを含むことができる。永久磁石及び対向ヨークは、互いに対向し、これらの間に駆動コイルが配置される。
【０１４７】
アクチュエータアーム１５５は、例えば、図示しない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、例えば、軸受部１５７の上下の２箇所に設けられる。アクチュエータアーム１５５は、ボイスコイルモータ１５６により、回転摺動が自在にできる。その結果、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できる。
【０１４８】
図１３（ａ）は、磁気記録再生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。
また、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。
【０１４９】
図１３（ａ）に表したように、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から延出する。支持フレーム１６１は、軸受部１５７からＨＧＡとは反対方向に延出している。支持フレーム１６１は、ボイスコイルモータのコイル１６２を支持する。
【０１５０】
図１３（ｂ）に示したように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、アクチュエータアーム１５５とサスペンション１５４とを含む。アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７から延出する。サスペンション１５４は、アクチュエータアーム１５５から延出する。
【０１５１】
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ３には、実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。
【０１５２】
すなわち、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、磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、ヘッドスライダ３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
【０１５３】
サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、及び、浮上量調整のためのヒーター用などのためのリード線（図示しない）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ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る。
【０１５４】
また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。
【０１５５】
信号処理部１９０は、例えば、図１２に例示した磁気記録再生装置１５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、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結合される。
【０１５６】
すなわち、信号処理部１９０は、磁気ヘッドに電気的に接続される。
磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界に応じた、磁気ヘッドの積層膜７１の抵抗の変化は、例えば、信号処理部１９０により検出される。
【０１５７】
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気ヘッドと、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した可動部と、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定の記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
【０１５８】
すなわち、上記の磁気記録媒体８０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、ヘッドスライダ３を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含むことができる。
【０１５９】
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０と、を備える。
【０１６０】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０によれば、上記の実施形態に係る磁気ヘッドを用いることで、ノイズを抑制した再生が可能になる。さらに、低抵抗、高ＭＲ比及び高分解能の再生が可能になる。
【０１６１】
実施形態に係る磁気記録再生装置１５０において、記録用媒体ディスク１８０（磁気記録媒体８０）の記録トラック幅は、３０ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、特に、スピントランスファートルクの抑制効果が発現される。すなわち、記録トラック幅が３０ｎｍ以下である場合には、磁化自由層３２の幅が３０ｎｍ以下に設定される。この条件において、スピントランスファートルクの抑制効果がより明確に発揮される。
【０１６２】
（第４の実施の形態）
図１４は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図１４には、磁気記録再生装置に含まれる磁気ヘッドの要部の断面が模式的に例示され、制御部が模式的に例示されている。
【０１６３】
図１４に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５１は、磁気記録媒体８０と、磁気ヘッド１３１と、制御部１９５と、を備える。磁気記録再生装置１５１において、磁気ヘッド１３１が搭載されるヘッドスライダ３、ヘッドジンバルアセンブリ１５８及びヘッドスタックアセンブリ１６０などの構成は、既に説明したものと同様とすることができるので説明を省略する。磁気記録再生装置１５１の全体構成は、図１２に関して説明した磁気記録再生装置１５０と同様である。
【０１６４】
例えば、磁気記録再生装置１５１において、磁気記録媒体８０として、記録用媒体ディスク１８０を用いることができる。
【０１６５】
磁気記録再生装置１５１における制御部１９５は、磁気記録再生装置１５０における信号処理部１９０と類似の構成を有することができる。
【０１６６】
図１４に表したように、磁気ヘッド１３１は、電磁石６６ａと、積層膜７１と、を含む。電磁石６６ａは、磁気記録媒体８０に対向する。
【０１６７】
積層膜７１は、電磁石６６ａと並置される。積層膜７１は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２とを含む。第１磁化固着層３１は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。磁化自由層３２は、第１磁化固着層３１と第１軸（Ｘ軸）に沿って積層される。磁化自由層３２は、スピントルク発振する。
【０１６８】
電磁石６６ａ（及び積層膜７１）は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面７０ｓを有する。
【０１６９】
電磁石６６ａの周りにコイル７５ｃが巻かれている。コイル７５ｃには、第２電流供給部７５ｂが接続されている。第２電流供給部７５ｂから供給される電流により、電磁石６６ａから磁界が発生する。
【０１７０】
本具体例では、電磁石６６ａと対向する対向部６６ｂがさらに設けられている。電磁石６６ａと対向部６６ｂとが対向するギャップ内に、積層膜７１が配置される。
【０１７１】
電磁石６６ａ及び対向部６６ｂは、積層膜７１に電流Ｉ１を流す電極として機能することができる。ただし、実施形態はこれに限らず、例えば、電磁石６６ａとは別に電極を設けても良い。
【０１７２】
電磁石６６ａと対向部６６ｂとに第１電流供給部７５ａが接続される。これにより、第１電流供給部７５ａから、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２に電流が供給される。
【０１７３】
本具体例においては、積層膜７１において、順次積層された下地層３３、第１磁化固着層３１、中間層３４、磁化自由層３２及び第２非磁性層２１（キャップ層）が設けられている。
【０１７４】
制御部１９５は、磁気ヘッド１３１に接続される。制御部１９５は、例えば、制御信号部１９６と、第１電流供給部７５ａと、第２電流供給部７５ｂと、を含む。制御部１９５は、例えば、図１２中の背面側に設けられる。制御部１９５の入出力線は、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１３１と電気的に結合される。
【０１７５】
制御信号部１９６は、第１電流供給部７５ａの動作及び第２電流供給部７５ｂの動作を制御する。制御信号部１９６は、例えば、第１電流供給部７５ａの動作及び第２電流供給部７５ｂの動作を制御する信号を、第１電流供給部７５ａ及び第２電流供給部７５ｂに供給する。制御信号部１９６は、アナログ回路及びデジタル回路の少なくともいずれかを含む。制御信号部１９６による第１電流供給部７５ａ及び第２電流供給部７５ｂの制御には、例えばコンピュータプログラムに基づく制御が用いられる。
【０１７６】
磁気記録媒体８０に情報を記録する書き込み動作において、以下が行われる。
制御部１９５は、電磁石６６ａに、磁気記録媒体８０に記録磁界を印加させる。さらに、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流を流して、磁化自由層３２をスピントルク発振させて高周波磁界を発生させる。この高周波磁界は、記録磁界が印加されている磁気記録媒体８０に印加される。これにより、スピントルク発振による高周波磁界を用いた高周波アシスト記録が行われる。
【０１７７】
さらに、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界を検出する再生動作においては以下が行われる。
制御部１９５は、電磁石６６ａに、第１軸（Ｘ軸）に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に印加させる。このときのバイアス磁界Ｈｂは、書き込み動作における記録磁界よりも小さい絶対値を有する磁界である。さらに、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流を流して、磁化自由層３２を、書き込み動作における高周波磁界よりも低い周波数でスピントルク発振させる。すなわち、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流Ｉ１を流す。このときの電流Ｉ１の電流値は、磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値以上の電流値である。これにより、磁化自由層３２をスピントルク発振させる。この磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数は、書き込み動作における高周波磁界の周波数よりも低い。そして、再生動作において、積層膜７１の抵抗は、媒体磁界に応じて変化する。この変化を検出することで磁気記録媒体８０に記録された情報が再生できる。この検出は、例えば制御部１９５（信号処理部１９０）により実施される。
【０１７８】
このように、本実施形態に係る磁気ヘッド１３１の電磁石６６ａは、書き込み動作と、再生動作と、の両方において用いられる。すなわち、磁気ヘッド１３１は記録再生一体型の磁気ヘッドである。磁気ヘッド１３１において、書き込み動作においては、積層膜７１におけるスピントルク発振を用いた高周波アシスト記録が行われる。そして、磁気ヘッド１３１において、再生動作においては、スピントルク発振する積層膜７１における抵抗変化が利用される。
【０１７９】
実施形態に係る磁気記録再生装置１５１においては、第１実施形態に関して説明したのと同様に、積層膜７１における均一なスピントルク発振に基づく特性が利用される。これにより、例えば熱揺らぎによるノイズを低減できる。これにより、ノイズを抑制した磁気記録再生装置が得られる。
【０１８０】
さらに、磁気記録再生装置１５１においては、第１実施形態に関して説明したのと同様に、分解能も高い。そして、構成が簡単になり、磁気ヘッドの厚さ（再生部７０及び書き込み部６０の厚さ）が薄くできる。そして、再生シールドを省略できる。
【０１８１】
なお、磁気ヘッドの記録ギャップ内に水平磁化膜のＭＲセンサ（例えばＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサなど）を配置する参考例が考えられる。しかし、この参考例の構成においては、記録ギャップ内部の漏洩磁界が外乱となる。このため、媒体磁界を検出するとノイズが大きく、動作が不安定である。例えば、この参考性の構成においては、数ｋＯｅのギャップ磁界が印加されると再生動作が不安定になる。
【０１８２】
これに対し、実施形態においては、垂直磁化膜を有する積層膜７１が記録ギャップ内に配置される。そして、垂直磁化膜型の構成におけるスピントルク発振が用いられる。このスピントルク発振した状態において、記録ギャップ磁界を利用することで、安定した動作が実現できる。
【０１８３】
図１５は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を例示するグラフ図である。 図１５の横軸は、積層膜７１（ＳＴＯ）に印加される磁界Ｈａである。磁界Ｈａは、垂直磁界である。磁界Ｈａの大きさは、例えば、電磁石６６ａの周りのコイル７５ｃに流れるコイル電流の大きさに対応する。磁界Ｈａの大きさは、例えば、磁気記録媒体８０に印加される記録磁界の大きさと連動する。図１５の縦軸は、積層膜７１の抵抗ＲＲである。
【０１８４】
図１５に表したように、書き込み動作ＷＯにおいては、磁界Ｈａは比較的大きい。書き込み動作ＷＯの際の磁界Ｈａの大きさは、例えば、約１０ｋＯｅである。
【０１８５】
一方、再生動作ＲＯにおいては、積層膜７１に印加される磁界Ｈａの大きさは、書き込み動作ＷＯのときの磁界Ｈａよりも小さい。そして、この状態において、磁気記録媒体８０の媒体磁界８０ｈが積層膜７１に印加される。そして、媒体磁界８０ｈに応じて積層膜７１の抵抗ＲＲが変化する。この例では、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との間で、抵抗ＲＲが変化する。そして、既に説明したように、抵抗ＲＲの変化は、媒体磁界８０ｈに対して実質的に線形である。
【０１８６】
図１６は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を例示するグラフ図である。 同図の横軸は、ＳＴＯ（具体的には磁化自由層３２）におけるスピントルク発振の周波数ｆｓである。縦軸は、印加される高周波によって磁気記録媒体８０の保磁力が低減する程度を表す媒体保磁力低減効果Ｈｃｄである。
【０１８７】
図１６に表したように、書き込み動作ＷＯにおけるスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍに近い値（書き込み動作時周波数範囲ｆｗ）に設定される。そして、再生動作ＲＯにおけるスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも著しく低い（再生時周波数範囲ｆｒ）に設定される。このように、磁気記録再生装置１５１においては、再生動作ＲＯにおける磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、書き込み動作ＷＯにおける高周波磁界の周波数よりも低い。これにより、再生動作ＲＯ時に磁気記録媒体８０に記録されている媒体磁界が乱されることが抑制される。
【０１８８】
例えば、再生動作ＲＯにおける磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数（媒体固有周波数ｆｍ）よりも低い。
【０１８９】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５１において、磁化自由層３２は、第１磁性層３２ａと、第１磁性層３２ａと第１軸（Ｘ軸）に沿って積層され、第１磁性層３２ａの磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する第２磁性層３２ｂと、第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとの間に設けられた第１非磁性層３２ｃと、を含むことができる。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。
【０１９０】
磁気記録再生装置１５１にいて、磁化自由層３２の磁気膜厚は、５ｎｍＴ未満に設定することが望ましい。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が安定化する。
【０１９１】
磁気記録再生装置１５１において、第１軸に対して垂直な軸に沿った第１磁化固着層３１の幅は、第１軸に対して垂直なその軸に沿った磁化自由層３２の幅よりも大きいことが望ましい。これにより、磁化自由層３２からの反作用スピントルクによる磁化の乱れが抑制できる。また、磁化自由層３２のパターニングが容易になる。再生部７０の抵抗が低減できる。
【０１９２】
実施形態によれば、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置が提供される。
【０１９３】
なお、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。
【０１９４】
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再生部、積層膜、磁化固着層、磁化自由層、磁性層、非磁性層及び書き込み部など、並びに、磁気ヘッドアセンブリに含まれるヘッドスライダ、サスペンション及びアクチュエータアーム、並びに、磁気記録再生装置に含まれる磁気記録媒体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。例えば、上記実施形態の中で説明した材料、組成、膜厚なども一例であり、種々の選択が可能である。
【０１９５】
また、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。
【０１９６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を基にして、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、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【符号の説明】
【０１９９】
３…ヘッドスライダ、 ３Ａ…空気流入側、 ３Ｂ…空気流出側、 ４…スピンドルモータ、 １０…スピントルク発振子、 ２１…第２非磁性層、 ２２…第２磁化固着層、 ２２ｈ…第２磁化固着層磁化、 ２３…第３磁化固着層、 ２３ｈ…第３磁化固着層磁化、 ３１…第１磁化固着層、 ３１ｈ…第１磁化固着層磁化、 ３２…磁化自由層、 ３２ａ…第１磁性層、 ３２ｂ…第２磁性層、 ３２ｃ…第１非磁性層、 ３２ｈ…磁化自由層磁化、 ３３…下地層、 ３４…中間層、 ６０…書き込み部（書き込みヘッド部）、 ６１…主磁極、 ６２…書き込み部リターンパス、 ６５ａ…電磁石、 ６５ｂ…リターンパス、 ６５ｃ…導波路層、 ６５ｄ…近接場光発生部、 ６５ｅ…加熱部、 ６６ａ…電磁石、 ６６ｂ…対向部、 ７０…再生部（再生ヘッド部）、 ７０ｓ…媒体対向面、 ７１…積層膜、 ７２ａ…第１磁気シールド、 ７２ｂ…第２磁気シールド、 ７３…電極、 ７３ａ…第１電極、 ７３ｂ…第２電極、 ７４…電磁石部、 ７４ａ…電磁石、 ７４ｂ…再生部リターンパス、 ７４ｄ…電気抵抗調整層、 ７５…磁界印加部、 ７５ａ…第１電流供給部、 ７５ｂ…第２電流供給部、 ７５ｃ…コイル、 ８０…磁気記録媒体、 ８０ｈ…媒体磁界、 ８１…磁気記録層、 ８２…媒体基板、 ８３…磁化、 ８５…媒体移動方向、 １１０、１１１、１１３、１１４、１１５、１２１、１３１…磁気ヘッド、 １５０、１５１…磁気記録再生装置、 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…軸受部、 １５８…ヘッドジンバルアセンブリ、 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、 １９０…信号処理部、 １９５…制御部、 １９６…制御信号部、 Ａ…矢印、 Ｈ…磁界、 Ｈａ…磁界、 Ｈｂ…バイアス磁界、 Ｈｃｄ…媒体保持力低減効果、 Ｉ１…電流、 Ｒ１、Ｒ２…第１、第２抵抗、 ＲＯ…再生動作、 ＲＲ…抵抗、 ＳＴ１〜ＳＴ４…第１〜第４状態、 Ｖａ…電圧、 ＷＯ…書き込み動作、 ｄＲ…抵抗変化、 ｆ１…周波数、 ｆｍ…媒体固有周波数、 ｆｒ…再生時周波数範囲、 ｆｒ１、ｆｒ２…第１及び第２周波数範囲、 ｆｓ…周波数、 ｆｗ…書き込み動作時周波数範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録再生装置において、ハードディスクドライブ等の磁気記録媒体に保存された情報が、磁気抵抗効果型の磁気ヘッドによって読み出される。記録密度を向上したときに、磁気ノイズが特に問題となる。記録密度の向上のためにノイズを抑制することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、再生部を備えた磁気ヘッドが提供される。前記再生部は、磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する。前記再生部は、積層膜と、磁界印加部と、を含む。前記積層膜は、第１磁化固着層と、磁化自由層と、を含む。前記第１磁化固着層は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。前記磁化自由層は、前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する。前記磁界印加部は、前記積層膜と前記第１軸に沿って積層され、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に加える。前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式的斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダを示す模式的斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を示すグラフ図である。
【図７】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る別の磁気ヘッドを示す模式的断面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式的斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部を示す模式的斜視図である。
【図１４】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式図である。
【図１５】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を示すグラフ図である。
【図１６】第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、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。また、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。
なお、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。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図３は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面図である。
まず、本実施形態に係る磁気ヘッドの構成の概要と動作の概要について、図２及び図３を用いて説明する。
【０００９】
図２に表したように、磁気ヘッド１１０は、再生部７０（再生ヘッド部）を備える。さらに、磁気ヘッド１１０は、書き込み部６０（書き込みヘッド部）を備えることができる。
【００１０】
書き込み部６０は、例えば、主磁極６１と、書き込み部リターンパス６２と、を含む。なお、磁気ヘッド１１０において、書き込み部６０は、スピントルク発振子１０（ＳＴＯ：spin torque oscillator）などの書き込み動作に関してアシストする部分をさらに含むことができる。すなわち、磁気ヘッド１１０の書き込み部６０は、任意の構成を有することができる。
【００１１】
再生部７０は、例えば、積層膜７１と、第１磁気シールド７２ａと、第２磁気シールド７２ｂとを含む。積層膜７１は、例えば磁気抵抗効果素子である。
【００１２】
積層膜７１は、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に設けられている。後述するように、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。
【００１３】
上記の再生部７０の各要素、及び、上記の書き込み部６０の各要素は、図示しない、例えばアルミナの絶縁体により分離される。
【００１４】
図３に表したように、磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３に搭載される。ヘッドスライダ３には、例えばＡｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどが用いられる。
ヘッドスライダ３は、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
【００１５】
ヘッドスライダ３は、例えば、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３の空気流出側３Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
【００１６】
図２に表したように、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、を有する。書き込み部６０から印加される磁界により、磁気記録層８１の磁化８３が制御され、これにより書き込み動作が実施される。このとき、磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。
【００１７】
再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向して配置される。磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。再生部７０は、磁気記録層８１の磁化８３の方向を検出する。これにより、再生動作が実施される。
【００１８】
例えば、磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向の軸をＺ軸とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な軸をＹ軸とする。Ｘ軸を第１軸とし、Ｚ軸を第２軸とし、Ｙ軸を第３軸とする。第Ｚ軸方向は、ハイト方向である。Ｘ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック進行方向に対応する。Ｙ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック幅方向に対応する。
【００１９】
図１は、再生部７０の構成を例示している。
図１に表したように、本実施形態に係る磁気ヘッド１１０は、再生部７０を備える。再生部７０は、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界（磁化８３）を検出する。再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面７０ｓ（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）を有する。
【００２０】
再生部７０は、積層膜７１と、磁界印加部７５と、を含む。既に説明したように、再生部７０は、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂを含むことができる。
【００２１】
本具体例では、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に積層膜７１及び磁界印加部７５が配置される。例えば、第１磁気シールド７２ａと磁界印加部７５との間に積層膜７１が配置される。例えば、積層膜７１と第２磁気シールド７２ｂとの間に磁界印加部７５が配置される。
【００２２】
積層膜７１は、第１磁化固着層３１と、磁化自由層３２と、を含む。第１磁化固着層３１から磁化自由層３２に向かう方向の軸が、Ｘ軸（第１軸）とされる。
【００２３】
第１磁化固着層３１は、垂直磁気異方性を有する。第１磁化固着層３１の磁化（第１磁化固着層磁化３１ｈ）は、固着されている。第１磁化固着層３１の磁化の方向は、固着されている。
【００２４】
本願明細書において、垂直磁気異方性は、磁化の膜面垂直方向（膜厚方向に対して平行方向）に、磁化が向きやすい性質のことを言う（膜面垂直方向に磁化が向くと磁気エネルギーが低下する）。すなわち、垂直磁気異方性を有する第１磁化固着層３１においては、Ｘ軸に沿った磁化（第１磁化固着層磁化３１ｈ）が、Ｙ軸に沿った磁化よりも大きく、Ｚ軸に沿った磁化よりも大きい。
【００２５】
磁化自由層３２は、第１磁化固着層３１とＸ軸に沿って積層される。磁化自由層３２においては、スピントルク発振する。本具体例では、第１磁気シールド７２ａと磁化自由層３２との間に第１磁化固着層３１が配置される。磁化自由層３２は、例えば、磁界検出層として機能する。
【００２６】
本願明細書においては、「積層」とは、直接重ねられる場合の他に、他の要素が間に挿入されて重ねられる場合も含む。
【００２７】
本具体例では、積層膜７１は、中間層３４（スピントルク伝達層）をさらに含む。中間層３４は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に設けられる。中間層３４は、第１磁化固着層３１のスピントルクを磁化自由層３２に伝達する機能を有する。
【００２８】
本具体例では、積層膜７１は、下地層３３をさらに含む。第１磁気シールド７２ａと第１磁化固着層３１との間に下地層３３が配置される。
【００２９】
本具体例では、磁界印加部７５は、第２磁化固着層２２と、非磁性層（第２非磁性層２１）と、を含む。積層膜７１の磁化自由層３２と、第２磁気シールド７２ｂと、の間に第２磁化固着層２２が配置される。積層膜７１の磁化自由層３２と、第２磁化固着層２２と、の間に第２非磁性層２１が配置される。
【００３０】
すなわち、第２磁化固着層２２は、積層膜７１とＸ軸に沿って積層される。第２磁化固着層２２は、垂直磁気異方性を有する。第２磁化固着層２２の磁化（第２磁化固着層磁化２２ｈ）は、第１磁化固着層３１の磁化の方向に固着されている。第２磁化固着層２２の磁化の方向は、第１磁化固着層３１の磁化の方向と同じである。
【００３１】
第２非磁性層２１は、積層膜７１と第２磁化固着層２２との間に設けられる。第２非磁性層２１には、非磁性材料が用いられる。第１磁化固着層３１と第２非磁性層２１との間に磁化自由層３２が配置される。
【００３２】
例えば第１磁気シールド７２ａの上に下地層３３が形成される。下地層３３の上に第１磁化固着層３１が形成される。第１磁化固着層３１の上に中間層３４が形成される。中間層３４の上に磁化自由層３２が形成される。磁化自由層３２の上に第２非磁性層２１が形成される。第２非磁性層２１の上に第２磁化固着層２２が形成される。第２磁化固着層２２の上に第２磁気シールド７２ｂが形成される。第２非磁性層２１は、例えばキャップ層である。
【００３３】
このように、磁界印加部７５は、積層膜７１とＸ軸に沿って積層される。磁界印加部７５は、Ｘ軸に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に加える。
【００３４】
再生部７０において、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、Ｘ軸に沿って電流Ｉ１を流すことができる。すなわち、実施形態に係る磁気ヘッド１１０の再生部７０においては、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流れる。第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流Ｉ１が流れるときには、磁化自由層３２から第１磁化固着層３１に、電子電流が流れる。
【００３５】
例えば、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２に電気的に接続された第１電流供給部７５ａが接続される。本具体例では、第１電流供給部７５ａは、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとに電気的に接続される。電流Ｉ１は、第１磁気シールド７２ａ、第２磁気シールド７２ｂ及び磁界印加部７５を介して、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２に（積層膜７１に）供給される。
【００３６】
再生部７０において、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、磁化自由層３２がスピントルク発振する値（しきい値）以上の電流Ｉ１が流されたときに、磁気記録媒体８０の媒体磁界（磁化８３）に応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。すなわち、磁気記録媒体８０の媒体磁界の大きさ及び向きの少なくともいずれかに応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。積層膜７１の抵抗は、積層膜７１のＸ軸に沿った抵抗である。積層膜７１の抵抗は、少なくとも、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との両端の抵抗を含む。
【００３７】
第１磁化固着層３１から磁化自由層３２に、スピントルクが注入される。第１磁化固着層３１は、スピン注入層として機能する。この例では、第１磁化固着層３１のスピントルクが、中間層３４を介して磁化自由層３２に伝達される。磁化自由層３２の磁化（磁化自由層磁化３２ｈ）は、伝達されたスピントルクにより、層面内で大回転する。
【００３８】
上記のように、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは、電極として機能することができる。第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂには、例えばＮｉＦｅなどが用いられる。
【００３９】
この例では、電流Ｉ１は、磁界印加部７５を介して積層膜７１に流れる。すなわち、磁界印加部７５は、電極として機能することができる。
【００４０】
下地層３３には、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｕ及びＴｉなどの単層膜、または、積層膜を用いることが望ましい。下地層３３の厚さは、薄いことが望ましい。これにより、再生分解能が高まる。積層膜７１の膜質向上と再生分解能との観点から、下地層３３の厚さは適切に設定される。
【００４１】
第１磁化固着層３１には、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子膜を用いることが望ましい。これにより、高いＭＲ比（高分極）と、大きな垂直磁気異方性と、の両方が得られる。
【００４２】
第１磁化固着層３１には、例えば、大きな垂直磁気異方性を有するＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、及び、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子等を用いることができる。この場合には、例えば、第１磁化固着層３１と中間層３４との間の界面に、薄い高分極率材料層を挿入することが望ましい。高分極率材料層の厚さは、例えば０．５ナノメートル（ｎｍ）以上３ｎｍ以下である。高分極材料層には、例えば、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ／ＦｅＣｏ積層膜、または、スピン拡散長の短いホイスラー規則化合金（ＦｅＣｏＡｌＳｉ及びＣｏＭｎＧｅなど）及びＦｅＣｏＧｅ、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏＳｉなどの層を用いることができる。スピン拡散長が短いと、薄くても十分な分極が可能となる。これにより、磁化自由層３２（磁界検出層）へのスピントルク伝達効率が向上できる。高分極材料層が厚いと、第１磁化固着層３１の全体の垂直磁気異方性が弱まる。このため、高分極材料層の厚みは薄く設定される。
【００４３】
中間層３４には、例えば、Ｃｕ及びＡｇなどが用いられる。これにより、高いＭＲ比と、高いスピントルク伝達効率が得られる。すなわち、高い電流密度が投入可能で低い抵抗が得られる。中間層３４の厚みは、薄いことが望ましい。中間層３４は必要に応じて設けられる。中間層３４は省略しても良い。また、中間層３４として、ＺｎＯ及びＭｇＯなどの酸化物層と、その酸化物層内に分散した導電部と、を含むハイブリッド型の層を用いることもできる。これにより、抵抗は高くなるがＭＲ比を向上できる。
【００４４】
磁化自由層３２には、例えば、ＦｅＣｏ系合金、及び、ホイスラー系合金などを用いることができる。これにより、高いＭＲ比が得られる。磁化自由層３２の厚さは、高分解能の観点から、１０ｎｍ以下が望ましい。磁化自由層３２の厚さは、ＭＲ比の向上のためには、厚いことが望ましい。磁化自由層３２の厚さは、これらの観点から適切に設定される。磁化自由層３２は、面内に磁化が向きやすいことが望ましい。面内磁気異方性においては、膜面に対して垂直方向よりも膜面に対して平行な方向に磁化が向きやすい。磁化自由層３２が面内磁気異方性を有することにより、磁化自由層３２における発振が安定化する。
【００４５】
もし、磁化自由層３２の厚さ（Ｘ軸に沿った幅）が、Ｙ軸に沿った幅またはＺ軸に沿った幅と同程度になると、反磁界によって、膜面内の磁化安定化が困難となる。その場合には、Ｆｅ／Ｃｏ積層膜のような負の垂直磁気異方性を、磁化自由層３２の少なくとも一部に用いることが望ましい。また、磁化自由層３２において、膜面内での磁化安定化のために、Ｒｕ層を介して反強磁性結合した磁性層／Ｒｕ層／磁性層のような積層構成を用いることができる。
【００４６】
第１磁化固着層３１のＹ軸に沿った幅（トラック幅方向の幅）は、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅よりも大きいことが望ましい。第１磁化固着層３１のＺ軸に沿った幅（ハイト方向の幅）は、磁化自由層３２のＺ軸に沿った幅よりも大きいことが望ましい。すなわち、Ｘ軸に対して垂直な軸に沿った第１磁化固着層３１の幅は、Ｘ軸に対して垂直なその軸に沿った磁化自由層３２の幅よりも大きいことが望ましい。
【００４７】
これにより、磁化自由層３２からの反作用スピントルクによる磁化の乱れが抑制できる。さらに、狭トラック幅の媒体磁界を実際に検出する磁化自由層３２を超微細形状にパターニングすることがプロセス的に容易になる。すなわち、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅の加工において、Ｙ軸に沿った幅とエッチング深さとを同程度にできる。さらに、再生部７０の抵抗が低減できる。
【００４８】
Ｙ軸（磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向のＺ軸と、Ｘ軸と、に対して垂直な軸）に沿った磁化自由層３２の幅は、磁気記録媒体８０の記録トラック幅と、実質的に同じに設定される。
【００４９】
Ｚ軸（Ｘ軸に対して垂直で磁気記録媒体８０から再生部７０に向かう方向の軸）に沿った磁化自由層３２の幅は、Ｙ軸（Ｘ軸とＺ軸とに対して垂直な軸）に沿った磁化自由層３２の幅以下に設定することが望ましい。磁化自由層３２のＺ軸に沿った幅を、磁化自由層３２のＹ軸に沿った幅よりも小さく設定することで、例えば、再生の分解能が向上できる。
【００５０】
第２非磁性層２１には、例えば、スピントルクの伝達を遮断する材料が用いられる。第２非磁性層２１には、例えば、Ｔａ及びＲｕなどを用いることが望ましい。
【００５１】
第２磁化固着層２２には、例えば、飽和磁化が大きく垂直磁気異方性を有する材料を用いることが望ましい。これにより、強い垂直磁界を発生することができる。第２磁化固着層２２には、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子、及び、ＣｏＰｔ合金などを用いることができる。
【００５２】
垂直磁気異方性を安定化するために、第２磁化固着層２２と第２非磁性層２１との間に、別の下地層を設けても良い。この別の下地層には、例えば、Ｒｕ、Ｃｕ及びＴｉなどを用いることができる。
【００５３】
以下、磁気ヘッド１１０の特性の測定結果の例を説明する。
以下の試料においては、積層膜７１のＹ軸に沿った幅は、約５０ｎｍであり、Ｚ軸に沿った幅は約５０ｎｍである。第１磁化固着層３１として、Ｘ軸に沿って交互に積層されたＦｅＣｏ層とＮｉ層とを用いた。ＦｅＣｏ層の厚さは、０．２ｎｍである。Ｎｉ層の厚さは、０．６ｎｍである。ＦｅＣｏ層の数は２５であり、Ｎｉ層の数は２５である。
【００５４】
磁化自由層３２には、ＦｅＣｏＳｉ層を用いた。磁化自由層３２の厚さは約１０ｎｍである。磁化自由層３２の飽和磁化Ｂｓは、約１．５テスラ（Ｔ）である。
【００５５】
図４（ａ）〜図４（ｃ）、及び、図５（ａ）〜図５（ｃ）は第１の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４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間の電圧Ｖａが約１０ミリボルト（ｍＶ）の場合の特性に対応する。すなわち、これらの図は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流れる電流がしきい値よりも小さい場合に対応する。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間の電圧Ｖａが約８０ミリボルト（ｍＶ）の場合の特性に対応する。すなわち、これらの図は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流れる電流がしきい値よりも大きい場合に対応する。
【００５６】
図４（ａ）及び図５（ａ）は、特性の測定結果を例示するグラフ図である。これらの図において、横軸は、素子に印加される磁界Ｈである。磁界Ｈは、Ｘ軸に沿う磁界である。磁界Ｈは、例えば、検出すべき、磁気記録媒体８０の媒体磁界に対応する。縦軸は、素子の抵抗変化ｄＲである。
【００５７】
図４（ｂ）、図４（ｃ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２の磁化の状態を模式的に例示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に例示した第１状態ＳＴ１（電圧Ｖａ＝１０ｍＶ、磁界Ｈ＝０ｋＯｅ）に対応する。図４（ｃ）は、図４（ａ）に例示した第２状態ＳＴ２（電圧Ｖａ＝１０ｍＶ、磁界Ｈ＝６ｋＯｅ）に対応する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に例示した第３状態ＳＴ３（電圧Ｖａ＝８０ｍＶ、磁界Ｈ＝６ｋＯｅ）に対応する。図５（ｃ）は、図５（ａ）に例示した第４状態ＳＴ４（電圧Ｖａ＝８０ｍＶ、磁界Ｈ＝９ｋＯｅ）に対応する。
【００５８】
図４（ａ）に表したように、電圧Ｖａが１０ｍＶの場合、磁界Ｈが０ｋＯｅのときの抵抗は高い。そして、磁界Ｈの絶対値が大きくなると抵抗が低下する。
【００５９】
図４（ｂ）に表したように、磁界Ｈが０ｋＯｅである第１状態ＳＴ１においては、磁化自由層磁化３２ｈは、第１磁化固着層３１からの漏洩磁界の影響により、Ｘ軸に対して傾斜する。すなわち、磁化自由層磁化３２ｈは、膜面内から膜面直方向に若干傾く。その結果、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、９０度に近い。
【００６０】
電圧Ｖａが１０ｍＶのときは、スピントルクが微弱である、このため、磁界Ｈの絶対値を増大すると、抵抗は減少する。磁界Ｈが約３ｋＯｅ〜４ｋＯｅにおいて、抵抗は実質的に一定となる。
【００６１】
図４（ｃ）に表したように、第２状態ＳＴ２においては、磁化自由層磁化３２ｈは、第１磁化固着層磁化３１ｈと実質的に同じ方向に向く。すなわち、磁化自由層磁化３２ｈは、Ｘ軸に沿う。
【００６２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に例示した電流が小さい状態においては、磁界Ｈが大きい場合においても、スピントルク発振が生じていない。
【００６３】
図５（ａ）に表したように、電圧Ｖａが８０ｍＶのときは、磁界Ｈの絶対値が６ｋＯｅ以上１０ｋＯｅ以下の領域においては、磁界Ｈの絶対値が増大すると、抵抗は減少する。この領域においては、磁界Ｈの絶対値と、抵抗変化ｄＲと、の関係は概ね線形である。
【００６４】
図５（ｂ）に表したように、磁界Ｈが６ｋＯｅの第３状態ＳＴ３のときは、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、９０度に近い。第３状態ＳＴ３は、高抵抗状態である。
【００６５】
図５（ｃ）に表したように、磁界Ｈが９ｋＯｅの第４状態ＳＴ４のときは、第１磁化固着層磁化３１ｈと磁化自由層磁化３２ｈとの間の角度は、減少し、０度に近づく。第４状態ＳＴ４は、低抵抗状態である。
【００６６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に例示した電流が大きい状態においては、磁界Ｈが大きい場合（磁界Ｈが６ｋＯｅ以上の場合）に、スピントルク発振が生じている。このような、抵抗が略線形に変化する領域における発振周波数は、約２０ＧＨｚ以上約２５ＧＨｚ以下であった。
【００６７】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、抵抗が略線形に変化する特性が利用される。
すなわち、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へしきい値（磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値）以上の電流Ｉ１が流されたときに（上記の例では８０ｍＶの電圧Ｖａを印加したときに）、媒体磁界に応じて積層膜７１の抵抗が変化する。そして、この抵抗の変化を検出することで、媒体磁界が検出される。すなわち、磁気記録媒体８０に記録された磁化８３の方向が検出され、記録された情報が読み出される。
【００６８】
スピントルク発振子（ＳＴＯ）に関して、その発振特性についての多くの研究開発が行われている。しかしながら、ＳＴＯの抵抗の磁界による変化を磁気ヘッドの再生部に応用する発想は見られなかった。
【００６９】
発明者が行った上記の独自の実験により、発明者は、図５（ａ）に例示したようにＳＴＯの抵抗が磁界によって変化することを見出した。そして、その変化は、実質的に線形である（例えば磁界Ｈ＝６ｋＯｅ〜１０ｋＯｅの領域）。この初めて見出された知見に基づいて、実施形態に係る磁気ヘッドの構成が構築された。
【００７０】
一般に、素子サイズが減少するとマグノンの発生が抑制され、スピントルクによる均一発振が起こり易くなることが理論から予想されている。実験でも、素子サイズが大きくなると、図５（ａ）に例示したような線形の磁界−抵抗特性は得難くなる。逆に素子サイズが小さくなると、均一な発振により磁化の熱揺らぎノイズの抑制効果が期待される。
【００７１】
一方、Ｘ軸に沿って、媒体磁界に相当する大きさの１０ｋＯｅの磁界を外部から加えても、図５（ａ）に例示した磁界−抵抗特性に変化は無かった。
【００７２】
例えば、参考例の再生ヘッドにおいては、磁気抵抗効果膜の膜面内方向の媒体磁界（例えばＺ軸方向の媒体磁界）が検出される。
これに対し、実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、媒体磁界の、積層膜７１の膜面に対して垂直な成分（例えば媒体磁界のＸ軸方向成分）が検出される。その結果、この特性により、磁気シールドの間隔（第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間の距離）が広くても、狭い記録ビット長の再生が可能になる。
【００７３】
実施形態においては、Ｘ軸に沿う（積層膜７１の膜面に対して垂直な軸に沿う）適度なバイアス磁界Ｈｂと、第１磁化固着層３１（垂直磁化スピン注入層）からのスピン注入と、により、磁化自由層３２（磁界検出層）の膜面内で、１０ＧＨｚ以上の高周波で磁化が３６０度大回転する特異なスピントルク発振状態が可能となる。
【００７４】
磁化自由層３２が超微細化すると熱揺らぎが大きくなる傾向がある。しかし、実施形態におけるスピントルク発振においては、磁化自由層３２が超微細化された場合においても、磁化の乱れは少なく、磁化は均一である。
【００７５】
さらに、実施形態におけるスピントルク発振状態においては、磁気記録媒体８０の媒体磁界の媒体膜面垂直方向成分（例えばＺ軸方向成分）に対しては、積層膜７１の抵抗は実質的に変化せず、磁気記録媒体８０の媒体磁界の媒体膜面内方向成分（例えばＸ軸方向成分）に対して積層膜７１の抵抗が概ね線形に変化する。この現象は、発明者の実験により見出された。
【００７６】
この現象は、第１磁化固着層３１の磁化と、磁化自由層３２の磁化と、の間の角度が、媒体膜面内方向成分磁場（積層膜７１の膜面垂直方向磁場であり、例えばＸ軸方向の磁場）に基づいて変化するためである。この磁場の方向が、第１磁化固着層３１の磁化の方向と同じときは、抵抗が減少する。この磁場の方向が、第１磁化固着層３１の磁化の方向と逆のときは、抵抗が増大する。
【００７７】
従来の構成の場合は、超微細な磁性層においては、磁化の熱揺らぎの抑制と高感度な再生出力との両立は原理的に回避困難と考えられていた。これに対し、実施形態に係る磁気ヘッドによれば、超微細な磁性層においても、磁化の熱揺らぎの抑制と高感度な再生出力との両立が実現できる。
【００７８】
従来の再生ヘッドにおいては、媒体膜面内方向成分（例えばＸ軸方向成分）の媒体磁界は、利用が困難であった。これに対し、実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、媒体膜面内方向成分の媒体磁界が、垂直磁化媒体の磁化の方向が変化する遷移領域に集中するので、高い分解能の再生が可能となる。
【００７９】
熱揺らぎの抑制が可能になると、磁化自由層３２のＸ軸に沿う長さが縮小できる。これにより、高い分解能の再生が可能となる。
【００８０】
なお、媒体磁界に数１０ＧＨｚの高周波を重畳すると、磁気記録媒体８０の磁化８３が反転し易くなることが知られている。この現象に基づく高周波アシスト記録の方法も知られている。
【００８１】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においても、ＳＴＯ（例えば積層膜７１）が発振すると高周波が発生する。この高周波が、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態を乱すことが懸念される。この問題が発生しないように、実施形態に係る磁気ヘッド１１０は適切に設計される。
【００８２】
図６は、第１の実施形態に係る磁気ヘッドの特性を例示するグラフ図である。
同図の横軸は、ＳＴＯ（具体的には磁化自由層３２）におけるスピントルク発振の周波数ｆｓである。縦軸は、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄである。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは、印加される高周波によって磁気記録媒体８０の保磁力が低減する程度を表す。図６において、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは、相対値である。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０のときは、保磁力が低減しないことに対応する。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０から１に向かうと、保磁力を低減する効果が大きくなる。媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが０よりも１の側の領域において、磁気記録媒体８０の磁化が変化され易くなる。
【００８３】
図６に表したように、ＳＴＯのスピントルク発振の周波数ｆｓが０から上昇すると、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは大きくなる。そして、周波数ｆｓが媒体固有周波数ｆｍのときに媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが最大となる。媒体固有周波数ｆｍは、例えば磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数である。そして、周波数ｆｓが周波数ｆ１以上になると、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄは０になり、効果が得られない。なお、ＳＴＯを高周波アシスト記録に利用する場合は、周波数ｆｓが媒体固有周波数ｆｍに近い条件が採用される。
【００８４】
実施形態に係る磁気ヘッド１１０においては、例えば、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも高く設定される。具体的には、例えば、周波数ｆｓは、媒体保磁力低減効果Ｈｃｄが実質的に０となる周波数ｆ１以上（第１周波数範囲ｆｒ１）に設定される。または、周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも低く設定される。周波数ｆｓは、特に、媒体固有周波数ｆｍよりも著しく低い値(第２周波数範囲ｆｒ２）に設定される。
【００８５】
すなわち、実施形態においては、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の磁化８３が反転し易い周波数を避けた領域の値に設定される。
【００８６】
磁気記録媒体８０の磁化８３の反転が容易となる周波数は、概ね、磁気記録媒体８０の磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積の２／３程度である。一方、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、概ね、外部磁界（バイアス磁界Ｈｂ）とγとの積である。
【００８７】
例えば、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓが、磁気記録媒体８０の磁化８３の反転周波数から遠ざかるように、バイアス磁界Ｈｂが設定される。特に、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓを磁気記録媒体８０の磁化８３の反転周波数よりも高くすることが望ましい。これにより、磁化自由層３２のスピントルク発振によって、磁気記録媒体８０の磁化８３が不安定になることが抑制される。
【００８８】
このように、実施形態においては、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数（媒体固有周波数ｆｍ）よりも高いことが望ましい。周波数ｆｓは、例えば、磁気記録媒体８０の磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積よりも高く設定される。
【００８９】
または、周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数よりも低いことが望ましい。周波数ｆｓは、例えば、磁気異方性磁界Ｈｋとジャイロ磁気定数γとの積よりも低く設定される。
【００９０】
磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁化自由層３２に流される電流Ｉ１に対して実質的に比例する。従って、磁気ヘッド１１０において、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２との間に流される電流値は、磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓを、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数よりも高くする値に設定されることが望ましい。
【００９１】
図７は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図７に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１１においては、磁化自由層３２は、第１磁性層３２ａと、第２磁性層３２ｂと、非磁性層（第１非磁性層３２ｃ）と、を含む。
【００９２】
第２磁性層３２ｂは、第１磁性層３２ａとＸ軸に沿って積層される。第２磁性層３２ｂは、第１磁性層３２ａの磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する。すなわち、第２磁性層３２ｂの磁化の位相は、第１磁性層３２ａの位相と１８０度異なる。
【００９３】
第１非磁性層３２ｃは、第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとの間に設けられる。
磁気ヘッド１１１におけるこの他の構成は、例えば磁気ヘッド１１０の構成と同様とすることができるので説明を省略する。
【００９４】
磁気ヘッド１１１においては、第１磁性層３２ａ及び第２磁性層３２ｂは、スピントルク発振する。第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとは、互いに反強磁性結合しており、位相が互いに１８０度異なる。位相が１８０度異なるので、高周波磁界がキャンセルされる。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。
【００９５】
さらに、磁化自由層３２のスピントルク発振により発生する高周波磁界によって、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態を安定化させるために、磁化自由層３２の磁気膜厚を所定の値よりも小さく設定することが有効である。
【００９６】
実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０及び１１１、並びに、それらの変形）においては、例えば、磁化自由層３２の磁気膜厚は、５ナノメートル・テスラ（ｎｍＴ）未満に設定される。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。なお、高周波アシスト記録においては、ＳＴＯの磁気膜厚は、２０ｎｍＴ以上である。
【００９７】
なお、磁化自由層３２の磁気膜厚は、例えば電子顕微鏡観察により求めた磁化自由層３２の厚さと、材料組成によって決まる飽和磁化と、の積である。
【００９８】
ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）の信号再生には、膜面垂直方向に電流を通電するＴＭＲヘッド（Tunneling MagnetoResistive Head）が使用されている。今後、記録密度の向上に伴い再生素子が微細化される。このために、単位断面積当たりの抵抗が小さい磁気抵抗効果素子の実現が要求される。
【００９９】
例えば、１平方インチ面積あたり２テラビット（２Ｔｂ／ｉｎ２）の面記録密度の実現には、約２０ｎｍ角の通電断面積を有する再生素子が必要になると予想される。このために、約０.３Ωμｍ２、または、それ以下の面積抵抗（ＲＡ：通電断面積×抵抗)が必要であると考えられる。ＴＭＲヘッドでは、トンネルバリアを通じて電流を流すので、抵抗低減には物理限界が存在する。
【０１００】
また、２Ｔｂ／ｉｎ２以上の面記録密度の実現には、高分解再生を実現するために、再生シールド間隔が２０ｎｍ以下であることが必要であると考えられる。狭トラック幅密度の再生を実現するためにＴＭＲの磁化自由層の幅は２０ｎｍ程度が必要とされる。
【０１０１】
しかし、現在のＴＭＲヘッドにおいては、例えば、反強磁性膜（ＩｒＭｎ合金）、磁化固着層、中間絶縁層及び磁化自由層の積層膜が設けられるため、それらの合計の厚みを２０ｎｍ以下にすることは困難である。このため、再生シールド間にＴＭＲヘッドを配置することが困難である。２０ｎｍ以下に磁化自由層の幅を狭めると、熱揺らぎに起因する磁気ノイズが顕在化して、高ＳＮ比の再生が困難になる。さらに、２０ｎｍ程度に素子を微細化すると、スピントランスファートルクに起因する磁気ノイズが小さな電流でも発生し易くなると考えられる。再生出力は、ＭＲ比と投入電流との積に比例する。従って、ＭＲ比の増大に加えて、スピントランスファートルクの抑制が、高感度な再生ヘッドの実現に望まれる。
【０１０２】
すなわち、例えば、記録密度が２Ｔｂ／ｉｎ２以上に増大すると、低抵抗で、高ＭＲ比で、高分解能で、低磁気ノイズであることが望まれる。
【０１０３】
実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０及び１１１、並びに、それらの変形）においては、抵抗が低く、ＭＲ比が高く、分解能が高く、磁気ノイズが低い。これにより、例えば、記録密度が２Ｔｂ／ｉｎ２以上の高密度記録が実現できる。
【０１０４】
なお、２層の磁化自由層を、中間層を介して積層した構成の参考例の磁気ヘッド（Tri-layer方式）が考えられる。また、２組の磁気抵抗効果素子を重ね、それぞれの磁界自由層の間隔で分解能を規定する参考例（差動型方式）も考えられる。しかし、このような参考例においては、磁気ノイズの改善が困難であると考えられる。これに対し、実施形態によれば、磁気ノイズが抑制できる。
【０１０５】
さらに、再生素子として、ＳＴＯ素子の発振周波数の位相検波を利用する参考例も考えられる。この場合には、位相検波のための回路が必要である。これに対し、実施形態においては、この回路を必要としない。このため、コストが低減できる。
【０１０６】
実施形態においては、図５（ａ）に例示したように、例えば、磁化自由層３２の面内の磁場が１ｋＯｅ程度と小さい場合は、抵抗が実質的に変化しない。このため、例えば、磁気記録媒体８０からの磁場の、磁化自由層３２の膜面に対して垂直な方向の成分（Ｘ軸方向成分）が検出される。これにより、例えば、シールドを設けない場合においても、高い分解能で、狭いビット長の再生が可能になる。
【０１０７】
また、十分強いスピントルクトランスファによって、磁化自由層３２の磁化の均一な面内大回転が実現できる。これにより、スピントルクトランスファエネルギーによるランダムな磁化の熱揺らぎが抑制できる。これにより、ＳＮ比が高い再生信号が得られる。
【０１０８】
そして、実施形態においては、一般的な磁気ヘッドの再生部と同様に、抵抗変化が再生信号として検出される。このため、特別な検出回路が不要である。これにより、コストは上昇しない。
【０１０９】
実施形態によれば、今後の高記録密度ＨＤＤの情報再生において課題となる、熱揺らぎノイズ及びスピントランスファートルク起因の磁気ノイズを抑制できる。これにより、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが提供できる。例えば、低抵抗、高ＭＲ比、高分解能及び低磁気ノイズの新たな磁気抵抗効果ヘッドが提供できる。
【０１１０】
このように、実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、磁化が概ね膜面垂直方向に配列したスピン注入層（第１磁化固着層３１）と、スピン注入層から注入された電子によりスピントルク発振する磁界検出層（磁化自由層３２）と、を含む積層膜７１が設けられる。積層膜７１は、例えばＳＴＯである。そして、積層膜７１の膜面垂直方向に（Ｘ軸に沿って）バイアス磁界Ｈｂを加える磁界印加部７５がさらに設けられる。そして、積層膜７１に、膜面垂直方向に、しきい値（磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値）以上の電流Ｉ１が流される。この状態において、積層膜７１の抵抗が、磁気記録媒体８０の信号磁界（媒体磁界）に応じて変化する。そして、この変化が検出され、再生動作が行われる。
【０１１１】
積層膜７１にバイアス磁界Ｈｂを印加する方法は、任意である。
図１に例示した磁気ヘッド１１０においては、磁界印加部７５は、積層膜７１に積層され垂直磁気異方性を有し第１磁化固着層３１の磁化の方向に磁化が固着された第２磁化固着層２２と、積層膜７１と第２磁化固着層２２との間に設けられた第２非磁性層２１と、を含む。そして、第１磁化固着層３１と第２非磁性層２１との間に磁化自由層３２が配置される。
【０１１２】
すなわち、積層膜７１の磁化自由層３２の側に第２非磁性層２１を介して設けられた第２磁化固着層２２が、磁界印加部７５として用いられる。第２磁化固着層２２は、垂直磁化膜である。第２磁化固着層２２の磁化は、スピン注入層の磁化と、同方向に着磁されている。
【０１１３】
図８は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図８に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１３においては、磁界印加部７５は、第３磁化固着層２３を含む。第３磁化固着層２３は、磁化自由層３２と、強い交換結合磁界が加わるように非磁性層を介すること無く接する。第３磁化固着層２３の磁化（第３磁化固着層磁化２３ｈ）は、第１磁化固着層３１の磁化の方向とは反対の方向に固着されている。第１磁化固着層３１と第３磁化固着層２３との間に磁化自由層３２が配置される。
【０１１４】
例えば、第１磁化固着層３１の磁化が−Ｘ軸方向に沿うときは、第３磁化固着層２３の磁化は、＋Ｘ軸方向に沿う。第１磁化固着層３１の磁化が＋Ｘ軸方向に沿うときは、第３磁化固着層２３の磁化は、−Ｘ軸方向に沿う。
【０１１５】
磁化自由層３２は、第３磁化固着層２３と直接的に磁気交換結合される。これにより、積層膜７１に、強いバイアス磁界Ｈｂが印加される。
【０１１６】
このように、磁気ヘッド１１３においては、積層膜７１の磁化自由層３２の側に、磁化自由層３２に接して設けられる第３磁化固着層２３が、磁界印加部７５として用いられる。第３磁化固着層２３は、垂直磁化膜である。第３磁化固着層２３の磁化は、スピン注入層の磁化と、逆方向に着磁される。
【０１１７】
さらに、センス電流（電流Ｉ１）の方向は、図１とは反対方向に通電する。その結果、磁化自由層３２の磁化がスピントルクによる大回転して、媒体磁界により磁気抵抗効果膜（積層膜７１）の抵抗が変化する。
【０１１８】
第３磁化固着層２３には、第１磁化固着層３１と同様な垂直磁気異方性を有する材料を用いることができる。
【０１１９】
なお、本具体例において、磁界印加部７５は、第２非磁性層２１(キャップ層)をさらに有することができる。磁化自由層３２と第２非磁性層２１との間において、磁化自由層３２に接して第３磁化固着層２３が設けられる。
【０１２０】
さらに、後述するように、磁界印加部７５として電磁石を用いても良い。
【０１２１】
実施形態において、分解能を向上するために、一対のシールド（第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂ）を設けることができる。この場合には、このシールドが電極として機能することが望ましい。これにより、さらに分解能が向上する。すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドは、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとをさらに備えることができる。第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に積層膜７１及び磁界印加部７５が配置される。電流Ｉ１は、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂを介して流される。
【０１２２】
図９は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。 図９に表したように、実施形態に係る磁気ヘッド１１４においては、積層膜７１とＸ軸に沿って積層された電極７３をさらに備える。電極７３は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、スピントルク発振のためのしきい値以上の電流を流す。電極７３は、例えば、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂを含むことができる。第１電極７３ａと第２電極７３ｂとの間に積層膜７１が配置される。
【０１２３】
なお、電極７３を設け、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂをさらに設けても良い。
【０１２４】
図１０は、第１の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図１０に表したように、実施形態に係る別の磁気ヘッド１１５においては、磁界印加部７５として、電磁石部７４が用いられる。電磁石部７４は、バイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に加える。
【０１２５】
電磁石部７４は、積層膜７１に並置される電磁石７４ａを含む。電磁石７４ａの周りにコイル７５ｃが巻かれている。コイル７５ｃには、第２電流供給部７５ｂが接続されている。第２電流供給部７５ｂから供給される電流により、電磁石７４ａ（電磁石部７４）からバイアス磁界Ｈｂが、積層膜７１に印加される。これにより、上記の動作が実施される。
【０１２６】
本具体例では、電磁石部７４は、電磁石７４ａと対向する再生部リターンパス７４ｂをさらに含む。すなわち、電磁石７４ａと再生部リターンパス７４ｂが対向する磁気ギャップ内に、積層膜７１が配置される。
【０１２７】
電磁石７４ａの媒体対向面７０ｓとは反対側の部分と、再生部リターンパス７４ｂの媒体対向面７０ｓとは反対側の部分と、の間に、電気抵抗調整層７４ｄを設けることができる。例えば、電気抵抗調整層７４ｄは電流をシャントさせ、静電気による劣化が抑制される。
【０１２８】
本具体例では、積層膜７１は、第２非磁性層２１（例えばキャップ層）をさらに含む。第２非磁性層２１は必要に応じて設けられ、場合によっては省略しても良い。
【０１２９】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る別の磁気ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る磁気ヘッド１２１は、電磁石６５ａと、再生部７０と、を備える。
【０１３０】
電磁石６５ａは、磁気記録媒体８０に情報を記録する書き込み動作において、磁気記録媒体８０に記録磁界を印加する。電磁石６５ａは、主磁極６１として機能する。電磁石６５ａは、例えば、書き込み部６０の一部である。
【０１３１】
再生部７０は、電磁石６５ａと並置される。再生部７０は、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界（磁化８３）を検出する。
【０１３２】
この場合も、再生部７０は、積層膜７１を含む。積層膜７１は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層３１と、第１磁化固着層３１と第１軸（Ｘ軸）に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層３２と、を含む。
【０１３３】
磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界を検出する再生動作において、電磁石６５ａからＺ軸に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂが、積層膜に加えられる。そして、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ、磁化自由層３２がスピントルク発振する値以上の電流Ｉ１が流されたときに、媒体磁界に応じて積層膜７１の抵抗が変化する。
【０１３４】
すなわち、書き込み動作においては、電磁石６５ａが主磁極６１として機能する。そして再生動作においては、電磁石６５ａが磁界印加部７５として機能する。これにより、第１実施形態に関して説明した再生動作が実施される。磁気ヘッド１２１により、再生時のノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが得られる。
【０１３５】
本具体例においては、積層膜７１において、順次積層された下地層３３、第１磁化固着層３１、中間層３４、磁化自由層３２及び第２非磁性層２１（キャップ層）が設けられている。
【０１３６】
また、磁気ヘッド１２１においては、電磁石６５ａと対向するリターンパス６５ｂが設けられている。すなわち、電磁石６５ａとリターンパス６５ｂが対向する磁気ギャップ内に、積層膜７１が配置されている。また、電磁石６５ａの一部とリターンパス６５ｂの一部との間に電気抵抗調整層７４ｄが設けられている。
【０１３７】
図１１に表したように、本具体例の磁気ヘッド１２１は、加熱部６５ｅをさらに備える。加熱部６５ｅは、電磁石６５ａと並置される。加熱部６５ｅは、書き込み動作の際に磁気記録媒体８０を局所的に加熱する。すなわち、加熱部６５ｅによる熱アシストにより、書き込み動作がアシストされる。
【０１３８】
この例では、加熱部６５ｅは、導波路層６５ｃと、近接場光発生部６５ｄと、を含む。 導波路層６５ｃは、電磁石６５ａと並置される。導波路層６５ｃは、光を導波する。光は、例えばレーザ光である。
【０１３９】
近接場光発生部６５ｄは、電磁石６５ａと導波路層６５ｃとの間に設けられる。近接場光発生部６５ｄは、書き込み動作の際に、導波路層６５ｃを導波された光に基づいて、磁気記録媒体８０を局所的に加熱する近接場光を発生する。
【０１４０】
磁気ヘッド１２１においては、再生部７０のための磁界印加部７５として、書き込み部６０の主磁極６１として機能する電磁石６５ａが用いられる。これにより、再生時のノイズが抑制されることに加え、構成が簡単になり、小型化が可能になる。
【０１４１】
第１及び第２の実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界に応じて、積層膜７１の抵抗が変化する。この抵抗の変化は、磁気ヘッドに接続された検出回路により検出される。
【０１４２】
（第３の実施の形態）
上記で説明した第１及び第２実施形態に係る磁気ヘッドは、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。なお、実施形態に係る磁気記録再生装置は、再生機能のみを有することもできるし、記録機能と再生機能の両方を有することもできる。
【０１４３】
図１２は、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置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。記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４に装着される。記録用媒体ディスク１８０は、図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。このモータは、例えば図示しない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再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。
【０１４４】
記録用媒体ディスク１８０に格納される情報の記録再生が、ヘッドスライダ３により行われる。ヘッドスライダ３は、既に例示した構成を有する。ヘッドスライダ３は、サスペンション１５４の先端に取り付けられている。サスペンション１５４は、薄膜状である。ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気ヘッド（例えば磁気ヘッド１１０〜１１４）のいずれかが搭載される。
【０１４５】
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダ３は、記録用媒体ディスク１８０の表面の上方に保持される。すなわち、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３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力と、がつりあう。これにより、ヘッドスライダ３の媒体対向面と、記録用媒体ディスク１８０の表面と、の距離は、所定の値に保持される。実施形態において、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」を用いても良い。
【０１４６】
サスペンション１５４は、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は、例えば、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の他端には、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、例えば、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、図示しない駆動コイル及び磁気回路を含むことができる。駆動コイルは、例えば、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻かれる。磁気回路は、例えば、図示しない永久磁石及び対向ヨークを含むことができる。永久磁石及び対向ヨークは、互いに対向し、これらの間に駆動コイルが配置される。
【０１４７】
アクチュエータアーム１５５は、例えば、図示しない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、例えば、軸受部１５７の上下の２箇所に設けられる。アクチュエータアーム１５５は、ボイスコイルモータ１５６により、回転摺動が自在にできる。その結果、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できる。
【０１４８】
図１３（ａ）は、磁気記録再生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。
また、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。
【０１４９】
図１３（ａ）に表したように、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から延出する。支持フレーム１６１は、軸受部１５７からＨＧＡとは反対方向に延出している。支持フレーム１６１は、ボイスコイルモータのコイル１６２を支持する。
【０１５０】
図１３（ｂ）に示したように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、アクチュエータアーム１５５とサスペンション１５４とを含む。アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７から延出する。サスペンション１５４は、アクチュエータアーム１５５から延出する。
【０１５１】
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ３には、実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。
【０１５２】
すなわち、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、磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、ヘッドスライダ３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
【０１５３】
サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、及び、浮上量調整のためのヒーター用などのためのリード線（図示しない）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ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る。
【０１５４】
また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。
【０１５５】
信号処理部１９０は、例えば、図１２に例示した磁気記録再生装置１５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、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結合される。
【０１５６】
すなわち、信号処理部１９０は、磁気ヘッドに電気的に接続される。
磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界に応じた、磁気ヘッドの積層膜７１の抵抗の変化は、例えば、信号処理部１９０により検出される。
【０１５７】
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気ヘッドと、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した可動部と、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定の記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
【０１５８】
すなわち、上記の磁気記録媒体８０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、ヘッドスライダ３を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含むことができる。
【０１５９】
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０と、を備える。
【０１６０】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０によれば、上記の実施形態に係る磁気ヘッドを用いることで、ノイズを抑制した再生が可能になる。さらに、低抵抗、高ＭＲ比及び高分解能の再生が可能になる。
【０１６１】
実施形態に係る磁気記録再生装置１５０において、記録用媒体ディスク１８０（磁気記録媒体８０）の記録トラック幅は、３０ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、特に、スピントランスファートルクの抑制効果が発現される。すなわち、記録トラック幅が３０ｎｍ以下である場合には、磁化自由層３２の幅が３０ｎｍ以下に設定される。この条件において、スピントランスファートルクの抑制効果がより明確に発揮される。
【０１６２】
（第４の実施の形態）
図１４は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図１４には、磁気記録再生装置に含まれる磁気ヘッドの要部の断面が模式的に例示され、制御部が模式的に例示されている。
【０１６３】
図１４に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５１は、磁気記録媒体８０と、磁気ヘッド１３１と、制御部１９５と、を備える。磁気記録再生装置１５１において、磁気ヘッド１３１が搭載されるヘッドスライダ３、ヘッドジンバルアセンブリ１５８及びヘッドスタックアセンブリ１６０などの構成は、既に説明したものと同様とすることができるので説明を省略する。磁気記録再生装置１５１の全体構成は、図１２に関して説明した磁気記録再生装置１５０と同様である。
【０１６４】
例えば、磁気記録再生装置１５１において、磁気記録媒体８０として、記録用媒体ディスク１８０を用いることができる。
【０１６５】
磁気記録再生装置１５１における制御部１９５は、磁気記録再生装置１５０における信号処理部１９０と類似の構成を有することができる。
【０１６６】
図１４に表したように、磁気ヘッド１３１は、電磁石６６ａと、積層膜７１と、を含む。電磁石６６ａは、磁気記録媒体８０に対向する。
【０１６７】
積層膜７１は、電磁石６６ａと並置される。積層膜７１は、第１磁化固着層３１と磁化自由層３２とを含む。第１磁化固着層３１は、垂直磁気異方性を有し磁化が固着されている。磁化自由層３２は、第１磁化固着層３１と第１軸（Ｘ軸）に沿って積層される。磁化自由層３２は、スピントルク発振する。
【０１６８】
電磁石６６ａ（及び積層膜７１）は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面７０ｓを有する。
【０１６９】
電磁石６６ａの周りにコイル７５ｃが巻かれている。コイル７５ｃには、第２電流供給部７５ｂが接続されている。第２電流供給部７５ｂから供給される電流により、電磁石６６ａから磁界が発生する。
【０１７０】
本具体例では、電磁石６６ａと対向する対向部６６ｂがさらに設けられている。電磁石６６ａと対向部６６ｂとが対向するギャップ内に、積層膜７１が配置される。
【０１７１】
電磁石６６ａ及び対向部６６ｂは、積層膜７１に電流Ｉ１を流す電極として機能することができる。ただし、実施形態はこれに限らず、例えば、電磁石６６ａとは別に電極を設けても良い。
【０１７２】
電磁石６６ａと対向部６６ｂとに第１電流供給部７５ａが接続される。これにより、第１電流供給部７５ａから、第１磁化固着層３１及び磁化自由層３２に電流が供給される。
【０１７３】
本具体例においては、積層膜７１において、順次積層された下地層３３、第１磁化固着層３１、中間層３４、磁化自由層３２及び第２非磁性層２１（キャップ層）が設けられている。
【０１７４】
制御部１９５は、磁気ヘッド１３１に接続される。制御部１９５は、例えば、制御信号部１９６と、第１電流供給部７５ａと、第２電流供給部７５ｂと、を含む。制御部１９５は、例えば、図１２中の背面側に設けられる。制御部１９５の入出力線は、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１３１と電気的に結合される。
【０１７５】
制御信号部１９６は、第１電流供給部７５ａの動作及び第２電流供給部７５ｂの動作を制御する。制御信号部１９６は、例えば、第１電流供給部７５ａの動作及び第２電流供給部７５ｂの動作を制御する信号を、第１電流供給部７５ａ及び第２電流供給部７５ｂに供給する。制御信号部１９６は、アナログ回路及びデジタル回路の少なくともいずれかを含む。制御信号部１９６による第１電流供給部７５ａ及び第２電流供給部７５ｂの制御には、例えばコンピュータプログラムに基づく制御が用いられる。
【０１７６】
磁気記録媒体８０に情報を記録する書き込み動作において、以下が行われる。
制御部１９５は、電磁石６６ａに、磁気記録媒体８０に記録磁界を印加させる。さらに、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流を流して、磁化自由層３２をスピントルク発振させて高周波磁界を発生させる。この高周波磁界は、記録磁界が印加されている磁気記録媒体８０に印加される。これにより、スピントルク発振による高周波磁界を用いた高周波アシスト記録が行われる。
【０１７７】
さらに、磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界を検出する再生動作においては以下が行われる。
制御部１９５は、電磁石６６ａに、第１軸（Ｘ軸）に沿う成分を有するバイアス磁界Ｈｂを積層膜７１に印加させる。このときのバイアス磁界Ｈｂは、書き込み動作における記録磁界よりも小さい絶対値を有する磁界である。さらに、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流を流して、磁化自由層３２を、書き込み動作における高周波磁界よりも低い周波数でスピントルク発振させる。すなわち、制御部１９５は、第１磁化固着層３１から磁化自由層３２へ電流Ｉ１を流す。このときの電流Ｉ１の電流値は、磁化自由層３２がスピントルク発振するためのしきい値以上の電流値である。これにより、磁化自由層３２をスピントルク発振させる。この磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数は、書き込み動作における高周波磁界の周波数よりも低い。そして、再生動作において、積層膜７１の抵抗は、媒体磁界に応じて変化する。この変化を検出することで磁気記録媒体８０に記録された情報が再生できる。この検出は、例えば制御部１９５（信号処理部１９０）により実施される。
【０１７８】
このように、本実施形態に係る磁気ヘッド１３１の電磁石６６ａは、書き込み動作と、再生動作と、の両方において用いられる。すなわち、磁気ヘッド１３１は記録再生一体型の磁気ヘッドである。磁気ヘッド１３１において、書き込み動作においては、積層膜７１におけるスピントルク発振を用いた高周波アシスト記録が行われる。そして、磁気ヘッド１３１において、再生動作においては、スピントルク発振する積層膜７１における抵抗変化が利用される。
【０１７９】
実施形態に係る磁気記録再生装置１５１においては、第１実施形態に関して説明したのと同様に、積層膜７１における均一なスピントルク発振に基づく特性が利用される。これにより、例えば熱揺らぎによるノイズを低減できる。これにより、ノイズを抑制した磁気記録再生装置が得られる。
【０１８０】
さらに、磁気記録再生装置１５１においては、第１実施形態に関して説明したのと同様に、分解能も高い。そして、構成が簡単になり、磁気ヘッドの厚さ（再生部７０及び書き込み部６０の厚さ）が薄くできる。そして、再生シールドを省略できる。
【０１８１】
なお、磁気ヘッドの記録ギャップ内に水平磁化膜のＭＲセンサ（例えばＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサなど）を配置する参考例が考えられる。しかし、この参考例の構成においては、記録ギャップ内部の漏洩磁界が外乱となる。このため、媒体磁界を検出するとノイズが大きく、動作が不安定である。例えば、この参考性の構成においては、数ｋＯｅのギャップ磁界が印加されると再生動作が不安定になる。
【０１８２】
これに対し、実施形態においては、垂直磁化膜を有する積層膜７１が記録ギャップ内に配置される。そして、垂直磁化膜型の構成におけるスピントルク発振が用いられる。このスピントルク発振した状態において、記録ギャップ磁界を利用することで、安定した動作が実現できる。
【０１８３】
図１５は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を例示するグラフ図である。 図１５の横軸は、積層膜７１（ＳＴＯ）に印加される磁界Ｈａである。磁界Ｈａは、垂直磁界である。磁界Ｈａの大きさは、例えば、電磁石６６ａの周りのコイル７５ｃに流れるコイル電流の大きさに対応する。磁界Ｈａの大きさは、例えば、磁気記録媒体８０に印加される記録磁界の大きさと連動する。図１５の縦軸は、積層膜７１の抵抗ＲＲである。
【０１８４】
図１５に表したように、書き込み動作ＷＯにおいては、磁界Ｈａは比較的大きい。書き込み動作ＷＯの際の磁界Ｈａの大きさは、例えば、約１０ｋＯｅである。
【０１８５】
一方、再生動作ＲＯにおいては、積層膜７１に印加される磁界Ｈａの大きさは、書き込み動作ＷＯのときの磁界Ｈａよりも小さい。そして、この状態において、磁気記録媒体８０の媒体磁界８０ｈが積層膜７１に印加される。そして、媒体磁界８０ｈに応じて積層膜７１の抵抗ＲＲが変化する。この例では、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との間で、抵抗ＲＲが変化する。そして、既に説明したように、抵抗ＲＲの変化は、媒体磁界８０ｈに対して実質的に線形である。
【０１８６】
図１６は、第４の実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を例示するグラフ図である。 同図の横軸は、ＳＴＯ（具体的には磁化自由層３２）におけるスピントルク発振の周波数ｆｓである。縦軸は、印加される高周波によって磁気記録媒体８０の保磁力が低減する程度を表す媒体保磁力低減効果Ｈｃｄである。
【０１８７】
図１６に表したように、書き込み動作ＷＯにおけるスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍに近い値（書き込み動作時周波数範囲ｆｗ）に設定される。そして、再生動作ＲＯにおけるスピントルク発振の周波数ｆｓは、媒体固有周波数ｆｍよりも著しく低い（再生時周波数範囲ｆｒ）に設定される。このように、磁気記録再生装置１５１においては、再生動作ＲＯにおける磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、書き込み動作ＷＯにおける高周波磁界の周波数よりも低い。これにより、再生動作ＲＯ時に磁気記録媒体８０に記録されている媒体磁界が乱されることが抑制される。
【０１８８】
例えば、再生動作ＲＯにおける磁化自由層３２のスピントルク発振の周波数ｆｓは、磁気記録媒体８０の強磁性共鳴周波数（媒体固有周波数ｆｍ）よりも低い。
【０１８９】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５１において、磁化自由層３２は、第１磁性層３２ａと、第１磁性層３２ａと第１軸（Ｘ軸）に沿って積層され、第１磁性層３２ａの磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する第２磁性層３２ｂと、第１磁性層３２ａと第２磁性層３２ｂとの間に設けられた第１非磁性層３２ｃと、を含むことができる。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が不安定になることが抑制できる。
【０１９０】
磁気記録再生装置１５１にいて、磁化自由層３２の磁気膜厚は、５ｎｍＴ未満に設定することが望ましい。これにより、磁気記録媒体８０の磁化８３の記録状態が安定化する。
【０１９１】
磁気記録再生装置１５１において、第１軸に対して垂直な軸に沿った第１磁化固着層３１の幅は、第１軸に対して垂直なその軸に沿った磁化自由層３２の幅よりも大きいことが望ましい。これにより、磁化自由層３２からの反作用スピントルクによる磁化の乱れが抑制できる。また、磁化自由層３２のパターニングが容易になる。再生部７０の抵抗が低減できる。
【０１９２】
実施形態によれば、ノイズを抑制した磁気抵抗効果型の磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置が提供される。
【０１９３】
なお、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。
【０１９４】
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再生部、積層膜、磁化固着層、磁化自由層、磁性層、非磁性層及び書き込み部など、並びに、磁気ヘッドアセンブリに含まれるヘッドスライダ、サスペンション及びアクチュエータアーム、並びに、磁気記録再生装置に含まれる磁気記録媒体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。例えば、上記実施形態の中で説明した材料、組成、膜厚なども一例であり、種々の選択が可能である。
【０１９５】
また、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。
【０１９６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を基にして、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、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【符号の説明】
【０１９９】
３…ヘッドスライダ、 ３Ａ…空気流入側、 ３Ｂ…空気流出側、 ４…スピンドルモータ、 １０…スピントルク発振子、 ２１…第２非磁性層、 ２２…第２磁化固着層、 ２２ｈ…第２磁化固着層磁化、 ２３…第３磁化固着層、 ２３ｈ…第３磁化固着層磁化、 ３１…第１磁化固着層、 ３１ｈ…第１磁化固着層磁化、 ３２…磁化自由層、 ３２ａ…第１磁性層、 ３２ｂ…第２磁性層、 ３２ｃ…第１非磁性層、 ３２ｈ…磁化自由層磁化、 ３３…下地層、 ３４…中間層、 ６０…書き込み部（書き込みヘッド部）、 ６１…主磁極、 ６２…書き込み部リターンパス、 ６５ａ…電磁石、 ６５ｂ…リターンパス、 ６５ｃ…導波路層、 ６５ｄ…近接場光発生部、 ６５ｅ…加熱部、 ６６ａ…電磁石、 ６６ｂ…対向部、 ７０…再生部（再生ヘッド部）、 ７０ｓ…媒体対向面、 ７１…積層膜、 ７２ａ…第１磁気シールド、 ７２ｂ…第２磁気シールド、 ７３…電極、 ７３ａ…第１電極、 ７３ｂ…第２電極、 ７４…電磁石部、 ７４ａ…電磁石、 ７４ｂ…再生部リターンパス、 ７４ｄ…電気抵抗調整層、 ７５…磁界印加部、 ７５ａ…第１電流供給部、 ７５ｂ…第２電流供給部、 ７５ｃ…コイル、 ８０…磁気記録媒体、 ８０ｈ…媒体磁界、 ８１…磁気記録層、 ８２…媒体基板、 ８３…磁化、 ８５…媒体移動方向、 １１０、１１１、１１３、１１４、１１５、１２１、１３１…磁気ヘッド、 １５０、１５１…磁気記録再生装置、 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…軸受部、 １５８…ヘッドジンバルアセンブリ、 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、 １９０…信号処理部、 １９５…制御部、 １９６…制御信号部、 Ａ…矢印、 Ｈ…磁界、 Ｈａ…磁界、 Ｈｂ…バイアス磁界、 Ｈｃｄ…媒体保持力低減効果、 Ｉ１…電流、 Ｒ１、Ｒ２…第１、第２抵抗、 ＲＯ…再生動作、 ＲＲ…抵抗、 ＳＴ１〜ＳＴ４…第１〜第４状態、 Ｖａ…電圧、 ＷＯ…書き込み動作、 ｄＲ…抵抗変化、 ｆ１…周波数、 ｆｍ…媒体固有周波数、 ｆｒ…再生時周波数範囲、 ｆｒ１、ｆｒ２…第１及び第２周波数範囲、 ｆｓ…周波数、 ｆｗ…書き込み動作時周波数範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生部を備え、
前記再生部は、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
前記積層膜と前記第１軸に沿って積層され、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に加える磁界印加部と、
を含み、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化することを特徴とすることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
磁気記録媒体に情報を記録する書き込み動作において前記磁気記録媒体に記録磁界を印加する電磁石と、
前記電磁石と並置され、前記書き込み動作の際に前記磁気記録媒体を局所的に加熱する加熱部と、
前記電磁石と並置され、前記磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生部と、
を備え、
前記再生部は、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
を含み、
前記磁気記録媒体に記録された前記媒体磁界を検出する再生動作において、前記電磁石から前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界が前記積層膜に加えられ、前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】
前記加熱部は、
前記電磁石と並置された光を導波する導波路層と、
前記電磁石と前記導波路層との間に設けられ、前記書き込み動作の際に、前記導波路層を導波された前記光に基づいて前記磁気記録媒体を局所的に加熱する近接場光を発生する近接場光発生部と、
を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁化自由層は、
前記第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１軸に沿って積層され、前記第１磁性層の磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する第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、
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
前記磁化自由層の磁気膜厚は、５ナノメートル・テスラ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
前記磁化自由層の前記スピントルク発振の周波数は、前記磁気記録媒体の強磁性共鳴周波数よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
前記磁化自由層の前記スピントルク発振の周波数は、前記磁気記録媒体の強磁性共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項８】
前記第１軸に対して垂直な軸に沿った前記第１磁化固着層の幅は、前記第１軸に対して垂直な前記軸に沿った前記磁化自由層の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項９】
前記磁界印加部は、
前記積層膜に積層され、垂直磁気異方性を有し、前記第１磁化固着層の前記磁化の方向に磁化が固着された第２磁化固着層と、
前記積層膜と前記第２磁化固着層との間に設けられた第２非磁性層と、
を含み、
前記第１磁化固着層と前記第２非磁性層との間に前記磁化自由層が配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記磁界印加部は、
前記磁化自由層と接し、前記第１磁化固着層の前記磁化の方向とは反対の方向に磁化が固着された第３磁化固着層を含み、
前記第１磁化固着層と前記第３磁化固着層との間に前記磁化自由層が配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１１】
前記磁界印加部は、前記バイアス磁界を前記積層膜に加える電磁石部を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２記載の磁気ヘッドアセンブリと、
前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気ヘッドを用いて情報が再生される前記磁気記録媒体と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１４】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向する電磁石と、
前記電磁石と並置された積層膜であって、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
を含む磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドに接続された制御部と、
を備え、
前記磁気記録媒体に情報を記録する書き込み動作において、
前記制御部は、
前記電磁石に、前記磁気記録媒体に記録磁界を印加させ、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ電流を流して、前記磁化自由層をスピントルク発振させて高周波磁界を発生させ、
前記磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生動作において、
前記制御部は、
前記電磁石に、前記書き込み動作における前記記録磁界よりも小さい絶対値を有し、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に印加させ、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ電流を流して、前記磁化自由層を、前記書き込み動作における前記高周波磁界よりも低い周波数でスピントルク発振させ、
前記再生動作において、前記積層膜の抵抗は前記媒体磁界に応じて変化することを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１】
磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生部を備え、
前記再生部は、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
前記積層膜と前記第１軸に沿って積層され、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に加える磁界印加部と、
を含み、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化することを特徴とすることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
磁気記録媒体に情報を記録する書き込み動作において前記磁気記録媒体に記録磁界を印加する電磁石と、
前記電磁石と並置され、前記書き込み動作の際に前記磁気記録媒体を局所的に加熱する加熱部と、
前記電磁石と並置され、前記磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生部と、
を備え、
前記再生部は、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
を含み、
前記磁気記録媒体に記録された前記媒体磁界を検出する再生動作において、前記電磁石から前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界が前記積層膜に加えられ、前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ、前記磁化自由層がスピントルク発振する値以上の電流が流されたときに、前記媒体磁界に応じて前記積層膜の抵抗が変化することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】
前記加熱部は、
前記電磁石と並置された光を導波する導波路層と、
前記電磁石と前記導波路層との間に設けられ、前記書き込み動作の際に、前記導波路層を導波された前記光に基づいて前記磁気記録媒体を局所的に加熱する近接場光を発生する近接場光発生部と、
を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁化自由層は、
前記第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１軸に沿って積層され、前記第１磁性層の磁化の方向とは反対の方向の磁化を有する第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、
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
前記磁化自由層の磁気膜厚は、５ナノメートル・テスラ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
前記磁化自由層の前記スピントルク発振の周波数は、前記磁気記録媒体の強磁性共鳴周波数よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
前記磁化自由層の前記スピントルク発振の周波数は、前記磁気記録媒体の強磁性共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項８】
前記第１軸に対して垂直な軸に沿った前記第１磁化固着層の幅は、前記第１軸に対して垂直な前記軸に沿った前記磁化自由層の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項９】
前記磁界印加部は、
前記積層膜に積層され、垂直磁気異方性を有し、前記第１磁化固着層の前記磁化の方向に磁化が固着された第２磁化固着層と、
前記積層膜と前記第２磁化固着層との間に設けられた第２非磁性層と、
を含み、
前記第１磁化固着層と前記第２非磁性層との間に前記磁化自由層が配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記磁界印加部は、
前記磁化自由層と接し、前記第１磁化固着層の前記磁化の方向とは反対の方向に磁化が固着された第３磁化固着層を含み、
前記第１磁化固着層と前記第３磁化固着層との間に前記磁化自由層が配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１１】
前記磁界印加部は、前記バイアス磁界を前記積層膜に加える電磁石部を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２記載の磁気ヘッドアセンブリと、
前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気ヘッドを用いて情報が再生される前記磁気記録媒体と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１４】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向する電磁石と、
前記電磁石と並置された積層膜であって、
垂直磁気異方性を有し磁化が固着された第１磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と第１軸に沿って積層されスピントルク発振する磁化自由層と、
を含む積層膜と、
を含む磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドに接続された制御部と、
を備え、
前記磁気記録媒体に情報を記録する書き込み動作において、
前記制御部は、
前記電磁石に、前記磁気記録媒体に記録磁界を印加させ、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ電流を流して、前記磁化自由層をスピントルク発振させて高周波磁界を発生させ、
前記磁気記録媒体に記録された媒体磁界を検出する再生動作において、
前記制御部は、
前記電磁石に、前記書き込み動作における前記記録磁界よりも小さい絶対値を有し、前記第１軸に沿う成分を有するバイアス磁界を前記積層膜に印加させ、
前記第１磁化固着層から前記磁化自由層へ電流を流して、前記磁化自由層を、前記書き込み動作における前記高周波磁界よりも低い周波数でスピントルク発振させ、
前記再生動作において、前記積層膜の抵抗は前記媒体磁界に応じて変化することを特徴とする磁気記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２０３９１６（Ｐ２０１２−２０３９１６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４２５２（Ｐ２０１１−６４２５２）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願、「平成２１年度、経済通算省、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究 「超高密度ナノビット磁気記録技術（グリーンＩＴプロジェクト）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願、「平成２１年度、経済通算省、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究 「超高密度ナノビット磁気記録技術（グリーンＩＴプロジェクト）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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