磁気層および交換ブレーク層を含む装置
【課題】磁気記録層へのデータの書込を容易にし、かつ記録層の熱的安定性を上げる。
【解決手段】装置は、第１の磁気層６２と、第１の磁気層上に形成される第１の交換ブレーク層６４と、第１の交換ブレーク層上に形成される第２の磁気層６６と、第２の磁気層上に形成される第２の交換ブレーク層と、第２の交換ブレーク層上に形成される第３の磁気層とを含み得る。第１の磁気層は第１の磁気異方性エネルギＨk1を有する。第２の磁気層は第２の磁気異方性エネルギＨk２を有する。第３の磁気層は第３の磁気異方性エネルギＨk３を有する。一部の実施の形態において、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい。一部の実施の形態において、装置は垂直磁気記録媒体である。
【解決手段】装置は、第１の磁気層６２と、第１の磁気層上に形成される第１の交換ブレーク層６４と、第１の交換ブレーク層上に形成される第２の磁気層６６と、第２の磁気層上に形成される第２の交換ブレーク層と、第２の交換ブレーク層上に形成される第３の磁気層とを含み得る。第１の磁気層は第１の磁気異方性エネルギＨk1を有する。第２の磁気層は第２の磁気異方性エネルギＨk２を有する。第３の磁気層は第３の磁気異方性エネルギＨk３を有する。一部の実施の形態において、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい。一部の実施の形態において、装置は垂直磁気記録媒体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
技術分野
本発明は磁気層および交換ブレーク層を含む装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
【図１】ハードディスクドライブの概略図である。
【図２】連続する段階的組成を含む磁気記録層における磁気異方性対硬質層からの距離のグラフ図である。
【図３】第１の磁気層、第１の交換ブレーク層、第２の磁気層、第２の交換ブレーク層および第３の磁気層を有する記録層を含む記録媒体スタックの一例を示す概略ブロック図である。
【図４Ａ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｂ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｃ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｄ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｅ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図５Ａ】ｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含む磁気記録層の一例を示す概略ブロック図である。
【図５Ｂ】ｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含む磁気記録層の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】磁気記録層を形成するための技術の一例を示すフロー図である。
【図７Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図７Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図８Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図８Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図９Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図９Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図１０Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図１０Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００３】
詳細な説明
図１は本開示の一局面に従う、磁気記録媒体を含む磁気ディスクドライブ１０の一例を示す。ディスクドライブ１０はベース１２と、一部が切取られて示されるトップカバー１４とを含む。ベース１２はトップカバー１４と結合して、ディスクドライブ１０のハウジング１６を形成する。ディスクドライブ１０はさらに１つ以上の回転可能磁気記録媒体１８を含む。磁気記録媒体１８はスピンドル１４に接続され、中央軸を中心として媒体１８を回転させるよう動作する。磁気記録および読取ヘッド２２は、磁気記録媒体１８に隣接している。アクチュエータアーム２０は磁気記録および読取ヘッド２２を磁気記録媒体１８と通信するよう運ぶ。
【０００４】
磁気記録媒体１８は、磁気記録層において磁気的に配向されるビットとして情報を記憶する。磁気読出／書込ヘッド２２は、磁気記録媒体１８上の磁気記録層の個々のドメインを磁化するのに十分な磁場を生成する記録（書込）ヘッドを含む。磁気記録層のドメインのパターンはデータのビットを表わし、磁化配向の変化は１を表わす。０は、ビット長の約２倍の一定磁化を含む領域によって表わされる。磁気記録および書込ヘッド２２はさらに読出ヘッドを含み、読出ヘッドは磁気記録層の個々の磁気ドメインの磁場を検出することができる。
【０００５】
垂直磁気記録媒体は、磁気記録層において垂直磁気異方性場（Ｈk）を有し、磁気記録層の面に対して実質的に垂直な方向で形成される磁化を有する磁気記録媒体１８である。垂直磁気記録媒体は磁気記録システムで用いることができる。垂直磁気記録媒体は、多結晶ＣｏＣｒまたはＣｏＰｔ酸化物含有磁気記録層で製造され得る。多結晶磁気記録層におけるＣｏリッチな領域は強磁性であるのに対して、Ｃｒまたは酸化物がリッチな領域は、多結晶磁気記録層において近接する粒界を形成し、非磁性である。隣接する強磁性粒子間の横方向の磁気交換結合は、粒子間の非磁性領域によって減衰される。
【０００６】
ディスクドライブ１０のような磁気データ記憶装置での進歩は、主に装置の記憶容量の増加による、すなわち磁気記録媒体１８の面記録密度（平方インチ当りのギガビット（Ｇｂ／ｉｎ2）によって表わされる）による。より小さい平均粒径の磁気記録媒体１８は、磁気記録媒体の面記録密度を増加させ得る。
【０００７】
高密度垂直磁気記録媒体は、磁気記録層におけるいくつかの磁気特性のバランスによって利益を享受し得る。これは、熱的安定のための高い磁気異方性、磁気記録ヘッドによる記録層を書込みやすくするための低いスイッチング磁場、磁性粒子または塊間で小さい相関長を維持するための、磁性粒子間での十分に低い横磁気交換結合、狭スイッチング場分布（ＳＦＤ）を維持するための、磁性粒子間の十分に高い横磁気交換結合、および熱的安定性を維持しかつＳＦＤを最小化するための、粒子間の十分に均一な磁気特性を含む。
【０００８】
面記録密度が増加するにつれ、より小さい平均径の磁性粒子を用いて、記録されるビットでの同じ値の磁性粒子数を維持できる。しかし、平均粒径が減少するにつれ、磁気記録媒体の磁気的安定性がより大きな関心事となる。
【０００９】
磁性粒子は磁気異方性エネルギによりその磁気配向を維持し、これは粒子体積（ＫuＶであって、Ｋuは単位体積当りの磁気異方性エネルギであり、Ｖは体積である）に比例する。磁気異方性エネルギは熱エネルギ変動と競合し、粒子の磁化を任意に再配向させることになる。熱エネルギ変動は磁気記録層の温度に依存する（ｋBＴ、ここでｋBはボルツマン定数であり、Ｔは温度である）。磁気異方性エネルギ対熱エネルギの比（ＫuＶ／ｋＴ）はエネルギバリアと呼ばれ、粒子の磁気的安定性の度合いを示すものであり、それぞれの粒子の体積に比例する。したがって、粒径（粒子の体積）を減少させると面密度は増加するが、単位体積当り同じ磁気異方性エネルギＫuを有する粒子については熱安定性が減少する。Ｋuは単位体積当りの磁気異方性エネルギを表わすが、以降Ｋuは簡単にするために磁気異方性エネルギと呼ぶことにする。
【００１０】
平均粒径の減少による熱的安定性の減少を克服する１つの方法は、磁性粒子の平均異方性磁場Ｈｋを増加させることである（Ｈk＝２Ｋu／Ｍs、ここでＭsは材料の飽和磁化である）。より高い磁気異方性場を有する磁性粒子は、一般により高い磁気異方性エネルギＫuを有し、より低い磁気異方性場を有する同様のサイズの粒子よりも熱的に安定している。しかし、粒子の平均磁気異方性場を増加させることは、粒子の磁気配向を変えるために用いられる磁場をも増加させ得るので、データを記録するために用いられる磁場を増加させることになる。
【００１１】
ここで記載されるのは磁気記録層用の交換結合複合（ＥＣＣ）構造であり、磁気記録層へのデータの書込を容易にしながら受入可能な値以上で磁気記録層の熱的安定性（すなわち、エネルギバリア）を維持する。一部の実施の形態において、ここに記載されるＥＣＣ構造は、他の磁気記録層と比較して、磁気記録層へのデータの書込を容易にし、かつ記録層の熱的安定性を上げる。
【００１２】
提案している一部のＥＣＣ構造では、磁気記録層は連続する段階的な材料からなる（たとえば、磁気記録層の組成は実質的に連続して変わり、別個の副層には分けられない）。このような連続する段階的ＥＣＣ構造では、磁気記録層の磁気異方性が、最も高い異方性部分からの距離の二乗に比例して減少するような（Ｈkａｌ／ｘ2；ｘは最も高い異方性部分からの距離）、組成勾配を選択することが提案されている。すなわち、磁気記録層の磁気異方性は、磁気記録層の高い異方性部分内および近くではより迅速に減少し、高い異方性部分からの距離が増加するにつれより遅く減少するべきである。これは図２に示されるように、磁気異方性対磁気記録層での位置のグラフでは凹形状をもたらす。このようなＨkａｌ／ｘ2磁気異方性勾配が提案されている例では、磁気記録層の最も高い異方性部分は、記録層の残りのより低い異方性部分の働きがなくても熱的に安定している。
【００１３】
図１に示される磁気記録媒体１８は、本開示に従うＥＣＣ記録層構造を含む。本開示に従うＥＣＣ記録層の一実施の形態の概略ブロック図は図３に示される。図３に示される磁気記録媒体１８は、基板３２、軟質下地層（ＳＵＬ）３４、第１の中間層３６、第２の中間層３８、垂直記録層４０、および保護オーバコート５４を含む。
【００１４】
基板３２は磁気記録媒体で用いるのに適するどのような材料をも含むことができ、たとえばＡｌ、ＮｉＰ被覆Ａｌ、ガラス、またはセラミックガラスを含む。
【００１５】
図２には示されていないが、一部の実施の形態において、さらなる下地層が基板３２のすぐ上にあってもよい。このさらなる下地層は非晶質であって、基板に接着性を与え、表面粗さを小さくする。
【００１６】
軟質下地層（ＳＵＬ）３４は基板３２（または、ある場合はさらなる下地層）上に形成される。ＳＵＬ３４は十分な飽和磁化（Ｍs）および低い磁気異方性場（Ｈk）を有するいずれかの軟質磁性材料であり得る。たとえば、ＳＵＬ３４はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅのような非晶質の軟質磁性材料、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＳｉＡｌもしくはＦｅＳｉＡｌＮのようなＦｅ含有合金、ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＣｒ、もしくはＣｏＺｒＮｂのようなＣｏ含有合金、またはＣｏＦｅＺｒＮｂ，ＣｏＦｅ、ＦｅＣｏＢもしくはＦｅＣｏＣのようなＣoＦｅ含有合金であり得る。
【００１７】
第１の中間層３６および第２の中間層３８を用いてＨＣＰ（六方稠密構造）結晶配向をもたらすことができ、これは第１の磁気層４２のＨＣＰ（０００２）成長を引起し、膜面に対して垂直の磁化容易軸を有する。
【００１８】
たとえばダイヤモンド状炭素のような保護オーバコート５４を、垂直記録層４０上に形成することができる。別の例として、保護オーバコート５４は水素または窒素をさらに含む非晶質の炭素層を含み得る。図３には示されていないが、一部の実施の形態において、潤滑層を保護オーバコート５４上に形成することができる。
【００１９】
垂直記録層４０は第２の中間層３８上に形成でき、第１の磁気層４２、第１の交換ブレーク層４４、第２の磁気層４６、第２の交換ブレーク層４８、第３の磁気層５０、および任意にＣＧＣ層５２を含むことができる。第１の磁気層４２は第１の磁気異方性場Ｈk1を有する。第２の磁気層４６は第２の磁気異方性場Ｈk2を有する。第３の磁気層５０は第３の磁気異方性場Ｈk3を有する。第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の磁気異方性は、記録層４０の面に対して実質的に垂直な方法で配向される（たとえば、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の磁化容易軸は、記録層４０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第１の交換ブレーク層４４を用いて、第１の磁気層４２と第２の磁気層４６との間の縦交換結合を調整することができる。第２の交換ブレーク層４８を用いて、第２の磁気層４６と第３の磁気層５０との間の縦交換結合を調整することができる。一部の例において、磁気記録層４０はさらなる交換ブレーク層および磁気層（たとえば、ｎ枚の磁気層およびｎ−１枚の交換ブレーク層）を含むことができる。
【００２０】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々は粒状であってもよく、非磁性材によって隣接する磁性粒子と実質的に分離される磁性粒子を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ合金およびＰｔ合金の薄膜層を交互に、またはＣｏ合金およびＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つにおいて粒子を分離している非磁性材は、磁性粒子を分離する酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5の酸化物を含み得る。別の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つにおいて粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００２１】
一部の例において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ−Ｐｔ合金を含んでもよい。層４２、４６および５０の磁気異方性場を制御する１つの方法は、それぞれの層のＰｔ含有量を制御することである。たとえば、より大きいＰｔ含有量を有する磁気層は、より低いＰｔ含有量を含む磁気層よりも高い磁気異方性場を有し得る。一部の例において、高い磁気異方性場の層は約１８ａｔ．％を超えるＰｔを含み得る。本開示の一部の例に従い、Ｈk勾配は第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０のＰｔ含有量によって規定され得る。すなわち、一部の例においてＰｔ1−Ｐｔ2＜Ｐｔ2−Ｐｔ3であり、Ｐｔ1は第１の磁気層４２のＰｔ含有量、Ｐｔ２は第２の磁気層４６のＰｔ含有量、Ｐｔ３は第３の磁気層５０のＰｔ含有量である。一部の実施の形態においてＰｔ1は約１８ａｔ．％および約２２ａｔ．％の間にあり、Ｐｔ２は約１４ａｔ．％および約１８ａｔ．％の間にあり、Ｐｔ３は約１４ａｔ．％未満であり、Ｐｔ1−Ｐｔ2＜Ｐｔ2−Ｐｔ3である。
【００２２】
第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の各々は相対的に低い飽和磁化（Ｍs）の材料を含む。たとえば、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の少なくとも一方はＣｏxＲｕ1-x合金を含み得る。別の例として、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の少なくとも一方は、ルチウムを含むまたは本質的にルチウムからなる。ここで用いられる「本質的に〜からなる」は、層がその指定された材料からなるが、その指定された材料で生成された不純物、または隣接する層からその層に拡散された他の素子もしくは材料をも含み得ることを意味する。第１の交換ブレーク層４４または第２の交換ブレーク層４８がＣｏxＲｕ1-x合金を含む例では、ブレーク層４４または４８は約３ｎｍ未満の厚さを有し得る。第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８が本質的にＲｕからなる例では、ブレーク層４４または４８はより薄く、たとえば約３Å未満であり得る。
【００２３】
ＲｕまたはＣｏxＲｕ1-x合金に加えて、第１の交換ブレーク層４４および／または第２の交換ブレーク層４８は非磁性酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＣｏＯ2，Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を任意に含むことができる。この非磁性酸化物は、後で行なわれる第１の交換ブレーク層４４上の粒状の第２の磁気層４４の生成、または第２の交換ブレーク層４８上の粒状の第３の磁気層５０の生成を促進させる役割を果たし得る。一部の実施の形態において、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８は実質的に同様の組成を含むことができるが、別の実施の形態では、異なる組成を含み得る。
【００２４】
磁気記録層４０はさらにＣＧＣ層５２を任意に含むことができる。ＣＧＣ層５２は、たとえばＣｏＣｒＰｔＢ合金を含み得る。一部の実施の形態において、このＣｏＣｒＰｔＢ合金は金属または希土類元素、たとえばＲｕ、ＷまたはＮｂでドーピングされてもよい。一部の実施の形態において、ＣＧＣ層５２は酸化物、たとえばＳｉＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＷＯx、ＮｂＯx、ＣｒＯx、ＣｏＯxを少量含んでもよい。別の実施の形態において、ＣＧＣ層５２は酸化物を含まない（たとえば、どの酸化物をも含まない）。
【００２５】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の特定の組成は、それぞれの層４２、４６、５０の各々に対して所定の磁気異方性場Ｈkを与えるよう選択され得る。特に、第１の磁気層４２の組成は第１の磁気異方性場Ｈk1を与えるよう選択することができる。第２の磁気層４６の組成は第２の磁気異方性場Ｈk２を与えるよう選択することができる。第３の磁気層５０の組成は第３の磁気異方性場Ｈk３を与えるよう選択することができる。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２であり得る最も硬い磁気層の磁気異方性場は、約３０ｋＯｅに限定され得る（たとえば、Ｃｏ合金で形成されている場合）。このため、磁気記録層４０の平均粒径が十分に小さい場合、最も硬い磁気層は十分に安定しないかも知れない。これを解消するために、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の平均異方性を相対的に高くして、３つの磁気層４２、４６および５０の少なくとも２つが、磁気記録層４０の磁気配向について熱的安定性をもたらすよう働くようにする。
【００２６】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０に対して相対的に高い平均磁気異方性場を達成しながらＥＣＣ構造によって与えられる利点をも得る１つの方法は、Ｈk1およびＨk2の差（すなわち、Ｈk1−Ｈk2）がＨk2およびＨk3の差（すなわち、Ｈk３−Ｈk３）よりも小さいよう、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の組成を選択することである。すなわち、磁気記録層４０の個々の層４２、４６および５０の磁気異方性は、第１の磁気層４２の近くではより遅く減少、または増加し、第１の磁気層４２からの距離が大きくなるにつれより速く減少する。磁気記録層４０におけるこのような磁気異方性場の分布は、凸状磁気異方性場分布と呼ぶ。凸状磁気異方性場分布は、磁気記録層４０の磁気配向の熱的安定性および記録層４０の書込容易性を与え得る。一部の例において、凸状磁気異方性分布は、相対的に高い磁気異方性場の材料からなる磁気記録層４０のより大きい割合をもたらし得る。
【００２７】
Ｈk1、Ｈk2およびＨk3の特定の値は、たとえば、データを磁気記録層４０に書込むのに用いられる記録ヘッド、それぞれの層４２、４６および５０における個々の粒子の大きさ、他の２層のそれぞれの磁気異方性場、それぞれの層の厚さ、それぞれの層の飽和磁化などに依存し得る。一部の実施の形態において、それぞれの層４２、４６および５０のＨk値の範囲は、各層４２、４６および５０のＫuＶ磁気異方性エネルギの働きによって影響され得る。たとえば、より低いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２は、より高いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２よりも書込みやすい（すなわち、より低いＫuＶの値を有する層４２における粒子の磁気配向をスイッチングするのにより低い磁場が与えられてもよい）。したがって、より低いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２は、ＥＣＣによる書込処理を駆動させるのに、より低いＨk2値を有する第２の磁気層４６およびより低いＨk3を有する第３の磁気層３０を用いることができる。しかし、より低いＫuＶ値は、全体として、垂直磁気層４０の熱的安定性を維持するために、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０からより大きい磁気異方性エネルギ寄与（ＫuＶ）を使用し得る。所与のＨk値を有するある層、たとえば第２の磁気層４６では、ＫuＶ異方性エネルギ寄与は、材料の飽和磁化Ｍsを変更することによって影響され得る、すなわち、ＫuＶ＝２ＨkＶ／Ｍsである。さらに、または代替的に、有効量Ｖは、磁気層内の粒子間での横磁気交換を変更することによって変えることができ、これは有効磁気クラスタサイズ（実質的に同様の条件下で磁気配向を変える粒子のクラスタ）を変え得る。
【００２８】
Ｈk1、Ｈk2、Ｈk3のとり得る値の範囲は、簡潔にするために個々で規定することもできるが、互いに組合せて規定された場合、よりよく理解され得る。なぜなら、Ｈk1、Ｈk2、Ｈk3間の差は、所定の磁気記録層構造を規定する１つの方法だからである。他の層のＨk値に関連せずに単独で考慮されると、Ｈk1は約１６ｋＯｅ、一部の実施の形態では約２４である。別の実施の形態において、Ｈk1は約２４ｋＯｅまたは１６ｋＯｅ未満である。Ｈk1の例示的値は、約２０ｋＯｅまたは約２４ｋＯｅを含み得る。
【００２９】
一部の実施の形態において、Ｈk2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、別の実施の形態においてＨk2は２４ｋＯｅよりも大きくまたは１２ｋＯｅｋよりも小さい。Ｈk2の例示的値は約１２ｋＯｅおよび約１５ｋＯｅの間、約１６ｋＯｅ、約１９ｋＯｅ、または約２４ｋＯｅをとり得る。
【００３０】
一部の実施の形態においてＨk3は約１５ｋＯｅよりも小さく、他の実施の形態では、Ｈk3は１５ｋＯｅを超える。Ｈk3の例示的値は、約３ｋＯｅおよび約９ｋＯｅの間、約９ｋＯｅ、約６ｋＯｅ、または約１ｋＯｅである。
【００３１】
一部の実施の形態において共に考慮されると、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3がＨk1−Ｈk2＜Ｈk2−Ｈk3の関係を満たすよう、Ｈk1は約１６ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk２は約１２ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk３はＨk２未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅから約２２ｋＯｅの間であり、Ｈk２は約１７ｋＯｅから約２０ｋＯｅの間であり、Ｈk３は約９ｋＯｅから約１４ｋＯｅの間であり得る。他の実施の形態において、層１のＰｔ濃度は約１８〜１２ａｔ％である。層２のＰｔ濃度は約１４〜１８ａｔ％であり、層３のＰｔ濃度は約１４ａｔ％よりも小さく、Ｈk2は約１７−２０ｋＯｅであり、Ｈk3は約９−１４ｋＯｅである。
【００３２】
一部の実施の形態において、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3間の関係は、さらにＨk2およびＨk1の間の比率、および／またはＨk3およびＨk2の間の比率によって規定される。たとえば、Ｈk2／Ｈk１の比はＨk３／Ｈk2の比よりも大きい。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．６より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．６未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．７より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．７未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．９より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．９未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約１．０より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約１．０未満であり得る。一実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１の比は約１．２である。
【００３３】
一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１の値と無関係に、Ｈk3／Ｈk2は約０．６未満である。一部の実施の形態において、Ｈk3／Ｈk2は約０．１未満である。
【００３４】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の飽和磁化は同じまたは異なってもよい。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の飽和磁化Ｍsは約３５０ｅｍｕ／ｃｍ3および約７００ｅｍｕ／ｃｍ3の間にある。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つの飽和磁化は約４５０ｅｍｕ／ｃｍ3から約７００ｅｍｕ／ｃｍ3の間にある。たとえば、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つの飽和磁化は約５５０ｅｍｕ／ｃｍ3である。
【００３５】
第１の磁気層４２の厚さは約５ｎｍおよび約１０ｎｍの間にある。第２の磁気層４６の厚さは約３ｎｍおよび約７ｎｍの間にある。第３の磁気層５０の厚さは約１０未満である。上記のように、それぞれの磁気層４２、４６および５０の厚さは、それぞれの層４２、４６および５０のＨk値および／またはＭsの選択に影響し得る。ある実施の形態において、第２の磁気層４６の厚さは約４ｎｍ未満であり、Ｈk１／Ｈk２は約０．８より大きく、Ｈk２／Ｈk３は約０．８未満である。
【００３６】
図４Ａ−図４Ｅは第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の磁気異方性場構成の例を示す図である。図４Ａ−図４Ｅは磁気記録層４０の構成の例を示し、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の組成は、差Ｈk1−Ｈk2が差Ｈk2−Ｈk3よりも小さいよう選択される。上記のように、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3間の関係は、さらに第１の比Ｈk２／Ｈk１および／または第２の比Ｈk３／Ｈk２によってさらに規定される。
【００３７】
たとえば、図４Ａは、Ｈk1−Ｈk2がＨk2−Ｈk3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈk２／Ｈk１は約０．６よりも大きく、一部の実施の形態において約０．９よりも大きい。図４Ａに示される磁気記録層４０の構成の比Ｈk３／Ｈk２は、約０．６未満であり、０．１よりも小さくてもよい。たとえば、Ｈk1は約１６ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk３は約１５ｋＯｅ未満である。一実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅであり、Ｈk2は約１６ｋＯｅであり、Ｈk３は約９ｋＯｅである。別の実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅであり、Ｈk2は約１９ｋＯｅであり、Ｈk３は約６ｋＯｅである。さらなる実施の形態において、Ｈk1は約２４ｋＯｅであり、Ｈk2は約１６ｋＯｅであり、Ｈk３は約１ｋＯｅである。
【００３８】
別の実施の形態として、図４Ｂは、Ｈk1−Ｈk2がＨk2−Ｈk3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈk1−Ｈk2は０よりも小さく、Ｈk２／Ｈk１は約１．０より大きい、たとえば約１．２である。図４Ｂに示される実施の形態では、比Ｈk３／Ｈk２は約０．６未満であり、一部の実施の形態では約０．１未満である。一実施の形態では、Ｈk1は約２０ｋＯｅ、Ｈk2は約２４ｋＯｅ、Ｈk３は約１ｋＯｅである。
【００３９】
図４Ｃ−図４Ｅは、第３の磁気層５２上に形成されるＣＧＣ層５２を含む磁気記録層４０の実施の形態を示す。ＣＧＣ層５２が直接第３の磁気層５０上に形成される実施の形態では、第２の磁気層４６および第１の磁気層４２に対する第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２のＥＣＣ効果のために、ＣＧＣ層５２および第３の磁気層５０は単一の複合層として働く。すなわち、厚さ重み付きの平均磁気異方性場Ｈk34は、Ｈk3の厚さ重み付きの平均とＣＧＣ層５２の磁気異方性場Ｈk4とによって概算することができる。複合層（第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２）は、磁気異方性エネルギＫuＶの寄与のために共に考慮することができ、複合層のＫuＶの計算は、第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２の結合された厚さおよび磁気モーメントに基づいて行なうことができる。第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２を含む複合層は、磁気異方性場Ｈk34を有する単一の層と実質的に同様に、ＥＣＣ効果を第２の磁気層４６および第１の磁気層４２に与えることができる。ＣＧＣ層５２内の粒子間の横交換結合は、同じＨkを有するが横交換結合がより低い層と比べて、ＣＧＣ層５２内の粒子の磁気配向をスイッチングするのに用いられる印加磁場を減少させ得る。したがって、一部の実施の形態において、有効Ｈk34はＨk3およびＨk4の厚さ重み付きの平均よりも低くてもよい。したがって、一部の実施の形態において、凸状磁気異方性勾配を規定するのに、Ｈk4ではなく、Ｈk3のみが考慮される。
【００４０】
一部の実施の形態において、図４Ｃおよび図４Ｄで示されるように、ＣＧＣ層５２はＨk３よりも小さいまたは実質的に等しい磁気異方性場Ｈk4を含み得る。一部の実施の形態において、図４Ｃに示されるように、ＣＧＣ層５２と第３の磁気層５０との間の磁気異方性場の差Ｈk4−Ｈk3は、差Ｈk3−Ｈk2よりも大きくてもよい。すなわち、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延び得る。
【００４１】
別の実施の形態において、図４Ｄに示されるように、Ｈk4−Ｈk3は差Ｈk３−Ｈk２よりも大きくない。このような実施の形態において、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延在するのではなく、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０を通って実質的に延在し得る。
【００４２】
別の実施の形態において、図４Ｅに示されるように、ＣＧＣ層５２はある磁気異方性場Ｈk4を有し、これはＨk3よりも大きい。Ｈk4−Ｈk3が差Ｈk3−Ｈk2よりも大きくない実施の形態と同様に、Ｈk4がＨk3よりも大きい場合、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延在するのではなく、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０を通って実質的に延在する。
【００４３】
上記の実施の形態は３つの磁気層を含み、任意にＣＧＣ層を含む磁気記録層に向けられているが、一部の実施の形態において、磁気記録層は４枚以上の磁気層を含んでもよい。一般に、凸状磁気異方性勾配を含む磁気記録層の概念は、任意の数の磁気層に適応することができる。たとえば、図５Ａに示されるように、磁気記録層６０は２ｎ−ｌ層を含むことができ、これはｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含み、ｎは３以上の整数である。さらに、かつ任意に、磁気記録層６１は図５Ｂに示されるように、磁気層ｎ上に形成されるＣＧＣ層７１を含むことができる。特に、図５Ａは相対的に高い磁気異方性場をもたらす組成を有する粒状磁気層であり得る第１の磁気層６２を示す。第１の磁気層６２の磁気異方性場は、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される（すなわち、第１の磁気層６２の粒子の磁化容易軸は、記録層６０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第１の磁気層６２はＣｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２は、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２は、Ｃｏ合金およびＰｔ合金またはＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２の粒子を分離する非磁性材は、酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を含み得る。別の実施の形態において、第１の磁気層６２の粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００４４】
第１の交換ブレーク層６４は第１の磁気層６２上に形成される。第１の交換ブレーク層４２はＣＯxＲｕ1-x合金を含み得る。別の実施の形態として、第１の交換ブレーク層６４はルチウムを含む、または本質的にルチウムからなることができる。第１の交換ブレーク層６４がＣｏxＲｕ1-x合金を含む例では、ブレーク層６４は約３ｎｍ未満の厚さを有し得る。第１の交換ブレーク層６４が本質的にＲｕからなる例では、ブレーク層６４はより薄く、たとえば約３Å未満であり得る。
【００４５】
第２の磁気層６６は第１の交換ブレーク層６４上に形成され、相対的に高い磁気異方性場をもたらす組成の粒状磁気層であり得る。上記のように、第２の磁気層６６は第１の磁気層６２の磁化異方性よりも小さい、または実質的に等しい、または大きい磁気異方性を有し得る。第２の磁気層６６の磁気異方性は、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される（すなわち第２の磁気層６６の粒子の容易軸は、記録層６０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第２の磁気層６６はＣｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６は、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６は、Ｃｏ合金およびＰｔ合金またはＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６の粒子を分離する非磁性材は、酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を含み得る。別の実施の形態において、第２の磁気層６６の粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００４６】
磁気層６０は、交互のパターンをなす任意の数の磁気層および交換ブレーク層を含むことができる。各後続の磁気層は、磁気記録層６０がその複数の磁気層間で凸状磁気異方性場勾配を含むよう、組成が選択される。すなわち、それぞれの磁気層の組成は、Ｈk（ｎ−２）−Ｈk（ｎ−１）がＨk（ｎ−１）−Ｈk（ｎ）よりも小さいよう選択され、Ｈkiは層ｉの磁気異方性場である。たとえば、第１の磁気層６２、第２の磁気層６６および第３の磁気層（図示されていない）の組成は、Ｈk１−Ｈk２がＨk２−Ｈk３よりも小さいよう選択される。交換ブレーク層ｎ−１ ６８は磁気層ｎ−１上に形成される（図示されていない）。交換ブレーク層ｎ−１ ６８はルチウムまたはルチウム合金を含み、第１の交換ブレーク層６４に対して同様の組成または異なる組成を含み得る。一部の実施の形態において、交換ブレーク層ｎ−１ ６８は本質的にルチウムからなる、またはルチウムを含み、別の実施の形態において、交換ブレーク層ｎ−１ ６８はルチウム合金、たとえばＣＯｘＲu1-xを含み得る。ＲｕまたはＣＯｘＲu1-xに加えて、交換ブレーク層ｎ−１ ６８は非磁気酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、またはＴａ2Ｏ5を含み得る。
【００４７】
磁気層ｎ ７０は交換ブレーク層ｎ−１ ６８上に形成され、一部の実施の形態においては、相対的に低い磁気異方性、たとえば記録層６０の他の磁気層の磁気異方性よりも低い磁気異方性を有する粒状磁気層であり得る。磁気層ｎは、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される磁気異方性場を有する。磁気層ｎ ７０は、たとえばＣｏ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み、たとえば上記のＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、またはＴａ2Ｏ5の非磁性酸化物を含んでも、含ななくてもよい。磁気層ｎ ７０の組成は、第１の磁気層６２および／または第２の磁気層６６の組成と異なり、それにより磁気層ｎ ７０の磁気異方性場は、磁気記録層６０の他の磁気層の磁気異方性場とともに、凸状磁場勾配をもたらす。たとえば、磁気層ｎ ７０は第１の磁気層６２および／または第２の磁気層６６と同様の組成を含み得るが、その割合は異なり得る。
【００４８】
一部の実施の形態において、ＣＧＣ層７１（図５Ｂに示される）は、図３を参照して説明したＣＧＣ層５２と同様であってもよい。
【００４９】
垂直磁気記録層を形成する方法は図６に示される。この方法は、磁気異方性場Ｈk2を有する第１の磁気層を形成し（７２）、第１の磁気層上に第１の交換ブレーク層を形成し（７４）、第１の交換ブレーク層上に第２の磁気層を形成する（７６）。第２の磁気層は、第２の磁気異方性場Ｈk2を有する。一部の実施の形態において、本方法はさらに第２の磁気層上に第２の交換ブレーク層を形成し（７８）、第２の交換ブレーク層上に第３の磁気層を形成する（８０）ことを含む。第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk3を有する。一部の実施の形態において、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい。
【００５０】
ここに記載される磁気記録層は磁気層とブレーク層とを交互に有するが、一部の実施の形態において、磁気記録層は各隣接する磁気層対間にブレーク層を含まなくてもよい。たとえば、磁気記録層は、互いにすぐ隣接して形成される第２の磁気層４６および第３の磁気層５０（図３）を含むが、その間に介在する第２のブレーク層４８はない。この概念は他の磁気層の対にも、たとえば第１の磁気層４２および第２の磁気層４６に拡張することができる。さらに、４枚以上の磁気層を含む実施の形態（たとえば、図５Ａおよび図５Ｂを参照して記載されている実施の形態）では、磁気記録層６０は２ｎ−ｌ枚の層を有することができ、ｎの磁気層およびｎ−１の磁気層を有する。このような実施の形態において、一部の隣接する磁気層対は介在するブレーク層を含み、他の隣接する磁気層対は介在するブレーク層を含まない。
【００５１】
上記は磁気記録媒体を含む装置に主に立脚しているが、ここに記載される磁気層構造は他でも応用することができる。たとえば、ここに記載される磁気層構造は、磁気センサまたは磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に用いることができる。
【００５２】
実施例
以下の実施例は開示の実施の形態を示すものであるが、本開示の範囲を限定するものではない。実施例は理想的な磁気層を用いた理論的計算に基づいている。各々の磁気層は同じＭsおよびＨexの値を有する。実施例の磁気記録層はＣＧＣ層を含んでいない。以下の実施例において、パラメータは以下のように定義されている。式１は層ｉの有効磁気厚さΔiを定義する。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここでＭsiは層ｉの飽和磁化であり、δiは層ｉの厚さであり、Ｍs1は層１（すなわち、第１の磁気層）の飽和磁化であり、δ1は層１の厚さである。
【００５５】
式２は層ｉの有効異方性ｋiを定義する。
【００５６】
【数２】
【００５７】
ここでＭsiは層ｉの飽和磁化であり、ＨAiは層ｉの磁気保磁力であり、δiは層ｉの厚さであり、Ｍs1は層１の飽和磁化であり、ＨA1は層１の磁気保磁力であり、δ1は層１の厚さである。
【００５８】
式３は層ｉおよび層ｊ間の有効結合χｉｊを定義する：
【００５９】
【数３】
【００６０】
ここでＪijは層ｉと層ｊとの間の量子機械結合であり、Ｋ1は層１の磁気異方性エネルギであり、δ1は層１の厚さである。
【００６１】
以下の実施例において、特定のパラメータは固定されている。たとえば、Δ2＝Δ3＝０．５Δ1。すなわち、層２および層３の有効厚さは等しく設定され、その各々は層１の有効厚さの半分である。
【００６２】
以下の実施例１−３を検討するに当り、コヒーレントにスイッチングされる３層磁気記録層と比較され、これら３つの磁気層はＨA1、ＨA2＝０．７５ＨA1およびＨA３＝０．５ＨA1の磁気異方性を有する。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1の平均磁気異方性＜ＨA＞をもたらした。実施例を行なうに当り、＜ＨA＞は一定に保たれ、κ2の値が選択され、これにより、κ3値が設定される。χ12およびχ23は自由パラメータである。
【００６３】
実施例１
図６Ａおよび図６Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が９ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は４ｋＯｅであり、これは７ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．８であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．５６２５）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．４、κ3＝０．２２５である。
【００６４】
実施例１の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝０．８ＨA1＝１６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．４５ＨA1＝９ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの有効厚さ重み付きの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００６５】
実施例１の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値（磁気記録層の有効保磁力；磁気記録層の配向が切換わった適用磁場に等しく、第１の磁気層の保磁力によって正規化される）は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、円８２の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図６Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円８４によって示されるように約０．７３である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約１１％減少した正規Ｈswをもたらした。すなわち、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有する。
【００６６】
実施例２
図７Ａおよび図７Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１９ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が６ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は１ｋＯｅであり、これは１３ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．９５であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．３１５８）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．４７５、κ3＝０．１５である。
【００６７】
実施例２の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝０．９５ＨA1＝１９ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．３ＨA1＝６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００６８】
実施例２の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、円８６の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図７Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円８８によって示されるように約０．６８である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約２０％減少した正規Ｈswをもたらした。ここでも、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有する。
【００６９】
実施例３
図８Ａおよび図８Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が２４ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が１ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は−４ｋＯｅであり、これは２３ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は１．２であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．０４１７）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．６、κ3＝０．０２５である。
【００７０】
実施例３の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝１．２ＨA1＝２４ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．０５ＨA1＝１ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００７１】
実施例１の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値（磁気記録層の有効保磁力；磁気記録層の配向が切換わった適用磁場に等しく、第１の磁気層の保磁力によって正規化される）は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、円９０の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図８Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円９２によって示されるように約０．５５である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約４８％減少した正規Ｈswをもたらした。ここでも、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有することを示す。
実施例４
図９Ａおよび図９Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２４ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が１ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は４ｋＯｅであり、これは１５ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．６６７であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．０６２５）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝１／３、κ3＝１／４８である。
【００７２】
実施例４の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２４ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝（２／３）ＨA1＝１６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝（１／２４）ＨA1＝１ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．６７７ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．３５４のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００７３】
実施例４の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．３５４）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、円９４の近似座標はχ12＝０．３５およびχ23＝０．４である。図９Ａを参照すると、χ12＝０．３５およびχ23＝０．４での正規化Ｈsw値は、円９６によって示されるように約０．４２である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．６７７と比較すると、実施例４の磁気異方性勾配は、約６１％減少した正規Ｈswをもたらした。これは、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有することを示す。
【００７４】
本開示のさまざまな実施の形態が記載された。上記の実施および他の実施は、添付の請求項の範囲内にある。
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
技術分野
本発明は磁気層および交換ブレーク層を含む装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
【図１】ハードディスクドライブの概略図である。
【図２】連続する段階的組成を含む磁気記録層における磁気異方性対硬質層からの距離のグラフ図である。
【図３】第１の磁気層、第１の交換ブレーク層、第２の磁気層、第２の交換ブレーク層および第３の磁気層を有する記録層を含む記録媒体スタックの一例を示す概略ブロック図である。
【図４Ａ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｂ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｃ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｄ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図４Ｅ】本開示に従う複数の記録層における磁気異方性対磁気層の例示的グラフ図である。
【図５Ａ】ｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含む磁気記録層の一例を示す概略ブロック図である。
【図５Ｂ】ｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含む磁気記録層の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】磁気記録層を形成するための技術の一例を示すフロー図である。
【図７Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図７Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図８Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図８Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図９Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図９Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【図１０Ａ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのスイッチング保磁力等高線図である。
【図１０Ｂ】本開示に従い構成された磁気記録層の一例についてのエネルギバリア減少等高線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００３】
詳細な説明
図１は本開示の一局面に従う、磁気記録媒体を含む磁気ディスクドライブ１０の一例を示す。ディスクドライブ１０はベース１２と、一部が切取られて示されるトップカバー１４とを含む。ベース１２はトップカバー１４と結合して、ディスクドライブ１０のハウジング１６を形成する。ディスクドライブ１０はさらに１つ以上の回転可能磁気記録媒体１８を含む。磁気記録媒体１８はスピンドル１４に接続され、中央軸を中心として媒体１８を回転させるよう動作する。磁気記録および読取ヘッド２２は、磁気記録媒体１８に隣接している。アクチュエータアーム２０は磁気記録および読取ヘッド２２を磁気記録媒体１８と通信するよう運ぶ。
【０００４】
磁気記録媒体１８は、磁気記録層において磁気的に配向されるビットとして情報を記憶する。磁気読出／書込ヘッド２２は、磁気記録媒体１８上の磁気記録層の個々のドメインを磁化するのに十分な磁場を生成する記録（書込）ヘッドを含む。磁気記録層のドメインのパターンはデータのビットを表わし、磁化配向の変化は１を表わす。０は、ビット長の約２倍の一定磁化を含む領域によって表わされる。磁気記録および書込ヘッド２２はさらに読出ヘッドを含み、読出ヘッドは磁気記録層の個々の磁気ドメインの磁場を検出することができる。
【０００５】
垂直磁気記録媒体は、磁気記録層において垂直磁気異方性場（Ｈk）を有し、磁気記録層の面に対して実質的に垂直な方向で形成される磁化を有する磁気記録媒体１８である。垂直磁気記録媒体は磁気記録システムで用いることができる。垂直磁気記録媒体は、多結晶ＣｏＣｒまたはＣｏＰｔ酸化物含有磁気記録層で製造され得る。多結晶磁気記録層におけるＣｏリッチな領域は強磁性であるのに対して、Ｃｒまたは酸化物がリッチな領域は、多結晶磁気記録層において近接する粒界を形成し、非磁性である。隣接する強磁性粒子間の横方向の磁気交換結合は、粒子間の非磁性領域によって減衰される。
【０００６】
ディスクドライブ１０のような磁気データ記憶装置での進歩は、主に装置の記憶容量の増加による、すなわち磁気記録媒体１８の面記録密度（平方インチ当りのギガビット（Ｇｂ／ｉｎ2）によって表わされる）による。より小さい平均粒径の磁気記録媒体１８は、磁気記録媒体の面記録密度を増加させ得る。
【０００７】
高密度垂直磁気記録媒体は、磁気記録層におけるいくつかの磁気特性のバランスによって利益を享受し得る。これは、熱的安定のための高い磁気異方性、磁気記録ヘッドによる記録層を書込みやすくするための低いスイッチング磁場、磁性粒子または塊間で小さい相関長を維持するための、磁性粒子間での十分に低い横磁気交換結合、狭スイッチング場分布（ＳＦＤ）を維持するための、磁性粒子間の十分に高い横磁気交換結合、および熱的安定性を維持しかつＳＦＤを最小化するための、粒子間の十分に均一な磁気特性を含む。
【０００８】
面記録密度が増加するにつれ、より小さい平均径の磁性粒子を用いて、記録されるビットでの同じ値の磁性粒子数を維持できる。しかし、平均粒径が減少するにつれ、磁気記録媒体の磁気的安定性がより大きな関心事となる。
【０００９】
磁性粒子は磁気異方性エネルギによりその磁気配向を維持し、これは粒子体積（ＫuＶであって、Ｋuは単位体積当りの磁気異方性エネルギであり、Ｖは体積である）に比例する。磁気異方性エネルギは熱エネルギ変動と競合し、粒子の磁化を任意に再配向させることになる。熱エネルギ変動は磁気記録層の温度に依存する（ｋBＴ、ここでｋBはボルツマン定数であり、Ｔは温度である）。磁気異方性エネルギ対熱エネルギの比（ＫuＶ／ｋＴ）はエネルギバリアと呼ばれ、粒子の磁気的安定性の度合いを示すものであり、それぞれの粒子の体積に比例する。したがって、粒径（粒子の体積）を減少させると面密度は増加するが、単位体積当り同じ磁気異方性エネルギＫuを有する粒子については熱安定性が減少する。Ｋuは単位体積当りの磁気異方性エネルギを表わすが、以降Ｋuは簡単にするために磁気異方性エネルギと呼ぶことにする。
【００１０】
平均粒径の減少による熱的安定性の減少を克服する１つの方法は、磁性粒子の平均異方性磁場Ｈｋを増加させることである（Ｈk＝２Ｋu／Ｍs、ここでＭsは材料の飽和磁化である）。より高い磁気異方性場を有する磁性粒子は、一般により高い磁気異方性エネルギＫuを有し、より低い磁気異方性場を有する同様のサイズの粒子よりも熱的に安定している。しかし、粒子の平均磁気異方性場を増加させることは、粒子の磁気配向を変えるために用いられる磁場をも増加させ得るので、データを記録するために用いられる磁場を増加させることになる。
【００１１】
ここで記載されるのは磁気記録層用の交換結合複合（ＥＣＣ）構造であり、磁気記録層へのデータの書込を容易にしながら受入可能な値以上で磁気記録層の熱的安定性（すなわち、エネルギバリア）を維持する。一部の実施の形態において、ここに記載されるＥＣＣ構造は、他の磁気記録層と比較して、磁気記録層へのデータの書込を容易にし、かつ記録層の熱的安定性を上げる。
【００１２】
提案している一部のＥＣＣ構造では、磁気記録層は連続する段階的な材料からなる（たとえば、磁気記録層の組成は実質的に連続して変わり、別個の副層には分けられない）。このような連続する段階的ＥＣＣ構造では、磁気記録層の磁気異方性が、最も高い異方性部分からの距離の二乗に比例して減少するような（Ｈkａｌ／ｘ2；ｘは最も高い異方性部分からの距離）、組成勾配を選択することが提案されている。すなわち、磁気記録層の磁気異方性は、磁気記録層の高い異方性部分内および近くではより迅速に減少し、高い異方性部分からの距離が増加するにつれより遅く減少するべきである。これは図２に示されるように、磁気異方性対磁気記録層での位置のグラフでは凹形状をもたらす。このようなＨkａｌ／ｘ2磁気異方性勾配が提案されている例では、磁気記録層の最も高い異方性部分は、記録層の残りのより低い異方性部分の働きがなくても熱的に安定している。
【００１３】
図１に示される磁気記録媒体１８は、本開示に従うＥＣＣ記録層構造を含む。本開示に従うＥＣＣ記録層の一実施の形態の概略ブロック図は図３に示される。図３に示される磁気記録媒体１８は、基板３２、軟質下地層（ＳＵＬ）３４、第１の中間層３６、第２の中間層３８、垂直記録層４０、および保護オーバコート５４を含む。
【００１４】
基板３２は磁気記録媒体で用いるのに適するどのような材料をも含むことができ、たとえばＡｌ、ＮｉＰ被覆Ａｌ、ガラス、またはセラミックガラスを含む。
【００１５】
図２には示されていないが、一部の実施の形態において、さらなる下地層が基板３２のすぐ上にあってもよい。このさらなる下地層は非晶質であって、基板に接着性を与え、表面粗さを小さくする。
【００１６】
軟質下地層（ＳＵＬ）３４は基板３２（または、ある場合はさらなる下地層）上に形成される。ＳＵＬ３４は十分な飽和磁化（Ｍs）および低い磁気異方性場（Ｈk）を有するいずれかの軟質磁性材料であり得る。たとえば、ＳＵＬ３４はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅのような非晶質の軟質磁性材料、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＳｉＡｌもしくはＦｅＳｉＡｌＮのようなＦｅ含有合金、ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＣｒ、もしくはＣｏＺｒＮｂのようなＣｏ含有合金、またはＣｏＦｅＺｒＮｂ，ＣｏＦｅ、ＦｅＣｏＢもしくはＦｅＣｏＣのようなＣoＦｅ含有合金であり得る。
【００１７】
第１の中間層３６および第２の中間層３８を用いてＨＣＰ（六方稠密構造）結晶配向をもたらすことができ、これは第１の磁気層４２のＨＣＰ（０００２）成長を引起し、膜面に対して垂直の磁化容易軸を有する。
【００１８】
たとえばダイヤモンド状炭素のような保護オーバコート５４を、垂直記録層４０上に形成することができる。別の例として、保護オーバコート５４は水素または窒素をさらに含む非晶質の炭素層を含み得る。図３には示されていないが、一部の実施の形態において、潤滑層を保護オーバコート５４上に形成することができる。
【００１９】
垂直記録層４０は第２の中間層３８上に形成でき、第１の磁気層４２、第１の交換ブレーク層４４、第２の磁気層４６、第２の交換ブレーク層４８、第３の磁気層５０、および任意にＣＧＣ層５２を含むことができる。第１の磁気層４２は第１の磁気異方性場Ｈk1を有する。第２の磁気層４６は第２の磁気異方性場Ｈk2を有する。第３の磁気層５０は第３の磁気異方性場Ｈk3を有する。第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の磁気異方性は、記録層４０の面に対して実質的に垂直な方法で配向される（たとえば、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の磁化容易軸は、記録層４０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第１の交換ブレーク層４４を用いて、第１の磁気層４２と第２の磁気層４６との間の縦交換結合を調整することができる。第２の交換ブレーク層４８を用いて、第２の磁気層４６と第３の磁気層５０との間の縦交換結合を調整することができる。一部の例において、磁気記録層４０はさらなる交換ブレーク層および磁気層（たとえば、ｎ枚の磁気層およびｎ−１枚の交換ブレーク層）を含むことができる。
【００２０】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々は粒状であってもよく、非磁性材によって隣接する磁性粒子と実質的に分離される磁性粒子を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ合金およびＰｔ合金の薄膜層を交互に、またはＣｏ合金およびＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つにおいて粒子を分離している非磁性材は、磁性粒子を分離する酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5の酸化物を含み得る。別の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つにおいて粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００２１】
一部の例において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つは、Ｃｏ−Ｐｔ合金を含んでもよい。層４２、４６および５０の磁気異方性場を制御する１つの方法は、それぞれの層のＰｔ含有量を制御することである。たとえば、より大きいＰｔ含有量を有する磁気層は、より低いＰｔ含有量を含む磁気層よりも高い磁気異方性場を有し得る。一部の例において、高い磁気異方性場の層は約１８ａｔ．％を超えるＰｔを含み得る。本開示の一部の例に従い、Ｈk勾配は第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０のＰｔ含有量によって規定され得る。すなわち、一部の例においてＰｔ1−Ｐｔ2＜Ｐｔ2−Ｐｔ3であり、Ｐｔ1は第１の磁気層４２のＰｔ含有量、Ｐｔ２は第２の磁気層４６のＰｔ含有量、Ｐｔ３は第３の磁気層５０のＰｔ含有量である。一部の実施の形態においてＰｔ1は約１８ａｔ．％および約２２ａｔ．％の間にあり、Ｐｔ２は約１４ａｔ．％および約１８ａｔ．％の間にあり、Ｐｔ３は約１４ａｔ．％未満であり、Ｐｔ1−Ｐｔ2＜Ｐｔ2−Ｐｔ3である。
【００２２】
第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の各々は相対的に低い飽和磁化（Ｍs）の材料を含む。たとえば、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の少なくとも一方はＣｏxＲｕ1-x合金を含み得る。別の例として、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８の少なくとも一方は、ルチウムを含むまたは本質的にルチウムからなる。ここで用いられる「本質的に〜からなる」は、層がその指定された材料からなるが、その指定された材料で生成された不純物、または隣接する層からその層に拡散された他の素子もしくは材料をも含み得ることを意味する。第１の交換ブレーク層４４または第２の交換ブレーク層４８がＣｏxＲｕ1-x合金を含む例では、ブレーク層４４または４８は約３ｎｍ未満の厚さを有し得る。第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８が本質的にＲｕからなる例では、ブレーク層４４または４８はより薄く、たとえば約３Å未満であり得る。
【００２３】
ＲｕまたはＣｏxＲｕ1-x合金に加えて、第１の交換ブレーク層４４および／または第２の交換ブレーク層４８は非磁性酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＣｏＯ2，Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を任意に含むことができる。この非磁性酸化物は、後で行なわれる第１の交換ブレーク層４４上の粒状の第２の磁気層４４の生成、または第２の交換ブレーク層４８上の粒状の第３の磁気層５０の生成を促進させる役割を果たし得る。一部の実施の形態において、第１の交換ブレーク層４４および第２の交換ブレーク層４８は実質的に同様の組成を含むことができるが、別の実施の形態では、異なる組成を含み得る。
【００２４】
磁気記録層４０はさらにＣＧＣ層５２を任意に含むことができる。ＣＧＣ層５２は、たとえばＣｏＣｒＰｔＢ合金を含み得る。一部の実施の形態において、このＣｏＣｒＰｔＢ合金は金属または希土類元素、たとえばＲｕ、ＷまたはＮｂでドーピングされてもよい。一部の実施の形態において、ＣＧＣ層５２は酸化物、たとえばＳｉＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＷＯx、ＮｂＯx、ＣｒＯx、ＣｏＯxを少量含んでもよい。別の実施の形態において、ＣＧＣ層５２は酸化物を含まない（たとえば、どの酸化物をも含まない）。
【００２５】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の特定の組成は、それぞれの層４２、４６、５０の各々に対して所定の磁気異方性場Ｈkを与えるよう選択され得る。特に、第１の磁気層４２の組成は第１の磁気異方性場Ｈk1を与えるよう選択することができる。第２の磁気層４６の組成は第２の磁気異方性場Ｈk２を与えるよう選択することができる。第３の磁気層５０の組成は第３の磁気異方性場Ｈk３を与えるよう選択することができる。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２であり得る最も硬い磁気層の磁気異方性場は、約３０ｋＯｅに限定され得る（たとえば、Ｃｏ合金で形成されている場合）。このため、磁気記録層４０の平均粒径が十分に小さい場合、最も硬い磁気層は十分に安定しないかも知れない。これを解消するために、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の平均異方性を相対的に高くして、３つの磁気層４２、４６および５０の少なくとも２つが、磁気記録層４０の磁気配向について熱的安定性をもたらすよう働くようにする。
【００２６】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０に対して相対的に高い平均磁気異方性場を達成しながらＥＣＣ構造によって与えられる利点をも得る１つの方法は、Ｈk1およびＨk2の差（すなわち、Ｈk1−Ｈk2）がＨk2およびＨk3の差（すなわち、Ｈk３−Ｈk３）よりも小さいよう、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の組成を選択することである。すなわち、磁気記録層４０の個々の層４２、４６および５０の磁気異方性は、第１の磁気層４２の近くではより遅く減少、または増加し、第１の磁気層４２からの距離が大きくなるにつれより速く減少する。磁気記録層４０におけるこのような磁気異方性場の分布は、凸状磁気異方性場分布と呼ぶ。凸状磁気異方性場分布は、磁気記録層４０の磁気配向の熱的安定性および記録層４０の書込容易性を与え得る。一部の例において、凸状磁気異方性分布は、相対的に高い磁気異方性場の材料からなる磁気記録層４０のより大きい割合をもたらし得る。
【００２７】
Ｈk1、Ｈk2およびＨk3の特定の値は、たとえば、データを磁気記録層４０に書込むのに用いられる記録ヘッド、それぞれの層４２、４６および５０における個々の粒子の大きさ、他の２層のそれぞれの磁気異方性場、それぞれの層の厚さ、それぞれの層の飽和磁化などに依存し得る。一部の実施の形態において、それぞれの層４２、４６および５０のＨk値の範囲は、各層４２、４６および５０のＫuＶ磁気異方性エネルギの働きによって影響され得る。たとえば、より低いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２は、より高いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２よりも書込みやすい（すなわち、より低いＫuＶの値を有する層４２における粒子の磁気配向をスイッチングするのにより低い磁場が与えられてもよい）。したがって、より低いＫuＶ値を有する第１の磁気層４２は、ＥＣＣによる書込処理を駆動させるのに、より低いＨk2値を有する第２の磁気層４６およびより低いＨk3を有する第３の磁気層３０を用いることができる。しかし、より低いＫuＶ値は、全体として、垂直磁気層４０の熱的安定性を維持するために、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０からより大きい磁気異方性エネルギ寄与（ＫuＶ）を使用し得る。所与のＨk値を有するある層、たとえば第２の磁気層４６では、ＫuＶ異方性エネルギ寄与は、材料の飽和磁化Ｍsを変更することによって影響され得る、すなわち、ＫuＶ＝２ＨkＶ／Ｍsである。さらに、または代替的に、有効量Ｖは、磁気層内の粒子間での横磁気交換を変更することによって変えることができ、これは有効磁気クラスタサイズ（実質的に同様の条件下で磁気配向を変える粒子のクラスタ）を変え得る。
【００２８】
Ｈk1、Ｈk2、Ｈk3のとり得る値の範囲は、簡潔にするために個々で規定することもできるが、互いに組合せて規定された場合、よりよく理解され得る。なぜなら、Ｈk1、Ｈk2、Ｈk3間の差は、所定の磁気記録層構造を規定する１つの方法だからである。他の層のＨk値に関連せずに単独で考慮されると、Ｈk1は約１６ｋＯｅ、一部の実施の形態では約２４である。別の実施の形態において、Ｈk1は約２４ｋＯｅまたは１６ｋＯｅ未満である。Ｈk1の例示的値は、約２０ｋＯｅまたは約２４ｋＯｅを含み得る。
【００２９】
一部の実施の形態において、Ｈk2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、別の実施の形態においてＨk2は２４ｋＯｅよりも大きくまたは１２ｋＯｅｋよりも小さい。Ｈk2の例示的値は約１２ｋＯｅおよび約１５ｋＯｅの間、約１６ｋＯｅ、約１９ｋＯｅ、または約２４ｋＯｅをとり得る。
【００３０】
一部の実施の形態においてＨk3は約１５ｋＯｅよりも小さく、他の実施の形態では、Ｈk3は１５ｋＯｅを超える。Ｈk3の例示的値は、約３ｋＯｅおよび約９ｋＯｅの間、約９ｋＯｅ、約６ｋＯｅ、または約１ｋＯｅである。
【００３１】
一部の実施の形態において共に考慮されると、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3がＨk1−Ｈk2＜Ｈk2−Ｈk3の関係を満たすよう、Ｈk1は約１６ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk２は約１２ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk３はＨk２未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅから約２２ｋＯｅの間であり、Ｈk２は約１７ｋＯｅから約２０ｋＯｅの間であり、Ｈk３は約９ｋＯｅから約１４ｋＯｅの間であり得る。他の実施の形態において、層１のＰｔ濃度は約１８〜１２ａｔ％である。層２のＰｔ濃度は約１４〜１８ａｔ％であり、層３のＰｔ濃度は約１４ａｔ％よりも小さく、Ｈk2は約１７−２０ｋＯｅであり、Ｈk3は約９−１４ｋＯｅである。
【００３２】
一部の実施の形態において、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3間の関係は、さらにＨk2およびＨk1の間の比率、および／またはＨk3およびＨk2の間の比率によって規定される。たとえば、Ｈk2／Ｈk１の比はＨk３／Ｈk2の比よりも大きい。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．６より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．６未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．７より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．７未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約０．９より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約０．９未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１は約１．０より大きく、Ｈk３／Ｈk2は約１．０未満であり得る。一実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１の比は約１．２である。
【００３３】
一部の実施の形態において、Ｈk2／Ｈk１の値と無関係に、Ｈk3／Ｈk2は約０．６未満である。一部の実施の形態において、Ｈk3／Ｈk2は約０．１未満である。
【００３４】
第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の飽和磁化は同じまたは異なってもよい。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の各々の飽和磁化Ｍsは約３５０ｅｍｕ／ｃｍ3および約７００ｅｍｕ／ｃｍ3の間にある。一部の実施の形態において、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つの飽和磁化は約４５０ｅｍｕ／ｃｍ3から約７００ｅｍｕ／ｃｍ3の間にある。たとえば、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の少なくとも１つの飽和磁化は約５５０ｅｍｕ／ｃｍ3である。
【００３５】
第１の磁気層４２の厚さは約５ｎｍおよび約１０ｎｍの間にある。第２の磁気層４６の厚さは約３ｎｍおよび約７ｎｍの間にある。第３の磁気層５０の厚さは約１０未満である。上記のように、それぞれの磁気層４２、４６および５０の厚さは、それぞれの層４２、４６および５０のＨk値および／またはＭsの選択に影響し得る。ある実施の形態において、第２の磁気層４６の厚さは約４ｎｍ未満であり、Ｈk１／Ｈk２は約０．８より大きく、Ｈk２／Ｈk３は約０．８未満である。
【００３６】
図４Ａ−図４Ｅは第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の磁気異方性場構成の例を示す図である。図４Ａ−図４Ｅは磁気記録層４０の構成の例を示し、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０の組成は、差Ｈk1−Ｈk2が差Ｈk2−Ｈk3よりも小さいよう選択される。上記のように、Ｈk1、Ｈk2、およびＨk3間の関係は、さらに第１の比Ｈk２／Ｈk１および／または第２の比Ｈk３／Ｈk２によってさらに規定される。
【００３７】
たとえば、図４Ａは、Ｈk1−Ｈk2がＨk2−Ｈk3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈk２／Ｈk１は約０．６よりも大きく、一部の実施の形態において約０．９よりも大きい。図４Ａに示される磁気記録層４０の構成の比Ｈk３／Ｈk２は、約０．６未満であり、０．１よりも小さくてもよい。たとえば、Ｈk1は約１６ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈk３は約１５ｋＯｅ未満である。一実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅであり、Ｈk2は約１６ｋＯｅであり、Ｈk３は約９ｋＯｅである。別の実施の形態において、Ｈk1は約２０ｋＯｅであり、Ｈk2は約１９ｋＯｅであり、Ｈk３は約６ｋＯｅである。さらなる実施の形態において、Ｈk1は約２４ｋＯｅであり、Ｈk2は約１６ｋＯｅであり、Ｈk３は約１ｋＯｅである。
【００３８】
別の実施の形態として、図４Ｂは、Ｈk1−Ｈk2がＨk2−Ｈk3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈk1−Ｈk2は０よりも小さく、Ｈk２／Ｈk１は約１．０より大きい、たとえば約１．２である。図４Ｂに示される実施の形態では、比Ｈk３／Ｈk２は約０．６未満であり、一部の実施の形態では約０．１未満である。一実施の形態では、Ｈk1は約２０ｋＯｅ、Ｈk2は約２４ｋＯｅ、Ｈk３は約１ｋＯｅである。
【００３９】
図４Ｃ−図４Ｅは、第３の磁気層５２上に形成されるＣＧＣ層５２を含む磁気記録層４０の実施の形態を示す。ＣＧＣ層５２が直接第３の磁気層５０上に形成される実施の形態では、第２の磁気層４６および第１の磁気層４２に対する第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２のＥＣＣ効果のために、ＣＧＣ層５２および第３の磁気層５０は単一の複合層として働く。すなわち、厚さ重み付きの平均磁気異方性場Ｈk34は、Ｈk3の厚さ重み付きの平均とＣＧＣ層５２の磁気異方性場Ｈk4とによって概算することができる。複合層（第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２）は、磁気異方性エネルギＫuＶの寄与のために共に考慮することができ、複合層のＫuＶの計算は、第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２の結合された厚さおよび磁気モーメントに基づいて行なうことができる。第３の磁気層５０およびＣＧＣ層５２を含む複合層は、磁気異方性場Ｈk34を有する単一の層と実質的に同様に、ＥＣＣ効果を第２の磁気層４６および第１の磁気層４２に与えることができる。ＣＧＣ層５２内の粒子間の横交換結合は、同じＨkを有するが横交換結合がより低い層と比べて、ＣＧＣ層５２内の粒子の磁気配向をスイッチングするのに用いられる印加磁場を減少させ得る。したがって、一部の実施の形態において、有効Ｈk34はＨk3およびＨk4の厚さ重み付きの平均よりも低くてもよい。したがって、一部の実施の形態において、凸状磁気異方性勾配を規定するのに、Ｈk4ではなく、Ｈk3のみが考慮される。
【００４０】
一部の実施の形態において、図４Ｃおよび図４Ｄで示されるように、ＣＧＣ層５２はＨk３よりも小さいまたは実質的に等しい磁気異方性場Ｈk4を含み得る。一部の実施の形態において、図４Ｃに示されるように、ＣＧＣ層５２と第３の磁気層５０との間の磁気異方性場の差Ｈk4−Ｈk3は、差Ｈk3−Ｈk2よりも大きくてもよい。すなわち、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延び得る。
【００４１】
別の実施の形態において、図４Ｄに示されるように、Ｈk4−Ｈk3は差Ｈk３−Ｈk２よりも大きくない。このような実施の形態において、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延在するのではなく、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０を通って実質的に延在し得る。
【００４２】
別の実施の形態において、図４Ｅに示されるように、ＣＧＣ層５２はある磁気異方性場Ｈk4を有し、これはＨk3よりも大きい。Ｈk4−Ｈk3が差Ｈk3−Ｈk2よりも大きくない実施の形態と同様に、Ｈk4がＨk3よりも大きい場合、凸状磁気異方性場勾配はＣＧＣ層５２に延在するのではなく、第１の磁気層４２、第２の磁気層４６および第３の磁気層５０を通って実質的に延在する。
【００４３】
上記の実施の形態は３つの磁気層を含み、任意にＣＧＣ層を含む磁気記録層に向けられているが、一部の実施の形態において、磁気記録層は４枚以上の磁気層を含んでもよい。一般に、凸状磁気異方性勾配を含む磁気記録層の概念は、任意の数の磁気層に適応することができる。たとえば、図５Ａに示されるように、磁気記録層６０は２ｎ−ｌ層を含むことができ、これはｎ枚の磁気層とｎ−１枚の交換ブレーク層とを交互に含み、ｎは３以上の整数である。さらに、かつ任意に、磁気記録層６１は図５Ｂに示されるように、磁気層ｎ上に形成されるＣＧＣ層７１を含むことができる。特に、図５Ａは相対的に高い磁気異方性場をもたらす組成を有する粒状磁気層であり得る第１の磁気層６２を示す。第１の磁気層６２の磁気異方性場は、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される（すなわち、第１の磁気層６２の粒子の磁化容易軸は、記録層６０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第１の磁気層６２はＣｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２は、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２は、Ｃｏ合金およびＰｔ合金またはＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第１の磁気層６２の粒子を分離する非磁性材は、酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を含み得る。別の実施の形態において、第１の磁気層６２の粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００４４】
第１の交換ブレーク層６４は第１の磁気層６２上に形成される。第１の交換ブレーク層４２はＣＯxＲｕ1-x合金を含み得る。別の実施の形態として、第１の交換ブレーク層６４はルチウムを含む、または本質的にルチウムからなることができる。第１の交換ブレーク層６４がＣｏxＲｕ1-x合金を含む例では、ブレーク層６４は約３ｎｍ未満の厚さを有し得る。第１の交換ブレーク層６４が本質的にＲｕからなる例では、ブレーク層６４はより薄く、たとえば約３Å未満であり得る。
【００４５】
第２の磁気層６６は第１の交換ブレーク層６４上に形成され、相対的に高い磁気異方性場をもたらす組成の粒状磁気層であり得る。上記のように、第２の磁気層６６は第１の磁気層６２の磁化異方性よりも小さい、または実質的に等しい、または大きい磁気異方性を有し得る。第２の磁気層６６の磁気異方性は、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される（すなわち第２の磁気層６６の粒子の容易軸は、記録層６０の面に対して実質的に垂直であり得る）。第２の磁気層６６はＣｏ合金、たとえば、Ｃｏと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、またはＦｅの少なくとも１つとの組合せを含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６は、たとえばＦｅ−Ｐｔ合金またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６は、Ｃｏ合金およびＰｔ合金またはＰｄ合金の薄膜層を交互に含み得る。一部の実施の形態において、第２の磁気層６６の粒子を分離する非磁性材は、酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5を含み得る。別の実施の形態において、第２の磁気層６６の粒子を分離している非磁性材は、Ｃｒ、Ｂ、Ｃまたは他の非強磁性体を含み得る。
【００４６】
磁気層６０は、交互のパターンをなす任意の数の磁気層および交換ブレーク層を含むことができる。各後続の磁気層は、磁気記録層６０がその複数の磁気層間で凸状磁気異方性場勾配を含むよう、組成が選択される。すなわち、それぞれの磁気層の組成は、Ｈk（ｎ−２）−Ｈk（ｎ−１）がＨk（ｎ−１）−Ｈk（ｎ）よりも小さいよう選択され、Ｈkiは層ｉの磁気異方性場である。たとえば、第１の磁気層６２、第２の磁気層６６および第３の磁気層（図示されていない）の組成は、Ｈk１−Ｈk２がＨk２−Ｈk３よりも小さいよう選択される。交換ブレーク層ｎ−１ ６８は磁気層ｎ−１上に形成される（図示されていない）。交換ブレーク層ｎ−１ ６８はルチウムまたはルチウム合金を含み、第１の交換ブレーク層６４に対して同様の組成または異なる組成を含み得る。一部の実施の形態において、交換ブレーク層ｎ−１ ６８は本質的にルチウムからなる、またはルチウムを含み、別の実施の形態において、交換ブレーク層ｎ−１ ６８はルチウム合金、たとえばＣＯｘＲu1-xを含み得る。ＲｕまたはＣＯｘＲu1-xに加えて、交換ブレーク層ｎ−１ ６８は非磁気酸化物、たとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、またはＴａ2Ｏ5を含み得る。
【００４７】
磁気層ｎ ７０は交換ブレーク層ｎ−１ ６８上に形成され、一部の実施の形態においては、相対的に低い磁気異方性、たとえば記録層６０の他の磁気層の磁気異方性よりも低い磁気異方性を有する粒状磁気層であり得る。磁気層ｎは、記録層６０の面に対して実質的に垂直な方向に配向される磁気異方性場を有する。磁気層ｎ ７０は、たとえばＣｏ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、またはＳｍ−Ｃｏ合金を含み、たとえば上記のＳｉＯ2、ＴｉＯ2ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、またはＴａ2Ｏ5の非磁性酸化物を含んでも、含ななくてもよい。磁気層ｎ ７０の組成は、第１の磁気層６２および／または第２の磁気層６６の組成と異なり、それにより磁気層ｎ ７０の磁気異方性場は、磁気記録層６０の他の磁気層の磁気異方性場とともに、凸状磁場勾配をもたらす。たとえば、磁気層ｎ ７０は第１の磁気層６２および／または第２の磁気層６６と同様の組成を含み得るが、その割合は異なり得る。
【００４８】
一部の実施の形態において、ＣＧＣ層７１（図５Ｂに示される）は、図３を参照して説明したＣＧＣ層５２と同様であってもよい。
【００４９】
垂直磁気記録層を形成する方法は図６に示される。この方法は、磁気異方性場Ｈk2を有する第１の磁気層を形成し（７２）、第１の磁気層上に第１の交換ブレーク層を形成し（７４）、第１の交換ブレーク層上に第２の磁気層を形成する（７６）。第２の磁気層は、第２の磁気異方性場Ｈk2を有する。一部の実施の形態において、本方法はさらに第２の磁気層上に第２の交換ブレーク層を形成し（７８）、第２の交換ブレーク層上に第３の磁気層を形成する（８０）ことを含む。第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk3を有する。一部の実施の形態において、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい。
【００５０】
ここに記載される磁気記録層は磁気層とブレーク層とを交互に有するが、一部の実施の形態において、磁気記録層は各隣接する磁気層対間にブレーク層を含まなくてもよい。たとえば、磁気記録層は、互いにすぐ隣接して形成される第２の磁気層４６および第３の磁気層５０（図３）を含むが、その間に介在する第２のブレーク層４８はない。この概念は他の磁気層の対にも、たとえば第１の磁気層４２および第２の磁気層４６に拡張することができる。さらに、４枚以上の磁気層を含む実施の形態（たとえば、図５Ａおよび図５Ｂを参照して記載されている実施の形態）では、磁気記録層６０は２ｎ−ｌ枚の層を有することができ、ｎの磁気層およびｎ−１の磁気層を有する。このような実施の形態において、一部の隣接する磁気層対は介在するブレーク層を含み、他の隣接する磁気層対は介在するブレーク層を含まない。
【００５１】
上記は磁気記録媒体を含む装置に主に立脚しているが、ここに記載される磁気層構造は他でも応用することができる。たとえば、ここに記載される磁気層構造は、磁気センサまたは磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に用いることができる。
【００５２】
実施例
以下の実施例は開示の実施の形態を示すものであるが、本開示の範囲を限定するものではない。実施例は理想的な磁気層を用いた理論的計算に基づいている。各々の磁気層は同じＭsおよびＨexの値を有する。実施例の磁気記録層はＣＧＣ層を含んでいない。以下の実施例において、パラメータは以下のように定義されている。式１は層ｉの有効磁気厚さΔiを定義する。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここでＭsiは層ｉの飽和磁化であり、δiは層ｉの厚さであり、Ｍs1は層１（すなわち、第１の磁気層）の飽和磁化であり、δ1は層１の厚さである。
【００５５】
式２は層ｉの有効異方性ｋiを定義する。
【００５６】
【数２】
【００５７】
ここでＭsiは層ｉの飽和磁化であり、ＨAiは層ｉの磁気保磁力であり、δiは層ｉの厚さであり、Ｍs1は層１の飽和磁化であり、ＨA1は層１の磁気保磁力であり、δ1は層１の厚さである。
【００５８】
式３は層ｉおよび層ｊ間の有効結合χｉｊを定義する：
【００５９】
【数３】
【００６０】
ここでＪijは層ｉと層ｊとの間の量子機械結合であり、Ｋ1は層１の磁気異方性エネルギであり、δ1は層１の厚さである。
【００６１】
以下の実施例において、特定のパラメータは固定されている。たとえば、Δ2＝Δ3＝０．５Δ1。すなわち、層２および層３の有効厚さは等しく設定され、その各々は層１の有効厚さの半分である。
【００６２】
以下の実施例１−３を検討するに当り、コヒーレントにスイッチングされる３層磁気記録層と比較され、これら３つの磁気層はＨA1、ＨA2＝０．７５ＨA1およびＨA３＝０．５ＨA1の磁気異方性を有する。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1の平均磁気異方性＜ＨA＞をもたらした。実施例を行なうに当り、＜ＨA＞は一定に保たれ、κ2の値が選択され、これにより、κ3値が設定される。χ12およびχ23は自由パラメータである。
【００６３】
実施例１
図６Ａおよび図６Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が９ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は４ｋＯｅであり、これは７ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．８であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．５６２５）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．４、κ3＝０．２２５である。
【００６４】
実施例１の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝０．８ＨA1＝１６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．４５ＨA1＝９ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの有効厚さ重み付きの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００６５】
実施例１の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値（磁気記録層の有効保磁力；磁気記録層の配向が切換わった適用磁場に等しく、第１の磁気層の保磁力によって正規化される）は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、円８２の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図６Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円８４によって示されるように約０．７３である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約１１％減少した正規Ｈswをもたらした。すなわち、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有する。
【００６６】
実施例２
図７Ａおよび図７Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１９ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が６ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は１ｋＯｅであり、これは１３ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．９５であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．３１５８）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．４７５、κ3＝０．１５である。
【００６７】
実施例２の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝０．９５ＨA1＝１９ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．３ＨA1＝６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００６８】
実施例２の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、円８６の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図７Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円８８によって示されるように約０．６８である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約２０％減少した正規Ｈswをもたらした。ここでも、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有する。
【００６９】
実施例３
図８Ａおよび図８Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が２４ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が１ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は−４ｋＯｅであり、これは２３ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は１．２であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．０４１７）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝０．６、κ3＝０．０２５である。
【００７０】
実施例３の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２０ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝１．２ＨA1＝２４ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝０．０５ＨA1＝１ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．８１２５ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．６２５のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００７１】
実施例１の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値（磁気記録層の有効保磁力；磁気記録層の配向が切換わった適用磁場に等しく、第１の磁気層の保磁力によって正規化される）は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．６２５）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、円９０の近似座標はχ12＝０．４５およびχ23＝０．４５である。図８Ａを参照すると、χ12＝０．４５およびχ23＝０．４５での正規化Ｈsw値は、円９２によって示されるように約０．５５である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．８１２５と比較すると、実施例１の磁気異方性勾配は、約４８％減少した正規Ｈswをもたらした。ここでも、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有することを示す。
実施例４
図９Ａおよび図９Ｂは、磁気層１の磁気異方性値ＨA1が２４ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値ＨA２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値ＨA３が１ｋＯｅである例を示す。このような磁気異方性分布は、本開示に従い凸状磁気異方性勾配である。ＨＡ1−ＨＡ2は４ｋＯｅであり、これは１５ｋＯｅであるＨＡ2−ＨＡ3よりも小さい。さらに、ＨＡ2／ＨＡ1は０．６６７であり、これはＨＡ3／ＨＡ2（０．０６２５）よりも大きい。実施例１において、Δ2＝Δ3＝０．５、κ2＝１／３、κ3＝１／４８である。
【００７２】
実施例４の磁気配向スイッチング性能は、コヒーレントにスイッチングした基準３層磁気記録層と比較された。たとえば、３つの磁気層は結合され、単一の磁気層として働き、その有効異方性はそれぞれの層の異方性の有効厚さ重み付きの平均として計算された。第１の磁気層はＨA1＝２４ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは１であった。第２の磁気層はＨA２＝（２／３）ＨA1＝１６ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。第３の磁気層はＨA３＝（１／２４）ＨA1＝１ｋＯｅの異方性を有し、相対有効厚さは０．５であった。このような磁気異方性分布は０．６７７ＨA1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜ＨA＞、および１．３５４のエネルギバリア変化ΔＥ／ΔＥ1をもたらした。エネルギバリア変化は、第１の磁気層のみを有する磁気記録層と比べて、第２および第３の磁気層が磁気記録層の熱的安定性に与える影響を示す。
【００７３】
実施例４の磁気配向スイッチング性能を基準コヒーレントスイッチング磁気記録層と比べると、最小正規化Ｈsw値は、基準磁気記録層のエネルギバリア（１．３５４）と実質的に等しいエネルギバリアで見出された。図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、円９４の近似座標はχ12＝０．３５およびχ23＝０．４である。図９Ａを参照すると、χ12＝０．３５およびχ23＝０．４での正規化Ｈsw値は、円９６によって示されるように約０．４２である。これを基準膜の正規化Ｈsw値０．６７７と比較すると、実施例４の磁気異方性勾配は、約６１％減少した正規Ｈswをもたらした。これは、凸状磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層は、線形の磁気異方性勾配を与えるよう選択された３つの磁気層を有する磁気記録層と比べて、より容易に切換わり、匹敵する熱安定性を有することを示す。
【００７４】
本開示のさまざまな実施の形態が記載された。上記の実施および他の実施は、添付の請求項の範囲内にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ｎ枚の磁気層と、
ｎ−１枚の交換ブレーク層とを備え、ｎは３以上であり、ｎ−１枚の交換ブレーク層は、装置においてｎ枚の磁気層と交互にあり、ｎ枚の磁気層は凸状磁気異方性場勾配を有するよう、それぞれ磁気異方性場を含む、装置。
【請求項２】
第１の磁気異方性場Ｈk1を有する第１の磁気層と、
第１の磁気層上に形成される第１の交換ブレーク層と、
第１の交換ブレーク層上に形成される第２の磁気層とを備え、第２の磁気層は第２の磁気異方性場Ｈk2を有し、さらに
第２の磁気層上に形成される第２の交換ブレーク層と、
第２の交換ブレーク層上に形成される第３の磁気層とを備え、第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk3を有し、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の比Ｈk2／Ｈk1は第２の比Ｈk3／Ｈk2よりも大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第１の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ１を有し、これは約１８ａｔ．％および約２２ａｔ．％の間にあり、第２の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ２を有し、これは約１４ａｔ．％および約１８ａｔ．％の間にあり、第３の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ３を有し、これは約１４ａｔ．％未満であり、Ｐｔ１−Ｐｔ２はＰｔ２−Ｐｔ３よりも小さい、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
第３の磁気層上に形成される連続する粒状複合（ＣＧＣ）層をさらに備え、連続する粒状複合（ＣＧＣ）層は層磁気異方性場Ｈk4を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
第１の磁気層、第２の磁気層、および第３の磁気層の少なくとも１つは、Ｃｏ合金、Ｃｏ合金およびＰｔ合金の交互に重なった層、またはＣｏ合金およびＰｄ合金の交互に重なった層の少なくとも１つを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
ｎは４であり、第１の磁気層は第１の磁気異方性場Ｈk1を有し、第２の磁気層は第２の磁気異方性場Ｈk２を有し、第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk３を有し、第４の磁気層は第４の磁気異方性場Ｈk４を有し、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さく、Ｈk2−Ｈk3はＨk３−Ｈk４よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１の比Ｈk2／Ｈk1は第２の比Ｈk3／Ｈk2よりも大きく、第２の比は第３の比Ｈk４／Ｈk３よりも大きい、請求項７に記載の装置。
【請求項１】
装置であって、
ｎ枚の磁気層と、
ｎ−１枚の交換ブレーク層とを備え、ｎは３以上であり、ｎ−１枚の交換ブレーク層は、装置においてｎ枚の磁気層と交互にあり、ｎ枚の磁気層は凸状磁気異方性場勾配を有するよう、それぞれ磁気異方性場を含む、装置。
【請求項２】
第１の磁気異方性場Ｈk1を有する第１の磁気層と、
第１の磁気層上に形成される第１の交換ブレーク層と、
第１の交換ブレーク層上に形成される第２の磁気層とを備え、第２の磁気層は第２の磁気異方性場Ｈk2を有し、さらに
第２の磁気層上に形成される第２の交換ブレーク層と、
第２の交換ブレーク層上に形成される第３の磁気層とを備え、第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk3を有し、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の比Ｈk2／Ｈk1は第２の比Ｈk3／Ｈk2よりも大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第１の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ１を有し、これは約１８ａｔ．％および約２２ａｔ．％の間にあり、第２の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ２を有し、これは約１４ａｔ．％および約１８ａｔ．％の間にあり、第３の磁気層はあるＰｔ含有量Ｐｔ３を有し、これは約１４ａｔ．％未満であり、Ｐｔ１−Ｐｔ２はＰｔ２−Ｐｔ３よりも小さい、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
第３の磁気層上に形成される連続する粒状複合（ＣＧＣ）層をさらに備え、連続する粒状複合（ＣＧＣ）層は層磁気異方性場Ｈk4を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
第１の磁気層、第２の磁気層、および第３の磁気層の少なくとも１つは、Ｃｏ合金、Ｃｏ合金およびＰｔ合金の交互に重なった層、またはＣｏ合金およびＰｄ合金の交互に重なった層の少なくとも１つを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
ｎは４であり、第１の磁気層は第１の磁気異方性場Ｈk1を有し、第２の磁気層は第２の磁気異方性場Ｈk２を有し、第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈk３を有し、第４の磁気層は第４の磁気異方性場Ｈk４を有し、Ｈk1−Ｈk2はＨk2−Ｈk3よりも小さく、Ｈk2−Ｈk3はＨk３−Ｈk４よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１の比Ｈk2／Ｈk1は第２の比Ｈk3／Ｈk2よりも大きく、第２の比は第３の比Ｈk４／Ｈk３よりも大きい、請求項７に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−３３２５７（Ｐ２０１２−３３２５７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１６４０９８（Ｐ２０１１−１６４０９８）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４０９８（Ｐ２０１１−１６４０９８）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]