特許 5852350 磁気層および交換ブレーク層を含む装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5852350

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】磁気層および交換ブレーク層を含む装置

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/65 20060101AFI20160114BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/65

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-164098(P2011-164098)

(22)【出願日】2011年7月27日

(65)【公開番号】特開2012-33257(P2012-33257A)

(43)【公開日】2012年2月16日

【審査請求日】2014年4月1日

(31)【優先権主張番号】12/847,745

(32)【優先日】2010年7月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500373758

【氏名又は名称】シーゲイト テクノロジー エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トマス・パトリック・ノーラン

(72)【発明者】

【氏名】ハンス・ジェイ・リヒター

【審査官】 深沢 正志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００９６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１７３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８７８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８７５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００７２０１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
第１の磁気異方性場Ｈ_k1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Ｈ_k2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Ｈ_k3を有し、Ｈ_k1−Ｈ_k2はＨ_k2−Ｈ_k3よりも小さく、
前記第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、前記粒状複合層および前記第３の磁気層は、交換結合複合層構造を備え、前記交換結合複合層構造は、前記第１および第２の磁気層上に、厚さ重み付きの平均磁気異方性場Ｈ_k34を有し、前記連続する粒状複合（ＣＧＣ）層は、Ｐｔ含有量Ｐｔ４を有し、Ｐｔ４は、前記第３の磁気層のＰｔ含有量Ｐｔ３よりも大きい、装置。

【請求項2】

第１の比Ｈ_k2／Ｈ_k1は第２の比Ｈ_k3／Ｈ_k2よりも大きい、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１の比は、約０．６よりも大きい、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記第１の比は、約０．９よりも大きい、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記第１の比は、約１．０よりも大きい、請求項２に記載の装置。

【請求項6】

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１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

前記第１の磁気層は、第１の磁気材料と第１の酸化物とを有する第１の粒状磁気層を含み、前記第２の磁気層は、第２の磁気材料と、第２の酸化物とを有する第２の粒状磁気層層を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記連続する粒状複合層は、磁気異方性場Ｈ_k4を有し、Ｈ_k4はＨ_k3よりも大きい、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

Ｈ_k1は、約１６ｋＯｅと約２４ｋＯｅとの間にある、請求項１に記載の装置。

【請求項10】

Ｈ_k2は、約１２ｋＯｅと約２４ｋＯｅとの間にある、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

Ｈ_k3は、約１５ｋＯｅ未満である、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

Ｈ_k1は、約２０ｋＯｅと約２２ｋＯｅとの間にあり、Ｈ_k2は、約１７ｋＯｅと約２０ｋＯｅとの間にあり、Ｈ_k3は、約９ｋＯｅと約１４ｋＯｅとの間にある、請求項１に記載の装置。

【請求項13】

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１に記載の装置。

【請求項14】

Ｐｔ４は、約１４ａｔ．％より大きい、請求項１に記載の装置。

【請求項15】

Ｈ_k2は、Ｈ_k1よりも大きい、請求項１に記載の装置。

【請求項16】

前記第２の磁気層は、磁気異方性エネルギーＫ_u2を有し、第１の磁気層は、第１の磁気異方性エネルギーＫ_u1を有し、Ｋ_u2はＫ_u1よりも小さい、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記連続する粒状複合層は、ＣｏＣｒＰｔＢ合金を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項18】

前記ＣｏＣｒＰｔＢ合金は、Ｒｕ、Ｗ、またはＮｂでドープされている、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記連続する粒状複合層は、実質的な量の酸化物を含まない、請求項１に記載の装置。

【請求項20】

装置であって、
第１の磁気異方性場Ｈ_k1と、第１の磁気異方性エネルギーＫ_u1とを有する第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Ｈ_k2と第２の磁気異方性エネルギーＫ_u2とを有し、Ｈ_k2はＨ_k1よりも大きく、Ｋ_u2はＫ_u1よりも小さく、
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の磁気層とをさらに備え、第３の磁気層は第３の磁気異方性場Ｈ_k3を有し、Ｈ_k1−Ｈ_k2はＨ_k2−Ｈ_k3よりも小さく、
前記第３の磁気層上に形成される、連続する粒状複合層をさらに備え、前記粒状複合層および前記第３の磁気層は、交換結合複合層構造を備え、前記交換結合複合層構造は、前記第１および第２の磁気層上に、厚さ重み付きの平均磁気異方性場Ｈ_k34を有する、交換結合複合効果を発現させるように構成される、装置。

【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（Ｈ_k）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（Ｋ_uＶであって、Ｋ_u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（ｋ_BＴ、ここでｋ_B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（Ｋ_uＶ／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Ｋ_uを有する粒子については熱安定性が減少する。Ｋ_uは単位体積当りの磁気異方性エネルギを表わすが、以降Ｋ_u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（Ｈ_k＝２Ｋ_u／Ｍ_s、ここでＭ_s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Ｋ_u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（Ｈ_kａｌ／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Ｈ_kａｌ／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（Ｍ_s）および低い磁気異方性場（Ｈ_k）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Ｈ_k1を有する。第２の磁気層４６は第２の磁気異方性場Ｈ_k2を有する。第３の磁気層５０は第３の磁気異方性場Ｈ_k3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、Ｈ_k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、Ｐｔ_２は第２の磁気層４６のＰｔ含有量、Ｐｔ_３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、Ｐｔ_２は約１４ａｔ．％および約１８ａｔ．％の間にあり、Ｐｔ_３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（Ｍ_s）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Ｃｏ_xＲｕ_1-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Ｃｏ_xＲｕ_1-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Ｃｏ_xＲｕ_1-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４６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ＳｉＯ_x、ＴｉＯ_x、ＴａＯ_x、ＷＯ_x、ＮｂＯ_x、ＣｒＯ_x、ＣｏＯ_x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Ｈ_k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Ｈ_k1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Ｈ_k２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Ｈ_k３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、Ｈ_k1およびＨ_k2の差（すなわち、Ｈ_k1−Ｈ_k2）がＨ_k2およびＨ_k3の差（すなわち、Ｈ_k２−Ｈ_k３）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】

Ｈ_k1、Ｈ_k2およびＨ_k3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Ｈ_k値の範囲は、各層４２、４６および５０のＫ_uＶ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Ｋ_uＶ値を有する第１の磁気層４２は、より高いＫ_uＶ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Ｋ_uＶ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Ｋ_uＶ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Ｈ_k2値を有する第２の磁気層４６およびより低いＨ_k3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Ｋ_uＶ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（Ｋ_uＶ）を使用し得る。所与のＨ_k値を有するある層、たとえば第２の磁気層４６では、Ｋ_uＶ異方性エネルギ寄与は、材料の飽和磁化Ｍ_sを変更することによって影響され得る、すなわち、Ｋ_uＶ＝２Ｈ_kＶ／Ｍ_s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】

Ｈ_k1、Ｈ_k2、Ｈ_k3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、Ｈ_k1、Ｈ_k2、Ｈ_k3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Ｈ_k値に関連せずに単独で考慮されると、Ｈ_k1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、Ｈ_k1は約２４ｋＯｅまたは１６ｋＯｅ未満である。Ｈ_k1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、Ｈ_k2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、別の実施の形態においてＨ_k2は２４ｋＯｅよりも大きくまたは１２ｋＯｅｋよりも小さい。Ｈ_k2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Ｈ_k3は約１５ｋＯｅよりも小さく、他の実施の形態では、Ｈ_k3は１５ｋＯｅを超える。Ｈ_k3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、Ｈ_k1、Ｈ_k2、およびＨ_k3がＨ_k1−Ｈ_k2＜Ｈ_k2−Ｈ_k3の関係を満たすよう、Ｈ_k1は約１６ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈ_k２は約１２ｋＯｅから約２４ｋＯｅの間であり、Ｈ_k３はＨ_k２未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈ_k1は約２０ｋＯｅから約２２ｋＯｅの間であり、Ｈ_k２は約１７ｋＯｅから約２０ｋＯｅの間であり、Ｈ_k３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、Ｈ_k2は約１７−２０ｋＯｅであり、Ｈ_k3は約９−１４ｋＯｅである。

【0032】

一部の実施の形態において、Ｈ_k1、Ｈ_k2、およびＨ_k3間の関係は、さらにＨ_k2およびＨ_k1の間の比率、および／またはＨ_k3およびＨ_k2の間の比率によって規定される。たとえば、Ｈ_k2／Ｈ_k１の比はＨ_k３／Ｈ_k2の比よりも大きい。一部の実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１は約０．６より大きく、Ｈ_k３／Ｈ_k2は約０．６未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１は約０．７より大きく、Ｈ_k３／Ｈ_k2は約０．７未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１は約０．９より大きく、Ｈ_k３／Ｈ_k2は約０．９未満であり得る。一部の実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１は約１．０より大きく、Ｈ_k３／Ｈ_k2は約１．０未満であり得る。一実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１の比は約１．２である。

【0033】

一部の実施の形態において、Ｈ_k2／Ｈ_k１の値と無関係に、Ｈ_k3／Ｈ_k2は約０．６未満である。一部の実施の形態において、Ｈ_k3／Ｈ_k2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Ｍ_s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Ｈ_k値および／またはＭ_s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、Ｈ_k１／Ｈ_k２は約０．８より大きく、Ｈ_k２／Ｈ_k３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Ｈ_k1−Ｈ_k2が差Ｈ_k2−Ｈ_k3よりも小さいよう選択される。上記のように、Ｈ_k1、Ｈ_k2、およびＨ_k3間の関係は、さらに第１の比Ｈ_k２／Ｈ_k１および／または第２の比Ｈ_k３／Ｈ_k２によってさらに規定される。

【0037】

たとえば、図４Ａは、Ｈ_k1−Ｈ_k2がＨ_k2−Ｈ_k3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈ_k２／Ｈ_k１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Ｈ_k３／Ｈ_k２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、Ｈ_k1は約１６ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈ_k2は約１２ｋＯｅおよび約２４ｋＯｅの間であり、Ｈ_k３は約１５ｋＯｅ未満である。一実施の形態において、Ｈ_k1は約２０ｋＯｅであり、Ｈ_k2は約１６ｋＯｅであり、Ｈ_k３は約９ｋＯｅである。別の実施の形態において、Ｈ_k1は約２０ｋＯｅであり、Ｈ_k2は約１９ｋＯｅであり、Ｈ_k３は約６ｋＯｅである。さらなる実施の形態において、Ｈ_k1は約２４ｋＯｅであり、Ｈ_k2は約１６ｋＯｅであり、Ｈ_k３は約１ｋＯｅである。

【0038】

別の実施の形態として、図４Ｂは、Ｈ_k1−Ｈ_k2がＨ_k2−Ｈ_k3より小さい磁気記録層４０を示す。さらに、Ｈ_k1−Ｈ_k2は０よりも小さく、Ｈ_k２／Ｈ_k１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Ｈ_k３／Ｈ_k２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、Ｈ_k1は約２０ｋＯｅ、Ｈ_k2は約２４ｋＯｅ、Ｈ_k３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Ｈ_k34は、Ｈ_k3の厚さ重み付きの平均とＣＧＣ層５２の磁気異方性場Ｈ_k4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Ｋ_uＶの寄与のために共に考慮することができ、複合層のＫ_uＶ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Ｈ_k34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Ｈ_k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Ｈ_k34はＨ_k3およびＨ_k4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、Ｈ_k4ではなく、Ｈ_k3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Ｈ_k３よりも小さいまたは実質的に等しい磁気異方性場Ｈ_k4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Ｈ_k4−Ｈ_k3は、差Ｈ_k3−Ｈ_k2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、Ｈ_k4−Ｈ_k3は差Ｈ_k３−Ｈ_k２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Ｈ_k4を有し、これはＨ_k3よりも大きい。Ｈ_k4−Ｈ_k3が差Ｈ_k3−Ｈ_k2よりも大きくない実施の形態と同様に、Ｈ_k4がＨ_k3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ＣＯ_xＲｕ_1-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Ｃｏ_xＲｕ_1-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、Ｈ_{k（ｎ−２）}−Ｈ_{k（ｎ−１）}がＨ_{k（ｎ−１）}−Ｈ_k（ｎ）よりも小さいよう選択され、Ｈ_ki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、Ｈ_k１−Ｈ_k２がＨ_k２−Ｈ_k３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ＣＯ_ｘＲ_u1-xを含み得る。ＲｕまたはＣＯ_ｘＲ_u1-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Ｈ_k2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Ｈ_k2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Ｈ_k3を有する。一部の実施の形態において、Ｈ_k1−Ｈ_k2はＨ_k2−Ｈ_k3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Ｍ_sおよびＨ_ex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Δ_iを定義する。

【0053】

【数1】

【0054】

ここでＭ_siは層ｉの飽和磁化であり、δ_iは層ｉの厚さであり、Ｍ_s1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ｋ_iを定義する。

【0056】

【数2】

【0057】

ここでＭ_siは層ｉの飽和磁化であり、Ｈ_Aiは層ｉの磁気保磁力であり、δ_iは層ｉの厚さであり、Ｍ_s1は層１の飽和磁化であり、Ｈ_A1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χ_ｉｊを定義する：

【0059】

【数3】

【0060】

ここでＪ_ij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Ｈ_A1、Ｈ_A2＝０．７５Ｈ_A1およびＨ_A３＝０．５Ｈ_A1の磁気異方性を有する。このような磁気異方性分布は０．８１２５Ｈ_A1の平均磁気異方性＜Ｈ_A＞をもたらした。実施例を行なうに当り、＜Ｈ_A＞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７Ａおよび図７Ｂは、磁気層１の磁気異方性値Ｈ_A1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値Ｈ_A２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値Ｈ_A３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。Ｈ_Ａ1−Ｈ_Ａ2は４ｋＯｅであり、これは７ｋＯｅであるＨ_Ａ2−Ｈ_Ａ3よりも小さい。さらに、Ｈ_Ａ2／Ｈ_Ａ1は０．８であり、これはＨ_Ａ3／Ｈ_Ａ2（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Ｈ_A1＝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Ｈ_A２＝０．８Ｈ_A1＝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Ｈ_A３＝０．４５Ｈ_A1＝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０．８１２５Ｈ_A1＝１６．２５ｋＯｅの有効厚さ重み付きの平均磁気異方性＜Ｈ_A＞、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Ｈ_sw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７Ａおよび図７Ｂ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７Ａを参照すると、χ₁₂＝０．４５およびχ₂₃＝０．４５での正規化Ｈ_sw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Ｈ_sw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Ｈ_sw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８Ａおよび図８Ｂは、磁気層１の磁気異方性値Ｈ_A1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値Ｈ_A２が１９ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値Ｈ_A３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。Ｈ_Ａ1−Ｈ_Ａ2は１ｋＯｅであり、これは１３ｋＯｅであるＨ_Ａ2−Ｈ_Ａ3よりも小さい。さらに、Ｈ_Ａ2／Ｈ_Ａ1は０．９５であり、これはＨ_Ａ3／Ｈ_Ａ2（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Ｈ_A1＝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Ｈ_A２＝０．９５Ｈ_A1＝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Ｈ_A３＝０．３Ｈ_A1＝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０．８１２５Ｈ_A1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜Ｈ_A＞、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Ｈ_sw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８Ａおよび図８Ｂ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８Ａを参照すると、χ₁₂＝０．４５およびχ₂₃＝０．４５での正規化Ｈ_sw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Ｈ_sw値０．８１２５と比較すると、実施例２の磁気異方性勾配は、約２０％減少した正規Ｈ_sw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９Ａおよび図９Ｂは、磁気層１の磁気異方性値Ｈ_A1が２０ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値Ｈ_A２が２４ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値Ｈ_A３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。Ｈ_Ａ1−Ｈ_Ａ2は−４ｋＯｅであり、これは２３ｋＯｅであるＨ_Ａ2−Ｈ_Ａ3よりも小さい。さらに、Ｈ_Ａ2／Ｈ_Ａ1は１．２であり、これはＨ_Ａ3／Ｈ_Ａ2（０．０４１７）よりも大きい。実施例３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Ｈ_A1＝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Ｈ_A２＝１．２Ｈ_A1＝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Ｈ_A３＝０．０５Ｈ_A1＝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０．８１２５Ｈ_A1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜Ｈ_A＞、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Ｈ_sw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９Ａおよび図９Ｂ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９Ａを参照すると、χ₁₂＝０．４５およびχ₂₃＝０．４５での正規化Ｈ_sw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Ｈ_sw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Ｈ_sw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１０Ａおよび図１０Ｂは、磁気層１の磁気異方性値Ｈ_A1が２４ｋＯｅであり、磁気層２の磁気異方性値Ｈ_A２が１６ｋＯｅであり、磁気層３の磁気異方性値Ｈ_A３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。Ｈ_Ａ1−Ｈ_Ａ2は４ｋＯｅであり、これは１５ｋＯｅであるＨ_Ａ2−Ｈ_Ａ3よりも小さい。さらに、Ｈ_Ａ2／Ｈ_Ａ1は０．６６７であり、これはＨ_Ａ3／Ｈ_Ａ2（０．０６２５）よりも大きい。実施例４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Ｈ_A1＝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Ｈ_A２＝（２／３）Ｈ_A1＝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Ｈ_A３＝（１／２４）Ｈ_A1＝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０．６７７Ｈ_A1＝１６．２５ｋＯｅの平均磁気異方性＜Ｈ_A＞、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Ｈ_sw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１０Ａおよび図１０Ｂ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１０Ａを参照すると、χ₁₂＝０．３５およびχ₂₃＝０．４での正規化Ｈ_sw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Ｈ_sw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Ｈ_sw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。

【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】