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特開2025-3936トポロジカル絶縁体材料による局所的および非局所的スピン軌道トルク（ＳＯＴ）書き込みヘッド
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025003936
(43)【公開日】2025-01-14
(54)【発明の名称】トポロジカル絶縁体材料による局所的および非局所的スピン軌道トルク（ＳＯＴ）書き込みヘッド
(51)【国際特許分類】
G11B 5/31 20060101AFI20250106BHJP
G11B 5/02 20060101ALI20250106BHJP
【ＦＩ】
G11B5/31 A
G11B5/02 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】45
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024096188
(22)【出願日】2024-06-13
(31)【優先権主張番号】63/472,944
(32)【優先日】2023-06-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/523,750
(32)【優先日】2023-06-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/361,631
(32)【優先日】2023-07-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/229,785
(32)【優先日】2023-08-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京科学大学
(71)【出願人】
【識別番号】504056130
【氏名又は名称】ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100109047
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 雄祐
(74)【代理人】
【識別番号】100109081
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 友由
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】ファム ナム ハイ
(72)【発明者】
【氏名】クアン レイ
(72)【発明者】
【氏名】ブライアン アール ヨーク
(72)【発明者】
【氏名】リウ シャオユン
(72)【発明者】
【氏名】チャーニー ファン
(72)【発明者】
【氏名】ハッサン オスマン
(72)【発明者】
【氏名】ソン ティー レイ
(72)【発明者】
【氏名】シャロン バイン
(72)【発明者】
【氏名】前田 麻貴
(72)【発明者】
【氏名】トゥオ ファン
(72)【発明者】
【氏名】ユ タオ
(72)【発明者】
【氏名】高野 公史
(57)【要約】 （修正有）
【課題】改良されたスピントロニクスデバイスを備える磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】磁気媒体ドライブなどの磁気媒体用の局所または非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備える磁気記録ヘッドで、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを有する磁気記録ヘッドの場合、主磁極と、シールドと、主磁極の上に配置されたバッファ層と、バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された中間層と、を有し、バッファ層は所定の材料を含む。非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッド１３００の場合、主磁極１３０２と、シールド１３０４と、スピンブロッキング層１３１０と、非磁性層と、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）層１３０８と、を備え、ＳＯＴ層は、媒体対向面（ＭＦＳ）から約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離後退している。ＳＯＴ層の長さとＳＯＴ層の厚さの比は１より大きい。ＳＯＴ層はＢｉＳｂで構成される。
【選択図】図１０Ａ
【解決手段】磁気媒体ドライブなどの磁気媒体用の局所または非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備える磁気記録ヘッドで、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを有する磁気記録ヘッドの場合、主磁極と、シールドと、主磁極の上に配置されたバッファ層と、バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された中間層と、を有し、バッファ層は所定の材料を含む。非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッド１３００の場合、主磁極１３０２と、シールド１３０４と、スピンブロッキング層１３１０と、非磁性層と、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）層１３０８と、を備え、ＳＯＴ層は、媒体対向面（ＭＦＳ）から約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離後退している。ＳＯＴ層の長さとＳＯＴ層の厚さの比は１より大きい。ＳＯＴ層はＢｉＳｂで構成される。
【選択図】図１０Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主磁極と、
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、前記主磁極の上に配置されたバッファ層と、前記バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された中間層と、を有し、
前記バッファ層は、グループＢ、グループＣ、グループＤ、グループＥ、グループＦ、グループＧ、またはグループＨからなる群から選択される材料を含み、
グループＢは、面心立方（ＦＣＣ：Face Centered Cubic）酸化物材料で構成され、
グループＣは、成膜条件によってはアモルファスからナノ結晶の薄膜として成膜でき、抵抗率が１００μΩ・ｃｍを超える材料で構成され、
グループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌを含む非磁性ホイスラー材料で構成され、
グループＥは、スピン分極が大きくスピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高スピン分極層で構成され、
グループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗の電気的シャントブロック層で構成され、
グループＧは、２．１９Ａ～２．０２Ａのｄ間隔の範囲に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属アモルファスまたはセラミックアモルファスの材料で構成され、
グループＨは、アモルファスまたは結晶の材料である高垂直磁気異方性（ＰＭＡ：Perpendicular Magnetic Anisotropy）材料で構成され、
前記スピンホール層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含み、
前記中間層は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからなる群から選択される材料を含む、
磁気ヘッド。
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、前記主磁極の上に配置されたバッファ層と、前記バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された中間層と、を有し、
前記バッファ層は、グループＢ、グループＣ、グループＤ、グループＥ、グループＦ、グループＧ、またはグループＨからなる群から選択される材料を含み、
グループＢは、面心立方（ＦＣＣ：Face Centered Cubic）酸化物材料で構成され、
グループＣは、成膜条件によってはアモルファスからナノ結晶の薄膜として成膜でき、抵抗率が１００μΩ・ｃｍを超える材料で構成され、
グループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌを含む非磁性ホイスラー材料で構成され、
グループＥは、スピン分極が大きくスピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高スピン分極層で構成され、
グループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗の電気的シャントブロック層で構成され、
グループＧは、２．１９Ａ～２．０２Ａのｄ間隔の範囲に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属アモルファスまたはセラミックアモルファスの材料で構成され、
グループＨは、アモルファスまたは結晶の材料である高垂直磁気異方性（ＰＭＡ：Perpendicular Magnetic Anisotropy）材料で構成され、
前記スピンホール層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含み、
前記中間層は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからなる群から選択される材料を含む、
磁気ヘッド。
【請求項2】
グループＥは、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＸ、ＮｉＦｅＸ（Ｘ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、またはＧｅ）、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、およびＣｏ２ＭｎＦｅＧｅのうちの１つ以上で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項3】
グループＦは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣｒＯｘ、ＮｉＸ、ＦｅＸ、またはＣｏＸで構成され、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎ、Ｒｕ、ＧｅおよびＢのうちの１つ以上である、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項4】
グループＧは、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素で積層または合金化されている、グループＡ、Ｄ、またはＥからの非磁性材料および磁性材料で構成され、
グループＡは、体心立方（ＢＣＣ：body centered cubic）材料で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
グループＡは、体心立方（ＢＣＣ：body centered cubic）材料で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項5】
グループＡが、Ｖ、Ｖ３Ａｌ、Ｍｎ３Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、または（１００）テクスチャ層と組み合わせて使用されるＢＣＣ材料で構成され、
請求項４に記載の磁気ヘッド。
請求項４に記載の磁気ヘッド。
【請求項6】
グループＡは、Ｃｒ、ＲｕＡｌ、ＩｒＡｌ、ＣｏＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｒＭｏ、またはＣｒＸで構成され、Ｘは、Ｒｕ、Ｔｉ、ＷおよびＭｏから選択される、
請求項４に記載の磁気ヘッド。
請求項４に記載の磁気ヘッド。
【請求項7】
グループＧは、ａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰおよびＣｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素を含む、強い（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進するアモルファスまたはナノ結晶の合金で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項8】
グループＨは、高ＰＭＡを有するアモルファス希土類遷移金属（ＲＥ－ＴＭ）で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項9】
グループＨは、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＢ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｂ、またはＣｏＺｒＴａＢで構成される、
請求項６に記載の磁気ヘッド。
請求項６に記載の磁気ヘッド。
【請求項10】
グループＨは、
Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｔｂ、またはＣｏＦｅ／Ｔｂ（「／」は、多層スタックの層の分離を示す。）の多結晶スタック、または
（０１２）テクスチャ成長のためにスピンホール層の隣りのアモルファスの高スピン分極層を有する、高ＫｕのＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＦｅＰｔ、およびＦｅＰｔの単層ＰＭＡ材料で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｔｂ、またはＣｏＦｅ／Ｔｂ（「／」は、多層スタックの層の分離を示す。）の多結晶スタック、または
（０１２）テクスチャ成長のためにスピンホール層の隣りのアモルファスの高スピン分極層を有する、高ＫｕのＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＦｅＰｔ、およびＦｅＰｔの単層ＰＭＡ材料で構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項11】
グループＢは、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＭｇＴｉＯ、またはＭｎＯで構成される、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項12】
前記主磁極は、媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）に配置された第１の表面を有し、
前記シールドは、前記ＭＦＳに配置された第２の表面を有し、
前記磁気ヘッドは、前記主磁極と前記シールドとの間に配置された、前記ＭＦＳに配置された第３の表面を有する第１の絶縁層をさらに備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、前記主磁極と前記シールドとの間に配置され、前記ＭＦＳから後退している、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記シールドは、前記ＭＦＳに配置された第２の表面を有し、
前記磁気ヘッドは、前記主磁極と前記シールドとの間に配置された、前記ＭＦＳに配置された第３の表面を有する第１の絶縁層をさらに備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、前記主磁極と前記シールドとの間に配置され、前記ＭＦＳから後退している、
請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項13】
請求項１に記載の磁気ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項14】
主磁極と、
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、
第１のバッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記第１のバッファ層の上に配置された第１のスピンホール層と、
前記第１のスピンホール層の上に配置された第１の中間層と、
前記第１の中間層の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された第２のバッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記第２のバッファ層の上に配置された第２のスピンホール層と、
前記第２のスピンホール層の上に配置された第２の中間層と、を有する、
磁気ヘッド。
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、
第１のバッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記第１のバッファ層の上に配置された第１のスピンホール層と、
前記第１のスピンホール層の上に配置された第１の中間層と、
前記第１の中間層の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された第２のバッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記第２のバッファ層の上に配置された第２のスピンホール層と、
前記第２のスピンホール層の上に配置された第２の中間層と、を有する、
磁気ヘッド。
【請求項15】
前記第１のバッファ層は、多層構造を含む、
請求項１４に記載の磁気ヘッド。
請求項１４に記載の磁気ヘッド。
【請求項16】
前記第２の中間層は、多層構造を含む、
請求項１４に記載の磁気ヘッド。
請求項１４に記載の磁気ヘッド。
【請求項17】
請求項１４に記載の磁気ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項18】
主磁極と、
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、
前記局所スピントロニクスデバイスと前記主磁極または前記シールドとの間に配置された絶縁層と、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、
バッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、
前記スピンホール層の上に配置された中間層と、を有する、
磁気ヘッド。
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に配置された局所スピントロニクスデバイスと、
前記局所スピントロニクスデバイスと前記主磁極または前記シールドとの間に配置された絶縁層と、を備え、
前記局所スピントロニクスデバイスは、
バッファ層と、
アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、前記バッファ層の上に配置されたスピンホール層と、
前記スピンホール層の上に配置された中間層と、を有する、
磁気ヘッド。
【請求項19】
前記バッファ層および前記中間層は、複数の層をそれぞれ含む、
請求項１８に記載の磁気ヘッド。
請求項１８に記載の磁気ヘッド。
【請求項20】
前記スピンホール層は、媒体対向面から後退している、
請求項１８に記載の磁気ヘッド。
請求項１８に記載の磁気ヘッド。
【請求項21】
請求項１８に記載の磁気ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項22】
媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）に配置された主磁極と、
前記ＭＦＳに配置されたシールドと、
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極と前記シールドとの間において前記ＭＦＳに配置された非磁性層と、
前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離後退しており、前記非磁性層の上に配置されたスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、を有する、
磁気記録ヘッド。
前記ＭＦＳに配置されたシールドと、
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極と前記シールドとの間において前記ＭＦＳに配置された非磁性層と、
前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離後退しており、前記非磁性層の上に配置されたスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、を有する、
磁気記録ヘッド。
【請求項23】
前記ＳＯＴ層の厚さに対する前記ＳＯＴ層の長さの比は、１より大きい、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項24】
前記非磁性層は、テーパー形状であり、
前記非磁性層の長さは、前記ＳＯＴ層の長さに実質的に等しい、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
前記非磁性層の長さは、前記ＳＯＴ層の長さに実質的に等しい、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項25】
前記ＳＯＴ層は、アンドープＢｉＳｂを含む、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項26】
前記ＳＯＴ層は、ドープされたＢｉＳｂＸを含み、ドーパントが、約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群から選択される材料である、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項27】
前記シールドと前記非磁性層との間に配置されたスピンブロッキング層をさらに備え、
前記ＳＯＴ層は、前記非磁性層のトレーリング側対向面上に配置されている、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
前記ＳＯＴ層は、前記非磁性層のトレーリング側対向面上に配置されている、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項28】
前記主磁極と前記非磁性層との間に配置されたスピンブロッキング層をさらに備え、
前記ＳＯＴ層は、前記非磁性層の主磁極対向面上に配置されている、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
前記ＳＯＴ層は、前記非磁性層の主磁極対向面上に配置されている、
請求項２２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項29】
請求項２２に記載の磁気記録ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項30】
前記ＳＯＴ層を通して電流を流し、前記ＳＯＴ層から前記非磁性層を通して前記主磁極にスピン流を流すように構成された制御ユニットをさらに備える、
請求項２９に記載の磁気記録装置。
請求項２９に記載の磁気記録装置。
【請求項31】
前記ＳＯＴ層を通して電流を流し、前記ＳＯＴ層から前記非磁性層を通して前記シールドにスピン流を流すように構成された制御ユニットをさらに備える、
請求項２９に記載の磁気記録装置。
請求項２９に記載の磁気記録装置。
【請求項32】
媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）に配置された主磁極と、
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極の上において前記ＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層の上において前記ＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層の上に配置されたシールドと、
前記第１の非磁性層と前記第２の非磁性層との間に配置され、前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離後退しているスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、を有する、
磁気記録ヘッド。
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極の上において前記ＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層の上において前記ＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層の上に配置されたシールドと、
前記第１の非磁性層と前記第２の非磁性層との間に配置され、前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離後退しているスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、を有する、
磁気記録ヘッド。
【請求項33】
前記ＳＯＴ層の厚さに対する前記ＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、
前記ＳＯＴ層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸを含み、ドーパントは、１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群から選択される材料である、
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
前記ＳＯＴ層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸを含み、ドーパントは、１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群から選択される材料である、
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項34】
前記第１の非磁性層と前記第２の非磁性層との間において、前記ＭＦＳに配置されたスピンブロッキング層をさらに備える、
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項35】
前記スピンブロッキング層は、Ｔｉ、Ｒｕ、ＴｉとＲｕ、Ｐｔ、またはＭｎとの二層、ＲｕとＰｔまたはＭｎとの二層、およびそれらの合金、ＡｌＯｘ（ｘは、１以上の整数である。）、ＳｉＮ、およびＭｇＯからなる群から選択される材料を含む、
請求項３４に記載の磁気記録ヘッド。
請求項３４に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項36】
前記第１の非磁性層および前記第２の非磁性層は、それぞれ個別にＣｕまたはＡｌを含む、
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
請求項３２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項37】
請求項３２に記載の磁気記録ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項38】
前記ＳＯＴ層を通して電流を流し、前記ＳＯＴ層から前記第１の非磁性層を通して前記主磁極に第１のスピン流を流し、前記ＳＯＴ層から前記第２の非磁性層を通して前記シールドに第２のスピン流を流すように構成された制御ユニットをさらに備える、
請求項３７に記載の磁気記録装置。
請求項３７に記載の磁気記録装置。
【請求項39】
媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）に配置された主磁極と、
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極の上において前記ＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層の上に配置されたスピンブロッキング層と、
前記スピンブロッキング層の上において前記ＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層の上に配置されたトレーリングシールドと、
前記第１の非磁性層の前記主磁極に対向する面の上に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、
前記第２の非磁性層の上に配置された第２のＳＯＴ層と、を有し、
前記第１のＳＯＴ層および前記第２のＳＯＴ層は、前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離それぞれ個別に後退している、
磁気記録ヘッド。
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備え、
前記非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、
前記主磁極の上において前記ＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層の上に配置されたスピンブロッキング層と、
前記スピンブロッキング層の上において前記ＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層の上に配置されたトレーリングシールドと、
前記第１の非磁性層の前記主磁極に対向する面の上に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層と、
前記第２の非磁性層の上に配置された第２のＳＯＴ層と、を有し、
前記第１のＳＯＴ層および前記第２のＳＯＴ層は、前記ＭＦＳから２０ｎｍ～１００ｎｍの距離それぞれ個別に後退している、
磁気記録ヘッド。
【請求項40】
前記第１のＳＯＴ層の厚さに対する前記第１のＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、
前記第２のＳＯＴ層の厚さに対する前記第２のＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、
前記第１のＳＯＴ層および前記第２のＳＯＴ層は、それぞれ個別にＢｉＳｂを含む、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
前記第２のＳＯＴ層の厚さに対する前記第２のＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、
前記第１のＳＯＴ層および前記第２のＳＯＴ層は、それぞれ個別にＢｉＳｂを含む、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項41】
前記第１の非磁性層および前記第２の非磁性層は、それぞれ個別にテーパー形状であり、
前記第１のＳＯＴ層は、前記第１の非磁性層の主磁極対向面上に配置され、
前記第２のＳＯＴ層は、前記第２の非磁性層のトレーリングシールド対向面上に配置される、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
前記第１のＳＯＴ層は、前記第１の非磁性層の主磁極対向面上に配置され、
前記第２のＳＯＴ層は、前記第２の非磁性層のトレーリングシールド対向面上に配置される、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項42】
前記第１の非磁性層および前記第２の非磁性層は、それぞれ個別に、酸化物、窒化物、アモルファスの非磁性シャントブロック層、または２．１９Å～２．０２Åのｄ間隔の範囲に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属を含む、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項43】
前記スピンブロッキング層は、前記第１のＳＯＴ層と前記第２のＳＯＴ層との間において延在する、
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
請求項３９に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項44】
請求項３９に記載の磁気記録ヘッドを備える、
磁気記録装置。
磁気記録装置。
【請求項45】
前記第１のＳＯＴ層を通して第１の電流を流し、前記第１のＳＯＴ層から前記第１の非磁性層を通して前記主磁極に第１のスピン流を流し、前記第２のＳＯＴ層を通して第２の電流を流し、前記第２のＳＯＴ層から前記第２の非磁性層を通して前記トレーリングシールドに第２のスピン流を流すように構成された制御ユニットをさらに備える、
請求項４４に記載の磁気記録装置。
請求項４４に記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、一般に、磁気媒体ドライブまたはハードディスクドライブなどの磁気媒体用のスピントロニクスデバイスを備える磁気記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【0002】
関連技術の説明
コンピュータの心臓部は、ハードディスクドライブである。ディスクの磁気面に非常に接近して配置された読み取りヘッドおよび書き込みヘッドを通過してディスクが回転すると、ディスクへの情報の書き込みおよびディスクからの情報の読み取りが行われる。マイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ：Microwave Assisted Magnetic Recording）は、磁気記録媒体の記録密度を向上させるエネルギーアシスト記録技術の一種である。
コンピュータの心臓部は、ハードディスクドライブである。ディスクの磁気面に非常に接近して配置された読み取りヘッドおよび書き込みヘッドを通過してディスクが回転すると、ディスクへの情報の書き込みおよびディスクからの情報の読み取りが行われる。マイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ：Microwave Assisted Magnetic Recording）は、磁気記録媒体の記録密度を向上させるエネルギーアシスト記録技術の一種である。
【0003】
ＭＡＭＲでは、高周波の交流磁界を発生させるために、スピントロニクスデバイスが書き込み素子の近くに配置される。交流磁界は磁気記録媒体の実効保磁力を低下させ、書き込み極からの書き込み磁界を低くすることができる。低い書き込み磁界のため、ＭＡＭＲによって磁気記録媒体の高い記録密度が達成される可能性がある。より一般的には、スピントロニクス効果に基づく様々なエネルギー補助記録アプローチが検討されており、磁気記録デバイスに使用するための改良されたスピントロニクスデバイスが当技術分野で必要とされている。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、一般に、磁気媒体ドライブなどの磁気媒体用のスピントロニクスデバイスを備える磁気記録ヘッドに関する。
【0005】
スピントロニクスデバイスは、局所または非局所のスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin-Orbit Torque）スピントロニクスデバイスである。
【0006】
局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスは、少なくとも１つのスピンホール層と、少なくとも１つのバッファ層と、少なくとも１つの中間層と、を含む。バッファ層は書き込みヘッドの主磁極に近接して配置され、中間層は書き込みヘッドのシールドに近接して配置される。スピンホール層は、バッファ層と中間層との間に配置される。スピントロニクスデバイスは、媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）に配置されてもよいし、ＭＦＳから離れた位置に配置されてもよい。スピントロニクスデバイスは、主磁極、シールド、またはその両方にスピン流を注入できる。
【0007】
一つの実施形態では、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、主磁極と、シールドと、主磁極とシールドとの間に配置されたスピントロニクスデバイスと、を備える。スピントロニクスデバイスは、グループＢ、グループＣ、グループＤ、グループＥ、グループＦ、グループＧ、およびグループＨから選択される材料を含む主磁極の上に配置されたバッファ層と、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含むバッファ層の上に配置されたスピンホール層と、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨから選択される材料を含む、スピンホール層の上に配置された中間層を含む。グループＢは、面心立方（ＦＣＣ：Face Centered Cubic）酸化物材料で構成される。グループＣは、１００μΩ・ｃｍを超える抵抗率を有する、成膜条件によってはアモルファスからナノ結晶の薄膜として成膜可能な材料で構成される。グループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌを含む非磁性ホイスラー材料で構成される。グループＥは、スピン分極率が大きく、スピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高分極率層で構成される。グループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸのテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗な電気的シャントブロック層で構成される。グループＧは、２．１９Ａ～２．０２Ａのｄ間隔に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属アモルファスまたはセラミックアモルファス材料で構成される。グループＨは、アモルファスまたは結晶材料である高垂直磁気異方性（ＰＭＡ：Perpendicular Magnetic Anisotropy）材料で構成される。
【0008】
別の実施形態では、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気ヘッドは、主磁極と、シールドと、主磁極とシールドとの間に配置されたスピントロニクスデバイスと、を備える。スピントロニクスデバイスは、第１のバッファ層と、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、バッファ層の上に配置された第１のスピンホール層と、第１のスピンホール層の上に配置された第１の中間層と、第１の中間層の上に配置された絶縁層と、絶縁層の上に配置された第２のバッファ層と、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む、第２のバッファ層の上に配置された第２のスピンホール層と、第２のスピンホール層の上に配置された第２の中間層を含む。
【0009】
非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、ＭＦＳに配置されたシールドと、シールドと主磁極との間に配置されたスピンブロッキング層と、主磁極とシールドとの間においてＭＦＳに配置された少なくとも１つの非磁性層と、非磁性層の上に配置され、ＭＦＳから約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離後退している少なくとも１つのスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、を備える。少なくとも１つのＳＯＴ層は、ＢｉＳｂを含む。
【0010】
一つの実施形態では、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、ＭＦＳに配置されたシールドと、主磁極とシールドとの間においてＭＦＳに配置された非磁性層と、ＭＦＳから約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離後退している、非磁性層の上に配置されたスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、を備える。
【0011】
さらに別の実施形態では、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、主磁極の上においてＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、第１の非磁性層の上に配置されたスピンブロッキング層と、スピンブロッキング層の上においてＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、第２の非磁性層の上に配置されたトレーリングシールドと、第１の非磁性層の上に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、第２の非磁性層の上に配置された第２のＳＯＴ層と、を備える。第１のＳＯＴ層および第２のＳＯＴ層は、約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離ＭＦＳからそれぞれ後退している。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本開示の上述の特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、添付図面にその一部が例示される実施形態を参照することによって有することができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを図示しており、したがって、本開示は、他の同様に有効な実施形態を認めることができるため、その範囲を限定するものとみなされないことに留意されたい。
【図4A-4D】図４Ａは、一つの実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略図である。図４Ｂは、図４Ａの書き込みヘッドのスピントロニクスデバイスの分解図である。図４Ｃは、一つの実施形態による多層バッファ層の概略図である。図４Ｄは、一つの実施形態による多層中間層の概略図である。
【図5A-5D】図５Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略図である。図５Ｂは、図５Ａの書き込みヘッドのスピントロニクスデバイスの分解図である。図５Ｃは、一つの実施形態による多層バッファ層の概略図である。図５Ｄは、一つの実施形態による多層中間層の概略図である。
【図6A-6D】図６Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略図である。図６Ｂは、図６Ａの書き込みヘッドのスピントロニクスデバイスの分解図である。図６Ｃは、一つの実施形態による多層中間層の概略図である。図６Ｄは、一つの実施形態による多層絶縁層の概略図である。
【図7A-7D】図７Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略図である。図７Ｂは、図７Ａの書き込みヘッドのスピントロニクスデバイスの分解図である。図７Ｃは、一つの実施形態による多層バッファ層の概略図である。図７Ｄは、一つの実施形態による多層絶縁層の概略図である。
【図8A-8D】図８Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略図である。図８Ｂは、図８Ａの書き込みヘッドのスピントロニクスデバイスの分解図である。図８Ｃは、一つの実施形態による多層バッファ層の概略図である。図８Ｄは、一つの実施形態による多層中間層の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指定するために、可能な限り同一の参照数字が使用されている。ある実施形態に開示された要素は、具体的に説明することなく、他の実施形態に有益に利用され得るとする。
【0014】
詳細説明
以下では、本開示の実施形態について言及する。しかしながら、本開示は、具体的に記載された実施形態に限定されないことが理解されるべきである。その代わりに、異なる実施形態に関連するか否かにかかわらず、以下の特徴および要素の任意の組み合わせが、本開示を実施および実践するために企図される。さらに、本開示の実施形態は、他の可能な解決策に対する、および／または従来技術に対する利点を達成し得るが、特定の利点が所与の実施形態によって達成されるか否かは、本開示を限定するものではない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態、および利点は、単に例示であり、請求項（複数可）に明示的に記載されている場合を除き、添付の請求項の要素または限定とはみなされない。同様に、「本開示」への言及は、本明細書において開示される任意の発明的主題の一般化として解釈されず、請求項において明示的に記載される場合を除き、添付の請求項の要素または限定とはみなされない。
以下では、本開示の実施形態について言及する。しかしながら、本開示は、具体的に記載された実施形態に限定されないことが理解されるべきである。その代わりに、異なる実施形態に関連するか否かにかかわらず、以下の特徴および要素の任意の組み合わせが、本開示を実施および実践するために企図される。さらに、本開示の実施形態は、他の可能な解決策に対する、および／または従来技術に対する利点を達成し得るが、特定の利点が所与の実施形態によって達成されるか否かは、本開示を限定するものではない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態、および利点は、単に例示であり、請求項（複数可）に明示的に記載されている場合を除き、添付の請求項の要素または限定とはみなされない。同様に、「本開示」への言及は、本明細書において開示される任意の発明的主題の一般化として解釈されず、請求項において明示的に記載される場合を除き、添付の請求項の要素または限定とはみなされない。
【0015】
本開示は、一般に、磁気媒体ドライブなどの磁気媒体用の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを含む磁気記録ヘッドに関する。スピントロニクスデバイスは、少なくとも１つのスピンホール層と、少なくとも１つのバッファ層と、少なくとも１つの中間層とを含む。バッファ層は、書き込みヘッドの主磁極に近接して配置され、中間層は、書き込みヘッドのトレーリングシールドに近接して配置される。スピンホール層は、バッファ層と中間層との間に配置される。スピントロニクスデバイスは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置されていてもよいし、ＭＦＳから後退してもよい。スピントロニクスデバイスは、主磁極、トレイリングシールド、またはその両方にスピン流を注入できる。
【0016】
図１は、一つの実施形態による磁気記録装置１００の概略図である。磁気記録装置１００は、書き込みヘッドなどの磁気記録ヘッドを含む。磁気記録装置１００は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）などの磁気媒体ドライブである。このような磁気媒体ドライブは、単一のドライブ／デバイスであってもよいし、複数のドライブ／デバイスを含んでもよい。図示を容易にするために、図１に示される実施態様では、単一のディスクドライブが磁気記録装置１００として示されている。磁気記録装置１００（例えば、ディスクドライブ）は、スピンドル１１４上に支持され、駆動モータ１１８によって回転される少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２を含む。各回転可能磁気ディスク１１２上の磁気記録は、回転可能磁気ディスク１１２上の同心データトラックの環状パターンなど、データトラックの任意の適切なパターンの形態である。
【0017】
少なくとも１つのスライダ１１３が回転可能な磁気ディスク１１２の近傍に配置されている。各スライダ１１３はヘッドアセンブリ１２１を支持する。ヘッドアセンブリ１２１は、スピントロニクスデバイスを含む書き込みヘッドなどの１つ以上の磁気記録ヘッド（読み取り／書き込みヘッドなど）を含む。回転可能磁気ディスク１１２が回転すると、ヘッドアセンブリ１２１が、所望のデータが書き込まれる回転可能磁気ディスク１１２の異なるトラックにアクセスできるように、スライダ１１３は、ディスク表面１２２上を半径方向に出入りする。各スライダ１１３は、サスペンション１１５を介してアクチュエータアーム１１９に取り付けられている。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に向かって付勢するわずかなばね力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ１２７に取り付けられている。図１に示すアクチュエータ１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Voice Coil Motor）であってよい。ＶＣＭは、固定磁界内で移動可能なコイルを含み、コイル移動の方向および速度は、制御ユニット１２９から供給されるモータ電流信号によって制御される。
【0018】
ヘッドアセンブリ１２１の書き込みヘッドなどのヘッドアセンブリ１２１は、ディスク表面１２２に面する空気軸受面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）などの媒体対向面（ＭＦＳ）を含む。磁気記録装置１００の動作中、回転可能な磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間に空気または気体の軸受が発生し、この軸受がスライダ１１３に上向きの力または揚力を及ぼす。このようにして、空気または気体軸受は、サスペンション１１５のわずかなばね力に対抗し、動作中、スライダ１１３を、ディスク表面１２２から外れて、実質的に一定の小さな間隔だけわずかに上方に支持する。
【0019】
磁気記録装置１００の各構成要素は、アクセス制御信号および内部クロック信号など、制御ユニット１２９が生成する制御信号によって動作制御される。制御ユニット１２９は、論理制御回路、記憶手段、マイクロプロセッサを含む。制御ユニット１２９は、ライン１２３上の駆動モータ制御信号、ライン１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号など、様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３を回転可能磁気ディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動および位置決めするための所望の電流プロファイルを提供する。書き込み信号および読み出し信号は、記録チャネル１２５によってヘッドアセンブリ１２１との間で通信される。他の実施形態と組み合わせることができる一つの実施形態では、磁気記録装置１００は、複数の媒体、またはディスク、複数のアクチュエータ、および／または複数のスライダをさらに含むことができる。
【0020】
図２は、一つの実施態様による、図１に示す回転可能磁気ディスク１１２または他の磁気記憶媒体に面するヘッドアセンブリ２００の断面側面図の概略図である。ヘッドアセンブリ２００は、図１で説明したヘッドアセンブリ１２１に対応することができる。ヘッドアセンブリ２００は、回転可能磁気ディスク１１２に面するＡＢＳなどのＭＦＳ２１２を含む。図２に示すように、回転可能磁気ディスク１１２は矢印２３２で示す方向に相対的に移動し、ヘッドアセンブリ２００は矢印２３４で示す方向に相対的に移動する。
【0021】
他の実施形態と組み合わせることができる一つの実施形態では、ヘッドアセンブリ２００は、磁気読み取りヘッド２１１を含む。磁気読み取りヘッド２１１は、シールドＳ１およびＳ２の間に配置された検知素子２０４を含むことができる。検知素子２０４は、磁気抵抗（ＭＲ：Magnetoresistive）検知素子であり、このような素子は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive）効果、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）効果、異常磁気抵抗（ＥＭＲ：Extraordinary Magneto-Resistive）効果、またはスピントルク発振器（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）効果を発揮する。回転可能な磁気ディスク１１２内の磁化された領域の磁界は、垂直記録ビットまたは長手方向記録ビットのように、記録ビットとして検知素子２０４によって検出可能である。
【0022】
ヘッドアセンブリ２００は、書き込みヘッド２１０を含む。他の実施形態と組み合わせることができる一つの実施形態では、書き込みヘッド２１０は、主磁極２２０と、リーディングシールド２０６と、トレーリングシールド（ＴＳ：Trailing Shield）２４０と、主磁極２２０とＴＳ２４０との間に配置されたスピントロニクスデバイス２３０とを含む。主磁極２２０、スピントロニクスデバイス２３０、リーディングシールド２０６、およびＴＳ２４０のそれぞれは、ＭＦＳにおいてフロント部分を有する。様々な実施形態は、（ＳＯＴベースのデバイスの形態の）スピントロニクスデバイス２３０を主磁極２２０とＴＳ２４０との間の隙間に配置した状態で図示されているが、スピントロニクスデバイス２３０は、主磁極２２０と主磁極の他のシールド（例えば、サイドシールドまたはリーディングシールド）との間に配置できることに留意されたい。したがって、以下のトレーリングシールドの言及は、リーディングシールドまたはサイドシールドなどの他のシールドで代用することができる。このようなトレーリングシールドの実装は、例示のために提供されるものであり、実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。
【0023】
主磁極２２０は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＮｉＦｅまたはＦｅＮｉＲｅなどの磁性材料、他の適切な磁性材料を含む。他の実施形態と組み合わせることができる一つの実施形態では、主磁極２２０は、ランダムなテクスチャで形成された体心立方（ＢＣＣ）材料などのランダムなテクスチャの磁性材料の小粒を含む。一例では、主磁極２２０のランダムなテクスチャは、メッキによって形成される。書き込みヘッド２１０は、回転可能磁気ディスク１１２の磁気記録媒体に影響を与えるための書き込み磁界を生成するために主磁極２２０を励起するコイル２１８を主磁極２２０の周囲に含む。コイル２１８は、らせん構造であってもよいし、１組以上のパンケーキ構造であってもよい。
【0024】
他の実施形態と組み合わせることができる一つ実施形態では、主磁極２２０は、トレーリングテーパ２４２およびリーディングテーパ２４４を含む。トレーリングテーパ２４２は、ＭＦＳ２１２の離れた位置からＭＦＳ２１２まで延びている。リーディングテーパ２４４は、ＭＦＳ２１２の離れた位置からＭＦＳ２１２まで延びている。トレーリングテーパ２４２およびリーディングテーパ２４４は、主磁極２２０の長手方向軸２６０に対して同じ程度のテーパを有してもよいし、異なる程度のテーパを有してもよい。他の実施形態と組み合わせることができる一つの実施形態では、主磁極２２０は、トレーリングテーパ２４２およびリーディングテーパ２４４を含まない。このような実施形態では、主磁極２２０は、実質的に平行であるトレーリングサイトおよびリーディングサイトを含む。
【0025】
ＴＳ２４０は、ＦｅＮｉなどの磁性材料または他の適切な磁性材料を含み、第２の電極および主磁極２２０の戻り極として機能する。リーディングシールド２０６は、電磁シールド機能を提供することができ、リーディングギャップ２５４によって主磁極２２０から分離されている。
【0026】
いくつかの実施形態では、スピントロニクスデバイス２３０は、ＳＨＥに基づく局所ＳＯＴデバイスであり、書き込みを補助するために主磁極２２０に近接して配置される。そのような実施形態では、電流源２７０からスピントロニクスデバイス２３０に電流が印加される。スピンホール効果（ＳＨＥ：Spin Hall Effect）層とも呼ばれるスピンホール層からのスピン軌道トルク（ＳＯＴ）は、主磁極またはトレーリングシールドにこの補助を提供する。ＳＨＥ層内の面内電流（ＣＩＰ：Current In Plane）により、面に垂直に生成されたスピン流がＳＨＥ層の上面と下面に蓄積される。ＳＨＥ層と接触している磁性層（例えば、主磁極またはトレイリングシールド）は、ＣＩＰに対して横方向のトルクを受けることになり、書き込み可能性を向上させるために書き込み極を磁化するのに役立つ可能性がある。ＣＩＰに対して横方向のトルクは、主磁極の高速スイッチングを補助し、主磁極は高速スイッチングのためにより速く磁化するため、ＣＩＰに対して横方向のトルクにより書き込み性が向上する。
【0027】
いくつかの実施形態では、スピントロニクスデバイス２３０は、ＳＨＥに基づく非局所ＳＯＴデバイスであり、書き込みを補助するために主磁極２２０に近接して配置される。スピンホール効果（ＳＨＥ）層またはＳＯＴ層からのスピン軌道トルク（ＳＯＴ）は、実施形態によっては、主磁極および／またはトレーリングシールドと接触している非磁性層にスピン流を注入する。スピン流は、主磁極および／またはトレーリングシールドを磁化し、書き込みギャップ磁界を減少させるため、主磁極および／またはトレーリングシールドの磁化の切り替えを補助し、書き込み性を向上させる。
【0028】
図３Ａおよび図３Ｂは、様々な実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッドの概略断面図である。図３Ａに示すように、電流（Ｊｃ）は、主磁極３０６とトレーリングシールド３０８との間に延びる軸に垂直にスピンホール層３０２に注入される。スピンホール層３０２は主磁極３０６およびトレーリングシールド３０８の両方に直接接触しているため、Ｊｃの１００％がＳＨＬ層３０２の内部を流れるわけではない電流シャントが発生する。トレーリングシールド３０８とスピンホール層３０２との間、および主磁極３０６とスピンホール層３０２との間に、高い抵抗率を有する図３Ｂに示すスピンブロッキング層（ＳＢＬ：Spin Blocking Layer）３０４を挿入することにより、ＳＢＬ３０４の抵抗率がＳＨＥ材料の抵抗率よりも高いため、シャントが遮断される。ＳＢＬ３０４は、一つの実施形態では、ＳＨＥ材料によるＳＯＴを受け、および／またはトレーリングシールド３０８もしくは主磁極３０６との交換結合をする磁性体である。
【0029】
図４Ａは、一つの実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド４００の概略図である。図４Ｂは、図４Ａの書き込みヘッド４００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスの分解図である。書き込みヘッド４００は、主磁極４０２、トレーリングシールド４０４、およびサイドシールド４０６を含む。局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス４０８は、主磁極４０２とトレーリングシールド４０４との間に配置される。局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス４０８は、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４を含む。
【0030】
局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス４０８は、トレーリングシールド４０４、主磁極４０２、およびサイドシールド４０６と同様に、ＭＦＳ４３０にある。特に、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４はそれぞれＭＦＳに表面を有している。ＭＦＳにおける表面は、「Ｘ」方向に延びる幅ｗおよび「Ｙ」方向に延びる高さｈを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に延びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極４０２とトレーリングシールド４０４との間に延びる寸法である。幅は、ＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４が異なる幅および深さを有してもよい。さらに、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４は異なる高さを有するように示されているが、バッファ層４１０、スピンホール層４１２、および中間層４１４が同一の高さを有してもよい。
【0031】
動作中、電流（Ｊｃ）はスピンホール層４１２に注入され、平面に対して横方向に流れ、スピンはＳＨＥからスピンホール層の上下に蓄積される。スピン流（Ｊｓ）は自然に発生し、トレーリングシールド４０４および主磁極４０２に流れる。中間層４１４およびバッファ層４１０は、スピンホール層を（０１２）配向に最適化し、その間に拡散と粗さを最小にすることで、トレーリングシールド４０４および主磁極４０２の上のスピンホール層によるトルクを高め、書き込み性を向上させる。
【0032】
テクスチャ（１００）またはアモルファスシード層を使用してテクスチャ付きスピンホール層ＢｉＳｂ（０１２）成長を行う局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスには、多数の材料を使用できる。材料の一群であるグループＡは、Ｖ、Ｖ３Ａｌ、Ｍｎ３Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０のような体心立方（ＢＣＣ：Body Centered Cubic）材料、またはＣｒ（～２５０℃以上で加熱）、ＲｕＡｌ、ＩｒＡｌ、ＣｏＡｌ、Ｂ２相、ＮｉＡｌ－Ｂ２相、ＣｒＭｏ（Ｍｏ～２０～５０ａｔ．％）－Ａ２，Ｂ２相、Ａ２ＣｒＸ（Ｘは、約１０ａｔ．％であり、～２５０℃以上で加熱され、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏから選択される。）のような（１００）テクスチャ層と組み合わせて使用されるＢＣＣ材料を含む。
【0033】
グループＡの材料は、トレーリングの層にテクスチャリングを提供し、ＭｇＯ（１００）テクスチャリング層スタックと呼ばれることがある。一般的に言えば、タンタル、タングステン、チタンの合金のようなホウ素親和性の高い元素または合金を蒸着し、次にホウ素を含む磁性層を蒸着すると、コバルト鉄ホウ素またはコバルトホウ素のような非晶質磁性層材料が形成されるが、ホウ素は磁性コバルト鉄またはコバルト層を残して引き抜かれる。その層の上に、（１００）テクスチャを持つＭｇＯを形成することができる。ＭｇＯ（１００）を作る他の方法としては、加熱したクロムおよびルテニウムアルミニウムをテクスチャ状に成長させることが挙げられる。ＭｇＯ（１００）テクスチャ層スタックは、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、またはこれらの元素を含む合金の薄い高Ｂゲッタリング合金シード層の上にＣｏＦｅＢの磁性ボロン合金またはＣｏＢを堆積させ、さらに、その上にＣｏまたはＣｏＦｅを堆積させた磁性二重層の上に薄いＭｇＯを堆積させることによっても製造できる。
【0034】
別の材料グループであるグループＢは、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＭｇＴｉＯ、ＭｎＯなどの面心立方（ＦＣＣ）酸化物材料を含む。別のグループＣは、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＶＣ、Ｗ０．８Ｚｒ０．２ＣなどのＦＣＣ窒化物および炭化物を含む。グループＣの材料は、成膜条件によってはアモルファスからナノ結晶の薄膜として成膜できる。グループＣの材料の抵抗率は、１００～２００μΩ・ｃｍを超える。
【0035】
別のグループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌなどの非磁性ホイスラー材料を含む。別の一つのグループＥは、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＸ、ＮｉＦｅＸ（Ｘ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、またはＧｅ）、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、およびＣｏ２ＭｎＦｅＧｅを含む、スピン分極が大きく、スピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高分極層である。別の一つのグループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗の電気的シャントブロック層を含む。これらには、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣｒＯｘ、ＮｉＸ、ＦｅＸ、およびＣｏＸが含まれ、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎ、Ｒｕ、Ｇｅ、およびＢを含むこれらの元素の１つまたは複数であり得る。
【0036】
別の一つの材料グループＧは、最近傍Ｘ線回折ピークが２．１９Ａ～２．０２Ａのｄ間隔の範囲にある金属非晶質材料またはセラミック非晶質材料で構成される。このような材料は、グループＡ、Ｄ、またはＥの非磁性材料および磁性材料を含み、これらの材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素と積層または合金化されている。これらは効果的に非磁性アモルファス層を形成し、アモルファス材料を生成するか、ａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰなどのアモルファス材料から始まる。グループＧはまた、ａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰおよびＣｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素を含む、強い（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進するアモルファス／ナノ結晶合金を含んでよい。
【0037】
さらに別の材料グループであるグループＨは、アモルファスまたは結晶材料であり得る高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）材料である。ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＢ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｂのような高いＰＭＡを持つアモルファス希土類遷移金属（ＲＥ－ＴＭ：Rare Earth Transition Metals）、またはＣｏＺｒＴａＢのような重金属を使用できる。このＣｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｔｂ、またはＣｏＦｅ／Ｔｂの多層多結晶スタック（「／」は、多層スタック内の層の分離を示す。）、または高いＫｕを有するＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＦｅＰｔ、およびＦｅＰｔのような単層ＰＭＡ材料は、（０１２）テクスチャ成長のためにスピンホール層の隣りにアモルファスの高スピン分極層と共に使用できる。
【0038】
図４Ａおよび図４Ｂの実施形態では、バッファ層４１０は、ＭＦＳから磁極内および磁極を横切って延在していてもよい。一つの実施形態では、バッファ層４１０は、図４Ｃに示すような多層構造であってよく、主磁極４０２に隣接する最下層４１０ＡがグループＤ、Ｅ、またはＨからの材料で構成され、最下層４１０Ａに隣接する中間層４１０ＢがグループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、スピンホール層４１２に隣接する最上層４１０ＣがグループＧからの材料を含む。
【0039】
中間層４１４は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成されてよい。一つの実施形態では、中間層４１４は、図４Ｄに示すように多層構造であってよく、スピンホール層４１２に隣接する最下層４１４Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、トレーリングシールド４０４に隣接する最上層４１４Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料を含む。
【0040】
スピンホール層４１２は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよく、ここで、ドーパントは約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせである。スピンホール層４１２は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0041】
図５Ａは、別の実施形態による、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド５００の概略図である。図５Ｂは、図５Ａの書き込みヘッド５００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス５０８の分解図である。書き込みヘッド５００は、主磁極５０２、トレーリングシールド５０４、およびサイドシールド５０６を備える。局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス５０８は、主磁極５０２とトレーリングシールド５０４との間に配置される。スピントロニクスデバイス５０８は、第１のバッファ層５１０、第１のスピンホール層５１２、第１の中間層５１４、絶縁層５１６、第２のバッファ層５１８、第２のスピンホール層５２０、および第２の中間層５２２を含む。
【0042】
ＭＦＳの表面は、「Ｘ」方向に伸びる幅ｗと「Ｙ」方向に伸びる高さｈとを有し、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に伸びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極５０２とトレーリングシールド５０４との間において延びる寸法である。幅は、ＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。スピントロニクスデバイス５０８は、トレーリングシールド５０４、主磁極５０２、およびサイドシールド５０６と同様にＭＦＳにある。特に、バッファ層５１０、５１８、スピンホール層５１２、５２０、絶縁層５１６、および中間層５１４、５２２は、それぞれＭＦＳに表面を有している。ＭＦＳの表面は幅および高さを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は深さも有する。
【0043】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、バッファ層５１０、５１８、スピンホール層５１２、５２０、絶縁層５１６、および中間層５１４、５２２はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層５１０、５１８、スピンホール層５１２、５２０、絶縁層５１６、および中間層５１４、５２２は異なる幅および深さを有してもよい。
【0044】
動作中、電流（Ｊｃ）は各スピンホール層に注入され、平面に対して横方向に流れる。トレーリングシールド５０４および主磁極５０２の電源には別の電流源が使用される。スピンは、ＳＨＥから各スピンホール層５１２、５２０の上下に蓄積され、トレーリングシールド５０４および主磁極５０２にトルクを生じさせ、書き込み性を向上させる。絶縁層５１６は、２つのスタックを分離するために使用され、第１のスタックは、第１のバッファ層５１０、第１のスピンホール層５１２、および第１の中間層５１４であり、第２のスタックは、第２のバッファ層５１８、第２のスピンホール層５２０、および第２の中間層５２２である。
【0045】
図５Ａおよび図５Ｂの実施形態では、第１のバッファ層５１０は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成され得る。一つの実施形態では、第１のバッファ層５１０は、図５Ｃに示すような多層構造であってよく、主磁極５０２に隣接する最下層５１０Ａが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料で構成され、最下層５１０Ａに隣接する中間層５１０Ｂが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、第１のスピンホール層５１２に隣接する最上層５１０Ｃが、グループＧからの材料を含む。全体として、スピントロニクスデバイス５０８、特に最下層５１０Ａ、中間層５１０Ｂ、および最上層５１０Ｃは、書き込みギャップ内に収まる。
【0046】
第１の中間層５１４はｘ方向と－ｘ方向に延びており、電気的接続を作るために均一であるのに対し、絶縁層５１６およびバッファ層５１８も延びており、これも均一である。絶縁層５１６および第２のバッファ層５１８は、共にシャントを防止するために非導電性である。第１の中間層５１４は、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧの材料で構成されてよい。第１の中間層５１４は、絶縁層５１６および第２のバッファ層５１８の幅と実質的に等しい幅を有するべきである。
【0047】
第１のスピンホール層５１２は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよく、ここで、ドーパントは約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせである。第１のスピンホール層５１２は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0048】
上述のように、絶縁層５１６は、第１の中間層５１４および第２のバッファ層５１８の幅と実質的に等しい幅を有することができる。
【0049】
一つの実施形態では、第２のバッファ層５１８および絶縁層５１６は、第１の中間層５１４がグループＢまたはグループＣの材料で構成され、第１の中間層５１４が、第２のスピンホール層５２０を（０１２）の結晶方位にエピタキシャル成長させるために使用される場合に、任意である。
【0050】
第２のスピンホール層５２０は、電気的接続を行うことができるように、第１のスピンホール層５１２の幅よりも小さい幅を有することができる。第２のスピンホール層５２０は、ドーパントが約１０ａｔ．％未満であり、Ｘが、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせで抽出される、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよい。第２のスピンホール層５２０は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0051】
第２の中間層５２２は、デバイスに電力を供給するために使用されるリードの幅に実質的に等しい幅を有することができる。第２の中間層５２２は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨからの材料で構成されてよい。一つの実施形態では、第２の中間層５２２は、図５Ｄに示すように多層構造であってよく、第２のスピンホール層５２０に隣接する最下層５２２Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧの材料で構成され、トレーリングシールド５０４に隣接する最上層５２２Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨの材料を含む。
【0052】
図６Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド６００の概略図である。図６Ｂは、図６Ａの書き込みヘッド６００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス６０８の分解図である。書き込みヘッド６００は、主磁極６０２、トレーリングシールド６０４、およびサイドシールド６０６を備える。スピントロニクスデバイス６０８は、主磁極６０２とトレーリングシールド６０４との間に配置される。スピントロニクスデバイス６０８は、絶縁層６１０、バッファ層６１２、スピンホール層６１４、および中間層６１６を含む。
【0053】
ＭＦＳの表面は、「Ｘ」方向に延びる幅ｗと「Ｙ」方向に延びる高さｈを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に延びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極６０２とトレーリングシールド６０４との間に延びる寸法である。幅は、ＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス６０８は、トレーリングシールド６０４、主磁極６０２、およびサイドシールド６０６と同様にＭＦＳにある。特に、バッファ層６１２、スピンホール層６１４、絶縁層６１０、および中間層６１６はそれぞれ、ＭＦＳに表面を有する。ＭＦＳの表面は幅および高さを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は深さも有する。
【0054】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、バッファ層６１２、スピンホール層６１４、絶縁層６１０、および中間層６１６はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層６１２、スピンホール層６１４、絶縁層６１０、および中間層６１６は異なる幅および深さを有してもよい。
【0055】
動作中、電流（Ｊｃ）はスピンホール層６１４に注入され、平面に対して横方向に流れる。バッファ層６１２の下方で主磁極６０２と接触する絶縁層６１０は、トルクが主磁極６０２に影響するのを阻止するために使用される。スピンはＳＨＥからスピンホール層６１４の上部に蓄積され、これによりトレーリングシールド５０４にのみトルクが発生し、書き込み性が改善される。
【0056】
図６Ａおよび図６Ｂの実施形態では、バッファ層６１２は、グループＧからの材料で構成されてもよい。中間層６１６は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成されてもよい。一つの実施形態では、中間層６１６は、図６Ｃに示されるような多層構造であってもよく、スピンホール層６１４に隣接する最下層６１６Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、トレーリングシールド６０４に隣接する最上層６１６Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料を含む。
【0057】
スピンホール層６１４は、ドーパントが約１０ａｔ．％未満であり、Ｘが、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせで抽出される、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよい。スピンホール層６１４は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0058】
絶縁層６１０は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨの材料で構成されてもよい。一つの実施形態では、絶縁層６１０は、図６Ｄに示すように多層構造であってもよく、主磁極６０２に隣接する最下層６１０Ａが、グループＤ、Ｅ、またはＨの材料で構成され、バッファ層６１２に隣接する最上層６１０Ｂが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧの材料を含む。
【0059】
図７Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド７００の概略図である。図７Ｂは、図７Ａの書き込みヘッド７００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス７０８の分解図である。書き込みヘッド７００は、主磁極７０２、トレーリングシールド７０４、およびサイドシールド７０６を含む。スピントロニクスデバイス７０８は、主磁極７０２とトレーリングシールド７０４との間に配置される。スピントロニクスデバイス７０８は、バッファ層７１０、スピンホール層７１２、中間層７１４、および絶縁層７１６を含む。
【0060】
ＭＦＳの表面は、「Ｘ」方向に延びる幅ｗと「Ｙ」方向に延びる高さｈを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に延びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極７０２とトレーリングシールド７０４との間に延びる寸法である。幅は、ＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。スピントロニクスデバイス７０８は、トレーリングシールド７０４、主磁極７０２、およびサイドシールド７０６と同様にＭＦＳにある。特に、バッファ層７１０、スピンホール層７１２、絶縁層７１６、および中間層７１４はそれぞれＭＦＳに表面を有する。ＭＦＳの表面は幅と高さを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は深さも有する。
【0061】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、バッファ層７１０、スピンホール層７１２、絶縁層７１６、および中間層７１４はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層７１０、スピンホール層７１２、絶縁層７１６、および中間層７１４は異なる幅および深さを有してもよい。
【0062】
動作中、電流（Ｊｃ）はスピンホール層７１２に注入され、平面に対して横方向に流れる。中間層７１４の上方でトレーリングシールド７０４と接触する絶縁層７１６は、トルクがトレーリングシールド７０４に影響するのを阻止するために使用される。スピンは、ＳＨＥからスピンホール層７１２の底部に蓄積され、これにより主磁極７０２にのみトルクが発生し、書き込み性が向上する。
【0063】
図７Ａおよび図７Ｂの実施形態では、バッファ層７１０は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成され得る。一つの実施形態では、バッファ層７１０は、図７Ｃに示すような多層構造であってもよく、主磁極７０２に隣接する最下層７１０Ａが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料で構成され、最下層７１０Ａに隣接する中間層７１０Ｂが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、スピンホール層７１２に隣接する最上層７１０ＣがグループＧからの材料を含む。最下層７１０Ａ、中間層７１０Ｂ、および最上層７１０Ｃは、スピンホール層７１２の高さに実質的に等しい高さを有してもよい。
【0064】
スピンホール層７１２は、ドーパントが約１０ａｔ．％未満であるアンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよい。ここで、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのような、Ｂｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅのような、前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせから抽出される。スピンホール層７１２は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0065】
絶縁層７１６は、スピンホール層７１２を露出させないのに十分な幅を有してもよい。絶縁層７１６は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成されてもよい。一つの実施形態では、絶縁層７１６は、図７Ｄに示されるような多層構造であってもよく、中間層７１４に隣接する最下層７１６Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、トレーリングシールド７０４に隣接する最上層７１６Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料を含む。最下層７１６Ａおよび最上層７１６Ｂは、スピンホール層７１２を露出させないのに十分な高さを有する。
【0066】
図８Ａは、別の実施形態による局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド８００の概略図である。図８Ｂは、図８Ａの書き込みヘッド８００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス８０８の分解図である。書き込みヘッド８００は、主磁極８０２、トレーリングシールド８０４、およびサイドシールド８０６を備える。スピントロニクスデバイス８０８は、主磁極８０２とトレーリングシールド８０４との間に配置される。スピントロニクスデバイス８０８は、バッファ層８１０、スピンホール層８１２、中間層８１４、および絶縁層８１６を含む。
【0067】
ＭＦＳの表面は、「Ｘ」方向に伸びる幅ｗおよび「Ｙ」方向に伸びる高さｈを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に伸びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極８０２とトレーリングシールド８０４との間に延びる寸法である。幅はＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。スピントロニクスデバイス８０８のバッファ層８１０、スピンホール層８１２、および中間層８１４は、ＭＦＳから後退している。絶縁層８１６、トレーリングシールド８０４、主磁極８０２、およびサイドシールド８０６はすべて、ＭＦＳに表面を有する。
【0068】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、バッファ層８１０、スピンホール層８１２、および中間層８１４はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層８１０、スピンホール層８１２、および中間層８１４は異なる幅および深さを有してもよい。
【0069】
動作中、電流（Ｊｃ）はスピンホール層８１２に注入され、平面に対して横方向に流れる。バッファ層８１０、スピンホール層８１２、および中間層８１４の前にある絶縁層８１６は、バッファ層８１０、スピンホール層８１２、および中間層８１４を信頼性および拡散の問題から守る。スピンは、ＳＨＥからスピンホール層８１２の上部および下部に蓄積され、主磁極８０２およびトレーリングシールド８０４にトルクを生じさせ、書き込み性を向上させる。
【0070】
図８Ａおよび図８Ｂの実施形態では、バッファ層８１０は、スピンホール層８１２が露出しないように十分な幅を有することができる。バッファ層８１０は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨからの材料で構成されてよい。一つの実施形態では、バッファ層８１０は、図８Ｃに示すような多層構造であってもよく、主磁極８０２に隣接する最下層８１０Ａが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料で構成され、最下層８１０Ａに隣接する中間層８１０Ｂが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、スピンホール層８１２に隣接する最上層８１０Ｃが、グループＧからの材料を含む。最下層８１０Ａ、中間層８１０Ｂ、および最上層８１０Ｃは、スピンホール層８１２が露出しないように十分な高さを有する。
【0071】
中間層８１４は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成されてよい。一つの実施形態では、中間層８１４は、図８Ｄに示すような多層構造であってよく、スピンホール層８１２に隣接する最下層８１４Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、またはＧの材料で構成され、トレーリングシールド８０４に隣接する最上層８１４Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨの材料を含む。
【0072】
スピンホール層８１２は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよく、ここで、ドーパントは約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせである。スピンホール層８１２は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0073】
絶縁層８１６は、グループＢ、Ｃ、またはＦの材料で構成されてよい。
【0074】
図９Ａは、別の実施形態による、局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド９００の概略図である。図９Ｂは、図９Ａの書き込みヘッド９００の局所ＳＯＴスピントロニクスデバイス９０８の分解図である。書き込みヘッド９００は、主磁極９０２、トレーリングシールド９０４、およびサイドシールド９０６を備える。スピントロニクスデバイス９０８は、主磁極９０２とトレーリングシールド９０４との間に配置される。スピントロニクスデバイス９０８は、バッファ層９１０、スピンホール層９１２、中間層９１４、および絶縁層９１６を含む。
【0075】
ＭＦＳの表面は、「Ｘ」方向に伸びる幅ｗおよび「Ｙ」方向に伸びる高さｈを有し、スピントロニクスデバイスのそれぞれの層は、「Ｚ」方向に伸びる深さｄも有する。深さは、ＭＦＳに垂直なヘッド内の寸法である。高さは、主磁極９０２とトレーリングシールド９０４との間に延びる寸法である。幅はＭＦＳに沿って高さに垂直な寸法である。スピントロニクスデバイス９０８のバッファ層９１０、スピンホール層９１２、および中間層９１４は、ＭＦＳから後退している。絶縁層９１６、トレーリングシールド９０４、主磁極９０２、およびサイドシールド９０６はすべて、ＭＦＳに表面を有する。
【0076】
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、バッファ層９１０、スピンホール層９１２、および中間層９１４はすべて同じ深さおよび幅を有するが、バッファ層９１０、スピンホール層９１２、および中間層９１４は異なる幅および深さを有してもよい。さらに、主磁極９０２は、バッファ層９１０に面する傾斜面９１８を有する。同様に、トレーリングシールド９０４は、中間層９１４に面する傾斜面９２０を有する。
【0077】
動作中、電流（Ｊｃ）はスピンホール層９１２に注入され、平面に対して横方向に流れる。バッファ層９１０、スピンホール層９１２、および中間層９１４の前にある絶縁層９１６は、バッファ層９１０、スピンホール層９１２、および中間層９１４を信頼性および拡散の問題から守る。スピンはＳＨＥからスピンホール層９１２の上部および下部に蓄積され、主磁極９０２およびトレーリングシールド９０４にトルクを発生させ、書き込み性を向上させる。
【0078】
図９Ａおよび図９Ｂの実施形態では、バッファ層９１０は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料から構成され得る。一つの実施形態では、バッファ層９１０は、図９Ｃに示すような多層構造であってもよく、主磁極９０２に隣接する最下層９１０Ａが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料で構成され、最下層９１０Ａに隣接する中間層９１０Ｂが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、スピンホール層９１２に隣接する最上層９１０Ｃが、グループＧからの材料を含む。傾斜面９１８により、バッファ層９１０は非晶質であってもよい。最下層９１０Ａ、中間層９１０Ｂ、および最上層９１０Ｃは、スピンホール層９１２が露出しないように十分な高さを有する。
【0079】
中間層９１４は、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからの材料で構成されてよい。一つの実施形態では、中間層９１４は、図９Ｄに示すような多層構造であってもよく、スピンホール層９１２に隣接する最下層９１４Ａが、グループＢ、Ｃ、Ｆ、またはＧからの材料で構成され、トレーリングシールド９０４に隣接する最上層９１４Ｂが、グループＤ、Ｅ、またはＨからの材料を含む。最下層９１４Ａおよび最上層９１４Ｂは、スピンホール層９１２が露出しないように十分な高さを有する。
【0080】
スピンホール層９１２は、ドーパントが約１０ａｔ．％未満であり、Ｘが、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのようなＢｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせで抽出される、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよい。スピンホール層９１２は、（０１２）結晶方位を有することができる。
【0081】
絶縁層９１６は、グループＢ、Ｃ、またはＦの材料で構成できる。
【0082】
少なくとも１つのスピンホール層、少なくとも１つのバッファ層、および少なくとも１つの中間層を有する局所的なＳＯＴスピントロニクスデバイスを利用することにより、ＳＨＥは、主磁極またはトレーリングシールドのいずれか、または両方にスピン流を注入するように改善できる。スピントロニクスデバイスは、主磁極およびトレーリングシールドにトルクを受けさせ、主磁極およびトレーリングシールドを磁化することで、書き込みヘッドの書き込み可能性を改善する。バッファ層および中間層は、スピンホール層と主磁極との間、およびスピンホール層とトレーリングシールドとの間のＳＨＥシャントの遮断部として機能する。
【0083】
一つの実施形態では、磁気記録ヘッドは、主磁極と、トレーリングシールドと、主磁極とトレーリングシールドとの間に配置された局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備える。スピントロニクスデバイスは、主磁極の上に配置された、グループＢ、グループＣ、グループＤ、グループＥ、グループＦ、グループＧ、またはグループＨからなる群から選択される材料を含むバッファ層と、バッファ層の上に配置された、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含むスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された、グループＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨからなる群から選択される材料を含む中間層と、を含む。グループＢは、面心立方（ＦＣＣ）酸化物材料で構成される。グループＣは、１００μΩ・ｃｍを超える抵抗率を有し、成膜条件によってはアモルファスからナノ結晶の薄膜として成膜可能な材料で構成される。グループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌを含む非磁性ホイスラー材料で構成される。グループＥは、スピン分極が大きく、スピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高スピン分極層で構成される。グループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸのテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗の電気的シャントブロック層で構成される。グループＧは、２．１９Ａ～２．０２Ａのｄ間隔に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属アモルファスまたはセラミックアモルファス材料で構成される。グループＨは、アモルファスまたは結晶性材料であり得る高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）材料で構成される。グループＥは、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＸ、ＮｉＦｅＸ（Ｘ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、またはＧｅ）、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、およびＣｏ２ＭｎＦｅＧｅのうちの１つ以上で構成される。グループＦは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣｒＯｘ、ＮｉＸ、ＦｅＸ、またはＣｏＸで構成され、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎ、Ｒｕ、ＧｅおよびＢのうちの１つ以上である。グループＧは、グループＡ、グループＤ、グループＥの非磁性材料および磁性材料で構成され、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢの元素のうちの１つ以上と積層または合金化され、ここで、グループＡは、体心立方（ＢＣＣ）材料で構成される。グループＡは、Ｖ、Ｖ３Ａｌ、Ｍｎ３Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、または（１００）テクスチャ層と組み合わせて使用されるＢＣＣ材料で構成される。グループＡは、Ｃｒ、ＲｕＡｌ、ＩｒＡｌ、ＣｏＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｒＭｏ、またはＣｒＸで構成され、ここで、Ｘは、Ｒｕ、Ｔｉ、ＷおよびＭｏから選択される。グループＧは、ａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰおよびＣｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢの元素のうちの１つ以上を含む、強い（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進するアモルファスまたはナノ結晶合金で構成される。グループＨは、高いＰＭＡを有するアモルファスの希土類遷移金属（ＲＥ－ＴＭ）で構成される。グループＨは、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＢ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｂ、またはＣｏＺｒＴａＢで構成される。グループＨは、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｔｂ、またはＣｏＦｅ／Ｔｂの多結晶スタック（「／」は、多層スタックにおける層の分離を示す）、またはスピンホール層の隣に（０１２）テクスチャ成長のためのアモルファス高偏光層を有する高ＫｕのＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＦｅＰｔ、およびＦｅＰｔの単層ＰＭＡ材料からなる。グループＢは、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＭｇＴｉＯ、またはＭｎＯからなる。主磁極は、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された第１の表面を有し、トレーリングシールドは、ＭＦＳに配置された第２の表面を有する。磁気ヘッドは、主磁極とトレーリングシールドとの間に配置され、ＭＦＳに配置された第３の表面を有する第１の絶縁層をさらに備える。スピントロニクスデバイスは、主磁極とトレーリングシールドとの間に配置され、ＭＦＳから離れている。また、磁気記録装置は磁気ヘッドを含む。
【0084】
別の実施形態では、磁気ヘッドは、主磁極と、トレーリングシールドと、主磁極とトレーリングシールドとの間に配置された局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備える。スピントロニクスデバイスは、第１のバッファ層と、バッファ層の上に配置されたアンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む第１のスピンホール層と、第１のスピンホール層の上に配置された第１の中間層と、第１の中間層の上に配置された絶縁層と、絶縁層の上に配置された第２のバッファ層と、第２のバッファ層の上に配置されたアンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含む第２のスピンホール層と、第２のスピンホール層の上に配置された第２の中間層と、を含む。第１のバッファ層は、多層構造を含む。第２の中間層は、多層構造を含む。スピンホール層は、媒体対向面から後退している。磁気記録装置は、磁気ヘッドを含む。
【0085】
別の実施形態では、磁気ヘッドは、主磁極と、トレーリングシールドと、主磁極とトレーリングシールドとの間に配置された局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスと、を備える。スピントロニクスデバイスは、バッファ層と、バッファ層の上に配置されたアンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸ（Ｘは、ドーパントである。）を含むスピンホール層と、スピンホール層の上に配置された中間層と、スピントロニクスデバイスと主磁極またはトレーリングシールドとの間に配置された絶縁層と、を備える。バッファ層および中間層は、それぞれ複数の層を含む。磁気記録装置は、磁気ヘッドを含む。
【0086】
図１０Ａ～１３は、様々な実施形態による、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド１３００、１４００、１５００、１６００の斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａの書き込みヘッド１３００の一部を示す。各書き込みヘッド１３００、１４００、１５００、１６００は、図２の書き込みヘッド２１０であってもよく、図１の磁気記録装置１００の一部であってもよい。様々な書き込みヘッド１３００、１４００、１５００、１６００の態様は、互いに組み合わせて使用されてもよい。
【0087】
図１０Ａの非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書込みヘッド１３００は、ＭＦＳまで延びる主磁極１３０２と、ＭＦＳまで延びるトレーリングシールド１３０４と、主磁極１３０２とトレーリングシールド１３０４との間に配置された非磁性（ＮＭ：Non-Magnetic）層１３０６とを備える。ＮＭ層１３０６は、ＭＦＳまで延び、トレーリングギャップ１３１１に配置される。スピンブロッキング層（ＳＢＬ）１３１０、またはスピン吸収層は、トレーリングギャップ１３１１内のトレーリングシールド１３０４とＮＭ層１３０６との間に配置される。このように、トレーリングシールド１３０４は、ＮＭ層１３０６から間隔を置いて配置される。いくつかの実施形態では、絶縁層（図示せず）が、トレーリングシールド１３０４の一部とＮＭ層１３０６との間、および／または主磁極１３０２とＮＭ層１３０６との間に配置されてもよい。ＮＭ層１３０６は、本明細書では非磁性スピン輸送層１３０６と呼ばれることがある。
【0088】
スピンホール層またはスピンホール効果（ＳＨＥ）層と称され得るスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層１３０８が、ＮＭ層１３０６のトレーリングシールド対向面１３０５上に配置される。図１０Ｂに示すように、シード層１３０７が、ＳＯＴ層１３０８とＮＭ層１３０６との間に配置され、バッファ層１３０９が、ＳＯＴ層１３０８上に配置される。シード層１３０７は、ＮＭ層１３０６およびＳＯＴ層１３０８の両方に接触して配置される。ＳＯＴ層１３０８は、約２０ｎｍ～約１００ｎｍのｚ方向の距離１３２２だけＭＦＳから後退しており、いくつかの実施形態における後退距離は、非磁性スピン輸送層１３０６のスピン拡散長に等しいかそれより小さい距離である。ＳＯＴ層１３０８およびＮＭ層１３０６は、スピン流注入／輸送のためのスピントロニクスデバイスとして効果的に機能する。図１０Ｂに示すように、ＳＯＴ層１３０８は、ｘ方向に約１００ｎｍ以上の長さ（Ｌ）１３１２、ｙ方向に約１０ｎｍの厚さ（Ｔ）１３１４、およびｚ方向に約３０ｎｍの幅１３１６を有する。ＳＯＴ層１３０８の長さ１３１２は、ＳＯＴ層１３０８の厚さ１３１４よりもかなり大きい。そのため、長さ１３１２と厚さ１３１４との比（Ｌ／Ｔ）は１より大きく、例えば約１０以上である。
【0089】
いくつかの実施形態では、ＳＯＴ層１３０８は、最高のスピンホール角（電流－スピン変換効率）を達成するためにＢｉＳｂ（０１２）配向を有し、拡散および粗さを最小にするために（すなわち、ＳＯＴ層１３０８がバッファ層と中間層との間に挟まれるような）下に何らかの適切なバッファ層および上に中間層を有する。ＮＭ層１３０６の内部を流れる変換されたスピン流１３２４は、ＭＦＳに向かって流れ、トレーリングシールド１３０４および主磁極１３０２にトルクを生じさせ、上述したように書き込み性を向上させる。ＳＯＴ層１３０８は、ドーパントが約１０ａｔ．％未満であり、Ｘが、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはＩｒのような、Ｂｉと容易に反応しない元素から抽出されるか、またはＣｕＡｇ、ＣｕＮｉ、ＲｕＧｅなどのような、前述の元素の１つ以上との合金の組み合わせで抽出される、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸで構成されてもよい。
【0090】
テクスチャ（１００）またはアモルファス・シード層を使用してテクスチャＳＯＴ層１３０８（０１２）を成長させるために、多数の材料をシード層１３０７およびバッファ層１３０９として利用することができる。材料の１つのグループＡは、Ｖ、Ｖ３Ａｌ、Ｍｎ３Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、ＮｉＡｌ、ＲｈＡｌなどの体心立方（ＢＣＣ）、または類似の格子パラメータを有するこれらの材料の合金組み合わせ、またはＣｒ（約２５０℃以上で加熱）、ＲｕＡｌ、ＩｒＡｌ、ＣｏＡｌ、Ｂ２相、ＮｉＡｌ－Ｂ２相、ＣｒＭｏ（約２０～５０ａｔ．％のＭｏ）－Ａ２などの（１００）テクスチャ層と組み合わせて使用されるＢＣＣ材料、またはＢ２相、Ａ２ＣｒＸ（Ｘは、約１０ａｔ．％であり、約２５０℃以上で加熱され、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏから選択される。）を含む。
【0091】
グループＡの材料は、次の層にテクスチャリングを提供し、ＭｇＯ（１００）テクスチャリング層スタックと呼ばれることがある。一般的に言えば、タンタル、タングステン、チタンの合金のようなホウ素親和性の高い元素または合金を蒸着し、次にホウ素を含む磁性層を蒸着すると、コバルト鉄ホウ素またはコバルトホウ素のような非晶質磁性層材料が形成されるが、ホウ素は磁性コバルト鉄またはコバルト層を残して引き抜かれる。その層の上に、（１００）テクスチャを有するＭｇＯを形成できる。ＭｇＯ（１００）を作る他の方法としては、加熱したクロムまたはルテニウム・アルミニウムをテクスチャ状に成長させる方法がある。ＭｇＯ（１００）テクスチャ層スタックは、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、またはこれらの元素を含む合金の薄い高Ｂゲッタリング合金シード層の上にＣｏＦｅＢの磁性ボロン合金またはＣｏＢを堆積させ、さらに、ＣｏまたはＣｏＦｅを堆積させた磁性二重層の上に薄いＭｇＯを堆積させることによっても製造できる。
【0092】
別の材料グループであるグループＢは、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＭｇＴｉＯ、ＭｎＯなどの面心立方（ＦＣＣ）酸化物材料を含む。別のグループＣは、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＶＣ、Ｗ０．８Ｚｒ０．２ＣなどのＦＣＣ窒化物および炭化物を含む。グループＣの材料は、成膜条件によってアモルファスからナノ結晶薄膜として成膜できる。グループＣの材料の抵抗率は、１００～２００μΩ・ｃｍである。
【0093】
別のグループＤは、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｃｒ２ＣｏＡｌ、ＣｏＴｉＳｂ、Ｍｎ２ＶＳｉ、Ｖ２Ａｌ、［Ｍｎ０．５Ｃｏ０．５］２ＶＡｌ、［Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．２５］２ＶＳｉ、ＣｏＭｎＮｂＡｌ、ＣｏＺｒＦｅＡｌ、Ｔｉ２ＭｎＡｌなどの非磁性ホイスラー材料を含む。別の一つのグループＥは、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＸ、ＮｉＦｅＸ、（Ｘは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｇｅのうちの１つ以上である。）ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＦｅＧｅを含む、スピン分極が大きく、スピンホール層と混ざりにくい磁性合金またはホイスラー合金を用いた結晶性の高分極層である。別の一つのグループＦは、強い（０１２）ＢｉＳｂＸテクスチャまたは成長を促進しないアモルファスの非磁性で高抵抗の電気的シャントブロック層を含む。これらは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣｒＯｘ、ＮｉＸ、ＦｅＸ、およびＣｏＸを含み、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎ、Ｒｕ、Ｇｅ、および／またはＢを含むこれらの元素の１つまたは複数であり得る。
【0094】
別の一つのグループＧは、２．１９Å～２．０２Åのｄ間隔の範囲に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属アモルファスまたはセラミックアモルファス材料で構成される。このような材料には、グループＡ、Ｄ、またはＥの非磁性材料および磁性材料が含まれ、これらの材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素と積層または合金化されている。これらは効果的に非磁性アモルファス層を形成し、アモルファス材料を生成するか、またはａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰＸ合金（Ｘは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、またはＩｒの１つである。）などのアモルファス材料から出発する。グループＧは、また、ａ－Ｇｅ、ａ－ＮｉＰおよびＣｕ、Ａｇ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはＢのうちの１つ以上の元素を有する、強い（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進するアモルファス／ナノ結晶合金を含むことができる。
【0095】
さらに別の一つのグループＨは、アモルファスまたは結晶材料である高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）材料である。ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＢ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｂのような高いＰＭＡを持つアモルファス希土類遷移金属（ＲＥ－ＴＭ）、またはＣｏＺｒＴａＢのような重金属を使用できる。このＣｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｔｂ、またはＣｏＦｅ／Ｔｂ（「／」は層分離を示す）の多層多結晶スタック、または高いＫｕを有するＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＦｅＰｔ、およびＦｅＰｔのような単層ＰＭＡ材料は、（０１２）テクスチャ成長のためにスピンホール層の隣りにアモルファスの高スピン分極層と共に使用できる。
【0096】
ＮＭ層１３０６は、ＣｕまたはＡｌなどの非磁性材料で構成されてもよい。一つの実施形態では、ＮＭ層１３０６は、多層構造であってもよい。ＮＭ層１３０６は、約１０ｎｍのｙ方向の厚さを有する。ＳＢＬ１３１０は、トレーリングシールド１３０４に向かうスピン分極電流が存在しないように、より高い抵抗率材料およびより高いスピン散乱／より短いスピン拡散長から構成されてもよい。例えば、ＳＢＬ１３１０は、Ｔｉ、Ｒｕ、ＴｉとＲｕ、Ｐｔ、またはＭｎとの組み合わせ、ＲｕとＰｔまたはＭｎとの組み合わせ、およびそれらの合金、またはＡｌＯｘ、ＳｉＮ、またはＭｇＯなどの絶縁体材料で構成されてもよく、ｘは１以上の整数である。ＳＢＬ１３１０は、ｙ方向の厚さが約２ｎｍ～約５ｎｍであり、ｚ方向の幅がＮＭ層１３０６の幅とほぼ同様であり、ｘ方向の長さが約３０ｎｍ未満である。
【0097】
動作中、電流（Ｊｃ）１３２６が注入され、ＳＯＴ層１３０８を通ってｘ方向に面に対して横方向に流れる。より高いスピンホール角（ＳＨＡ）、したがって電流からスピン流への変換効率のために、図１０Ａに示されるように、ＳＯＴ層１３０８からＮＭ層１３０６に流れ込み、－ｙ方向で主磁極１３０２に向かって下り、次いで－ｚ方向でＭＦＳに向かって下り、最終的にＭＦＳの近くで主磁極１３０２に流れ込む純粋なスピン流（Ｊｓ）１３２４が生成される。言い換えれば、ＳＯＴ層１３０８は、純粋なスピン流１３２４をＮＭ層１３０６に注入する。スピン流１３２４は、ＭＦＳ側に近づくと主磁極１３０２にトルクを生じさせ、したがって、上述したように書き込み性を向上させる。ＮＭ層１３０６のテーパ形状は、スピン流１３２４を小さなトレーリングギャップ１３１１にさらに集中させ、書き込みプロセス中の主磁極の磁化の高速スイッチングをさらに改善する。ＳＢＬ１３１０は、スピントルクがトレーリングシールド１３０４に作用するのを防止する。
【0098】
図１０Ｂに示すように、ＮＭ層１３０６は、スピン流１３２４を主磁極１３０２の先端１３０２ａにより集中させるために、約１５ｎｍ～約２５ｎｍの長さ１３１８を有するなど、ＮＭ層１３０６がＭＦＳに近いほどサイズが小さくなるテーパ状である。ＳＯＴ層１３０８は、スピンホール効果によるスピン流発生を増加させるために、ＳＯＴ層１３０８がＮＭ層１３０６とより多くの重なりを有するように、約２０ｎｍ～約１００ｎｍの長さ１３２０を有するように、ＭＦＳから離れたＮＭ層１３０６のより長い部分上に配置される。いくつかの実施形態では、ＮＭ層１３０６の長い部分の長さ１３２０は、ＳＯＴ層１３０８の長さ１３１２と実質的に同じである。ＳＯＴ層１３０８を後退させることによって、信頼性を低下させる可能性のあるヘッド－メディア接触および加熱の問題からより良好に保護され、したがって、書き込みヘッド１３００も信頼性が向上する。
【0099】
図１１の非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを有する書込みヘッド１４００は、図１０Ａ～１０Ｂの書込みヘッド１３００に類似しているが、ＳＢＬ１３１０は、トレーリングシールド１３０４とＮＭ層１３０６との間ではなく、主磁極１３０２とＮＭ層１３０６との間に配置される。いくつかの実施形態において、絶縁層（図示せず）は、上記で議論されたように、トレーリングシールド１３０４の一部とＮＭ層１３０６との間、および／または主磁極１３０２とＮＭ層１３０６との間に配置され得る。各層の材料および寸法は、図１０Ａ～１０Ｂで上述したのと同じである。例えば、ＳＯＴ層１３０８は、書き込みヘッド１３００と同じＬ／Ｔ比を有し、同じ距離１３２２だけ後退している。ＳＯＴ層１３０８およびＮＭ層１３０６は、実質的にスピントロニクスデバイスとして機能する。図示されていないが、書き込みヘッド１４００は、図１０Ｂに示されているものと同様に、それぞれがＳＯＴ層１３０８と接触して配置されたシード層１３０７およびバッファ層１３０９を備える。
【0100】
ＳＢＬ１３１０の位置が書き込みヘッド１３００と異なるため、書き込みヘッド１４００の動作中、電流（Ｊｃ）１３２６が注入され、ＳＯＴ層１３０８を通って－ｘ方向に面に対して横方向に流れる。スピン流（Ｊｓ）１３２４は、ＳＯＴ層１３０８からＮＭ層１３０６を通ってトレーリングシールド１３０４に流れる。ＳＯＴ層１３０８は、純粋なスピン流１３２４をＮＭ層１３０６に注入する。スピン流１３２４は、小さなトレーリングギャップ１３１１に集束され、トレーリングシールド１３０４にトルクを生じさせ、上述したように書き込み性を向上させる。ＳＢＬ１３１０は、スピントルクが主磁極１３０２に作用するのを防止する。このように、書込みヘッド１３００は、トレーリングシールド１３０４の切り替えによって補助される。
【0101】
図１２の非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを有する書き込みヘッド１５００は、図１０Ａ～１０Ｂの書き込みヘッド１３００および図１１の書き込みヘッド１４００に類似しているが、ＳＯＴ層１３０８は、第１のＮＭ層１３０６ａと第２のＮＭ層１３０６ｂとの間に配置されている。書き込みヘッド１５００では、第１のＮＭ層１３０６ａが主磁極１３０２上に配置され、ＳＯＴ層１３０８が第１のＮＭ層１３０６ａ上に配置され、第２のＮＭ層１３０６ｂがＳＯＴ層１３０８上に配置され、トレーリングシールド１３０４が第２のＮＭ層１３０６ｂ上に配置される。ＳＢＬ１３１０は、第１のＮＭ層１３０６ａと第２のＮＭ層１３０６ｂとの間に配置され、さらにＳＯＴ層１３０８とＭＦＳとの間に配置される。ＳＯＴ層１３０８およびＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂは、実質的にスピントロニクスデバイスとして機能する。図示されていないが、書き込みヘッド１５００は、シード層１３０７およびバッファ層１３０９を備え、それぞれがＳＯＴ層１３０８と接触して配置されている。
【0102】
いくつかの実施形態では、絶縁層（図示せず）は、トレーリングシールド１３０４の一部と第２のＮＭ層１３０６ｂとの間、主磁極１３０２と第１のＮＭ層１３０６ａとの間、ＳＢＬ１３１０と第１のＮＭ層１３０６ａとの間、ＳＢＬ１３１０と第２のＮＭ層１３０６ｂとの間、およびＳＢＬ１３１０とＳＯＴ層１３０８との間に配置されてもよい。このように、ＳＢＬ１３１０は、第１のＮＭ層１３０６ａ、第２のＮＭ層１３０６ｂ、およびＳＯＴ層１３０８から間隔を空けて配置され得る。
【0103】
いくつかの層の材料および寸法は、図１０Ａ～１０Ｂで上述したものと同じである。例えば、ＳＯＴ層１３０８は、書き込みヘッド１３００と同じＬ／Ｔ比を有し、同じ距離１３２２だけ後退している。しかしながら、Ｚ方向におけるＳＢＬ１３１０の幅は、書き込みヘッド１３００または１４００よりも大きくてもよい。例えば、書き込みヘッド１５００におけるＳＢＬ１３１０は、約２０ｎｍのＭＦＳから約４０ｎｍのＳＯＴ層１３０８に向かって延びる幅が約１００ｎｍ以上であってもよい。さらに、第１のＮＭ層１３０６ａおよび第２のＮＭ層１３０６ｂの両方は、それぞれ個別に、図１０Ａ～１１のＮＭ層１３０６について上に列挙された材料のいずれかで構成されてもよい。
【0104】
書き込みヘッド１５００の動作中、電流（Ｊｃ）１３２６が注入され、ＳＯＴ層１３０８を通ってｘ方向に面に対して横方向に流れる。第１のスピン流（Ｊｓ１）１３２４ａが誘起され、ＳＯＴ層１３０８から第１のＮＭ層１３０６ａを通って主磁極１３０２に流れ、第２のスピン流（Ｊｓ２）１３２４ｂが誘起され、ＳＯＴ層１３０８から第２のＮＭ層１３０６ｂを通ってトレーリングシールド１３０４に流れる。第１のスピン流１３２４ａは、主磁極１３０２の先端１３０２ａを通って流れ出す。第２のスピン流１３２４ｂは、トレーリングシールド１３０４の先端を通って流れ出す。ＳＯＴ層１３０８は、第１および第２のＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂの両方に純粋なスピン流を注入する。
【0105】
第１および第２のスピン流１３２４ａ、１３２４ｂは、それぞれ、小さなトレーリングギャップ１３１１に個別に集束され、これにより、トレーリングシールド１３０４上および主磁極１３０２上にトルクが発生し、上述したように書き込み性が改善される。ＳＢＬ１３１０は、第１のスピン流１３２４ａと第２のスピン流１３２４ｂとの間の相互作用を防止する。したがって、書込みヘッド１５００は、第１および第２のＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂならびにそれらの間の共有のＳＯＴ層１３０８の利用により、主磁極１３０２のスピン流によるスイッチングおよびトレーリングシールド１３０４のスピン流によるスイッチングの両方によって支援される。
【0106】
図１３の非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを有する書き込みヘッド１６００は、図１２の書き込みヘッド１５００と同様であるが、書き込みヘッド１６００は、第１のＳＯＴ層１３０８ａと第２のＳＯＴ層１３０８ｂとを備える。書き込みヘッド１６００において、第１のＮＭ層１３０６ａは、主磁極１３０２上に配置され、第１のＳＯＴ層１３０８ａは、主磁極１３０２の後方で第１のＮＭ層１３０６ａの主磁極対向面１３０３上に配置され、ＳＢＬ１３１０は、第１のＮＭ層１３０６ａと第２のＮＭ層１３０６ｂとの間に配置され、トレーリングシールド１３０４は、第２のＮＭ層１３０６ｂ上に配置され、第２のＳＯＴ層１３０７ｂは、トレーリングシールド１３０４の後方で第２のＮＭ層１３０６ｂのトレーリングシールド対向面１３０５上に配置される。第１のＳＯＴ層１３０８ａおよび第２のＳＯＴ層１３０８ｂの両方は、ＭＦＳから距離１３２２だけ後退している。図示されていないが、主磁極１３０２の一部は、第１のＳＯＴ層１３０８ａの上および周囲に延在してもよく、トレーリングシールド１３０４の一部は、第２のＳＯＴ層１３０８ｂの上および周囲に延在してもよい。ＳＯＴ層１３０８ａ、１３０８ｂおよびＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂは、スピントロニクスデバイスとして効果的に機能する。
【0107】
図示していないが、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた書き込みヘッド１６００は、各ＳＯＴ層１３０８ａ、１３０８ｂに接触して配置されたシード層１３０７およびバッファ層１３０９を備える。このように、書き込みヘッド１６００は、２つのシード層１３０７および２つのバッファ層１３０９を備え、各ＳＯＴ層１３０８ａ、１３０８ｂは、シード層１３０７とバッファ層１３０９との間に挟まれている。
【0108】
いくつかの実施形態では、絶縁層（図示せず）は、トレーリングシールド１３０４の一部と第２のＮＭ層１３０６ｂとの間、主磁極１３０２と第１のＮＭ層１３０６ａとの間、およびＳＢＬ１３１０と第１および第２のＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂとの間に配置されてもよい。このように、ＳＢＬ１３１０は、第１のＮＭ層１３０６ａおよび第２のＮＭ層１３０６ｂから間隔を空けていてもよい。さらに、図示しないが、１つまたは複数の絶縁層が、第１のＳＯＴ層１３０８ａと主磁極１３０２との間、および第２のＳＯＴ層１３０８ｂとトレーリングシールド１３０４との間に配置されてもよい。
【0109】
各層の材料および寸法は、図１０Ａ～１０Ｂで上述したものと同じである。例えば、ＳＯＴ層１３０８は、書き込みヘッド１３００と同じＬ／Ｔ比を有し、同じ距離１３２２だけ後退している。しかしながら、Ｚ方向におけるＳＢＬ１３１０の高さまたは幅は、書込みヘッド１３００、１４００、および／または１５００の場合よりも大きくてもよい。例えば、書き込みヘッド１６００におけるＳＢＬ１３１０は、ＭＦＳから約２０ｎｍ～約４０ｎｍの、第１および第２のＳＯＴ層１３０８ａ、１３０８ｂの間に延びる高さを有してもよい。さらに、第１のＮＭ層１３０６ａおよび第２のＮＭ層１３０６ｂの両方は、それぞれ個別に、図１０Ａ～１１のＮＭ層１３０６について上に列挙された材料のいずれかから構成されてもよく、第１のＳＯＴ層１３０８ａおよび第２のＳＯＴ層１３０８ａの両方は、それぞれ個別に、図１０Ａ～１１のＳＯＴ層１３０８について上に列挙された材料のいずれかで構成されてもよい。
【0110】
書き込みヘッド１６００の動作中、第１の電流（Ｊｃ１）１３２６ａが注入され、第１のＳＯＴ層１３０８ａを通ってｘ方向に面に対して横方向に流れる。第１のスピン流（Ｊｓ１）１３２４ａは、第１のＳＯＴ層１３０８ａから第１のＮＭ層１３０６ａを通って主磁極１３０２に流れる。第２の電流（Ｊｃ２）１３２６ｂが注入され、第２のＳＯＴ層１３０８ｂを通って－ｘ方向に平面に対して横方向に流れる。第２のスピン流（Ｊｓ２）１３２４ｂは、第２のＳＯＴ層１３０８ｂから第２のＮＭ層１３０６ｂを通ってトレーリングシールド１３０４に流れる。第１のＳＯＴ層１３０８ａは、第１のＮＭ層１３０６ａに純粋なスピン流を注入し、第２のＳＯＴ層１３０８ｂは、第２のＮＭ層１３０６ｂに純粋なスピン流を注入する。
【0111】
第１および第２のスピン流１３２４ａ、１３２４ｂはそれぞれ、小さなトレーリングギャップ１３１１に個別に集束され、これによりスピン流密度が増加し、トレーリングシールド１３０４上および主磁極１３０２上により多くのトルクが生じ、上述したように書き込み性が改善される。ＳＢＬ１３１０は、第１のスピン流１３２４ａと第２のスピン流１３２４ｂとの間の磁気相互作用を防止する。したがって、書き込みヘッド１６００は、第１および第２のＮＭ層１３０６ａ、１３０６ｂならびに第１および第２のＳＯＴ層１３０８ａ、１３０８ｂの利用により、主磁極１３０２のスイッチングおよびトレーリングシールド１３０４のスイッチングの両方によって駆動される。
【0112】
このように、ＳＯＴ層（単層または複数層）をＭＦＳから後退させることにより、ＳＯＴ層（複数可）がＭＦＳまで延びるより大きなＮＭ層の上に配置され、これと接触することで、より高いスピン流効率とより多くのスピン流を発生させることができ、スピン流をＭＦＳにより集中させることができる。このため、ＭＦＳのみにＳＯＴ素子を有する書き込みヘッドに比べて、主磁極やトレーリングシールドの切り替えを高速に行うことができ、書き込み性が向上する。さらに、ＳＯＴ層（単数または複数）はＭＦＳから後退しているため、ＳＯＴ層（単数または複数）は、ＭＦＳに配置されたＳＯＴ層（単数または複数）よりも応力および／または腐食が少なく、その結果、ＳＯＴ層（単数または複数）の信頼性が向上する。
【0113】
一つの実施形態では、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、ＭＦＳに配置されたシールドと、主磁極とシールドとの間においてＭＦＳに配置された非磁性層と、非磁性層の上に配置されたスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、を備える。ＳＯＴ層は、非磁性スピン輸送層１３０６のスピン拡散長と等しいかそれより小さい距離（ＭＦＳから約２０ｎｍ～約１００ｎｍまたはそれ以上）後退している。
【0114】
ＳＯＴ層の厚さに対するＳＯＴ層の長さの比は、１より大きい。非磁性層は、テーパー形状であり、非磁性層の長さは、ＳＯＴ層の長さに実質的に等しい。ＳＯＴ層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸを含み、ドーパントは約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群から選択される材料である。磁気記録ヘッドは、シールドと非磁性層との間に配置されたスピンブロッキング層をさらに備え、ＳＯＴ層は、非磁性層の側対向面上に配置されている。また、磁気記録ヘッドは、主磁極と非磁性層との間に配置されたスピンブロッキング層をさらに備え、ＳＯＴ層は、非磁性層の主磁極対向面上に配置されている。磁気記録装置は、磁気記録ヘッドを備える。磁気記録装置は、ＳＯＴ層に電流を流し、ＳＯＴ層から非磁性層を通して主磁極にスピン流を流すように構成された制御部をさらに備える。磁気記録装置は、ＳＯＴ層に電流を流し、ＳＯＴ層から非磁性層を通してシールドにスピン流を流すように構成された制御部をさらに備える。
【0115】
別の実施形態では、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、主磁極の上においてＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、第１の非磁性層の上においてＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、第２の非磁性層の上に配置されたトレーリングシールドと、第１の非磁性層および第２の非磁性層の上に配置されたスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、を備える。ＳＯＴ層は、ＭＦＳから約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離で後退している。
【0116】
ＳＯＴ層の厚さに対するＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、ＳＯＴ層は、アンドープＢｉＳｂまたはドープされたＢｉＳｂＸを含み、ドーパントは、約１０ａｔ．％未満であり、Ｘは、Ｂ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群から選択される材料である。磁気記録ヘッドは、第１の非磁性層と第２の非磁性層との間においてＭＦＳに配置されたスピンブロッキング層をさらに備える。スピンブロッキング層は、Ｔｉ、Ｒｕ、ＴｉとＲｕ、Ｐｔ、またはＭｎとの二層膜、ＲｕとＰｔまたはＭｎとの二層膜、およびこれらの合金、ＡｌＯｘ、ＳｉＮ、およびＭｇＯ（ｘは、１以上の整数である。）からなる群から選択される材料を含む。第１および第２の非磁性層は、それぞれ個別にＣｕまたはＡｌを含む。磁気記録装置は、磁気記録ヘッドを備える。磁気記録装置は、ＳＯＴ層に電流を流し、ＳＯＴ層から第１の非磁性層を通して主磁極に第１のスピン流を流し、ＳＯＴ層から第２の非磁性層を通してトレーリングシールドに第２のスピン流を流すように構成された制御部をさらに備える。
【0117】
さらに別の実施形態では、非局所ＳＯＴスピントロニクスデバイスを備えた磁気記録ヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置された主磁極と、主磁極の上においてＭＦＳに配置された第１の非磁性層と、第１の非磁性層の上に配置されたスピンブロッキング層と、スピンブロッキング層の上においてＭＦＳに配置された第２の非磁性層と、第２の非磁性層の上に配置されたトレーリングシールドと、第１の非磁性層の上に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、第２の非磁性層の上に配置された第２のＳＯＴ層と、を備える。第１のＳＯＴ層および第２のＳＯＴ層は、それぞれ、約２０ｎｍ～約１００ｎｍの距離ＭＦＳから個別に後退している。
【0118】
第１のＳＯＴ層の厚さに対する第１のＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、第２のＳＯＴ層の厚さに対する第２のＳＯＴ層の長さの比は、１より大きく、第１のＳＯＴ層および第２のＳＯＴ層は、それぞれ個別にＢｉＳｂを含む。第１の非磁性層および第２の非磁性層は、それぞれ個別にテーパ形状であり、第１のＳＯＴ層は、第１の非磁性層の主磁極対向面上に配置され、第２のＳＯＴ層は、第２の非磁性層のトレーリングシールド対向面上に配置される。第１の非磁性層および第２の非磁性層は、それぞれ個別に、酸化物、窒化物、アモルファスの非磁性シャントブロック層、または２．１９Å～２．０２Åのｄ間隔の範囲に最近接Ｘ線回折ピークを有する金属を含む。スピンブロック層は、第１のＳＯＴ層と第２のＳＯＴ層との間に延在している。磁気記録装置は、磁気記録ヘッドを備える。磁気記録装置は、第１の電流を第１のＳＯＴ層を通して流し、第１のスピン流を第１のＳＯＴ層から第１の非磁性層を通して主磁極に流し、第２の電流を第２のＳＯＴ層を通して流し、第２のスピン流を第２のＳＯＴ層から第２の非磁性層を通してトレーリングシールドに流すように構成された制御ユニットをさらに備える。
【0119】
上記は、本開示の実施形態に向けられたものであるが、本開示の他のさらなる実施形態は、その基本的範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、後に続く特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3A-3B】
【図4A-4D】
【図5A-5D】
【図6A-6D】
【図7A-7D】
【図8A-8D】
【図9A-9D】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【外国語明細書】