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JP2003296912A - Magnetic recording media - Google Patents

Magnetic recording media

Info

Publication number
JP2003296912A
JP2003296912A JP2002096355A JP2002096355A JP2003296912A JP 2003296912 A JP2003296912 A JP 2003296912A JP 2002096355 A JP2002096355 A JP 2002096355A JP 2002096355 A JP2002096355 A JP 2002096355A JP 2003296912 A JP2003296912 A JP 2003296912A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
substrate
thin film
recording medium
magnetic recording
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002096355A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideomi Koinuma
秀臣 鯉沼
Masashi Kawasaki
雅司 川崎
Yoshinori Konishi
義則 小西
Yoshiyuki Yonezawa
喜幸 米澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute of Technology NUC, Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2002096355A priority Critical patent/JP2003296912A/en
Publication of JP2003296912A publication Critical patent/JP2003296912A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Magnetic Record Carriers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高記録密度の磁気
記録媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high recording density magnetic recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記録媒体は、磁性材料と微細加工技
術の改良によって絶え間ない高記録密度化がなされてき
た。すなわち、その磁性材料においては酸化物磁性薄膜
から金属磁性薄膜へと改良がなされ、また、微細加工技
術においては半導体分野におけるLSIの技術を取り入
れることで加工寸法の微細化がなされてきた。
2. Description of the Related Art Magnetic recording media have been continuously improved in recording density by improving magnetic materials and fine processing techniques. That is, the magnetic material has been improved from the oxide magnetic thin film to the metal magnetic thin film, and the fine processing technique has been made finer by adopting the LSI technique in the semiconductor field.

【0003】しかし、LSIの高集積化のスピードより
も急速に記録密度の向上がなされた結果、磁気記録媒体
の微細加工技術はLSIのそれをもってしても不充分な
ものとなってきており、磁気記録媒体に対する独自の微
細加工技術が必要となってきている。
However, as a result of the rapid improvement in recording density over the speed of high integration of LSIs, the microfabrication technology for magnetic recording media has become insufficient even with LSIs. Unique microfabrication technology for magnetic recording media is needed.

【0004】このような背景のもとに最近注目されてい
る磁気記録媒体が、パターンドメディアと呼ばれる自己
配向型の磁性体ドットアレイである。IBM社は、Fe
とPtとを含む2種類のポリマーを反応させ、Fex
1-xからなる磁性粒子の周りをポリマーが覆ったコロ
イドを生成し、これを基板に塗布して熱処理すること
で、FexPt1-xの磁性粒子が一定間隔で並んだドット
アレイを形成した(NIKKEI ELECTRONI
CS 2000.4.10.No.767参照)。この
磁性体ドットアレイの1つのFexPt1-xの磁性粒子に
1ビットのデータを記録すれば、20Tビット/(イン
チ)2以上の面記録密度を達成できるものと見込まれて
おり、記録/再生ヘッドの技術的な課題は残るものの、
現在世界で開発中の100Gビット/(インチ)2の記
録密度に比較すれば200倍もの高記録密度となる。
Under such a background, a magnetic recording medium which has recently received attention is a self-aligned magnetic dot array called a patterned medium. IBM is Fe
Fe x P by reacting two types of polymers including
A colloid in which a polymer is coated around magnetic particles made of t 1-x is formed, and the colloid is coated on a substrate and heat-treated to form a dot array in which magnetic particles of Fe x Pt 1-x are arranged at regular intervals. Formed (NIKKEI ELECTRONI
CS 2000.4.10. No. 767). It is expected that if one bit of data is recorded on one Fe x Pt 1-x magnetic particle of this magnetic dot array, an areal recording density of 20 T bits / (inch) 2 or more can be achieved. / Although there are still technical issues with the playback head,
The recording density is 200 times higher than the recording density of 100 Gbit / (inch) 2 currently under development in the world.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の高記録
密度化に鑑みれば、この20Tビット/(インチ)2
いう記録密度は、記録密度の上昇率が仮に年率60%の
場合には2020年に、また、年率100%であるとす
れば2010年には市販レベルで達成されてしまうこと
となる。
However, in view of the recent increase in recording density, the recording density of 20 T bits / (inch) 2 is 2020 if the increase rate of the recording density is 60% per year. Moreover, if the annual rate is 100%, it will be achieved at the commercial level in 2010.

【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、20Tビット/
(インチ)2よりもさらに高記録密度の磁気記録媒体を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is 20 T bits /
It is to provide a magnetic recording medium having a higher recording density than (inch) 2 .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項1に記載の発明は、磁気記録媒体
であって、基板と、当該基板表面と垂直方向にa軸を配
向させた層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物の磁性薄
膜とを備え、当該層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物
の磁性薄膜は、c軸方向には、周期的に形成される非磁
性層により磁気的結合が切断され、かつ、b軸方向に
は、周期的に形成される非磁性領域により磁気的結合が
切断され、当該磁性薄膜中に周期的にドットアレイ状の
強磁性領域が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides a magnetic recording medium, wherein a substrate and an a-axis are formed in a direction perpendicular to the substrate surface. And a magnetic thin film of an oriented layered perovskite-type ferromagnetic oxide, wherein the magnetic thin film of the layered perovskite-type ferromagnetic oxide is magnetically formed by a non-magnetic layer formed periodically in the c-axis direction. The bonds are broken, and in the b-axis direction, the magnetic bonds are broken by the periodically formed non-magnetic regions, and dot array-like ferromagnetic regions are periodically formed in the magnetic thin film. It is characterized by

【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の磁気記録媒体において、前記周期的に形成され
る非磁性層は、REを少なくとも1種類の希土類元素、
AEを少なくとも1種類のアルカリ土類金属またはPb
若しくはSn、Oを酸素として、化学式(RE、AE)
Oで表記される非磁性層であることを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
In the magnetic recording medium described in the paragraph 1, the periodically formed non-magnetic layer is composed of RE and at least one rare earth element,
AE as at least one alkaline earth metal or Pb
Alternatively, Sn and O are oxygen, and chemical formulas (RE, AE)
It is a non-magnetic layer represented by O.

【0009】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
又は2に記載の磁気記録媒体において、前記周期的に形
成される非磁性領域は、スピンキャント効果により前記
強磁性領域間の磁気的結合が切断された領域であること
を特徴とする。
The invention described in claim 3 is the same as claim 1
Alternatively, in the magnetic recording medium according to the second aspect, the periodically formed non-magnetic region is a region in which magnetic coupling between the ferromagnetic regions is broken by a spin cant effect.

【0010】また、請求項4に記載の発明は、請求項1
乃至3のいずれかに記載の磁気記録媒体において、前記
層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物は、REを少なく
とも1種類の希土類元素、AEを少なくとも1種類のア
ルカリ土類金属またはPb若しくはSnとして、化学式
(RE、AE)n+1Mnn3n+1で表記されるRaddl
esden Popper相のMn酸化物であることを
特徴とする。
The invention according to claim 4 is the same as claim 1
4. In the magnetic recording medium according to any one of 3 to 3, the layered perovskite-type ferromagnetic oxide has a chemical formula of RE is at least one rare earth element and AE is at least one alkaline earth metal or Pb or Sn. (RE, AE) n + 1 Mn n O 3n + 1 Raddl
It is characterized in that it is an Mn oxide of the esden Popper phase.

【0011】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
乃至4のいずれかに記載の磁気記録媒体において、前記
基板は、当該基板表面の単位格子形状が矩形または平行
四辺形である単結晶基板であることを特徴とする。
The invention described in claim 5 is the same as claim 1.
The magnetic recording medium according to any one of items 1 to 4, wherein the substrate is a single crystal substrate having a rectangular or parallelogrammic unit lattice on the surface of the substrate.

【0012】また、請求項6に記載の発明は、請求項5
に記載の磁気記録媒体において、前記基板は、前記磁性
薄膜との間に格子不整合を有する単結晶基板であり、当
該磁性薄膜は、当該基板の単位格子当たりの当該磁性薄
膜との接合格子面積(S1)が、当該磁性薄膜の単位格
子当たりの当該基板との接合格子面積(S2)よりも小
さく(S1<S2)なるように形成され、前記磁性薄膜
に、前記基板との界面方向の圧縮応力が付与されている
ことを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the same as claim 5
In the magnetic recording medium according to, the substrate is a single crystal substrate having a lattice mismatch with the magnetic thin film, and the magnetic thin film has a junction lattice area with the magnetic thin film per unit lattice of the substrate. (S1) is formed so as to be smaller (S1 <S2) than the junction lattice area (S2) with the substrate per unit lattice of the magnetic thin film, and the magnetic thin film is compressed in the interface direction with the substrate. It is characterized in that stress is applied.

【0013】また、請求項7に記載の発明は、請求項6
に記載の磁気記録媒体において、前記格子不整合に基づ
く接合面積の不整合(Δ=(S2−S1)/S2)は、
0.2〜20%であることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the same as claim 6
In the magnetic recording medium described in (1), the mismatch of the junction area based on the lattice mismatch (Δ = (S2-S1) / S2) is
It is characterized by being 0.2 to 20%.

【0014】また、請求項8に記載の発明は、請求項5
乃至7のいずれかに記載の磁気記録媒体において、前記
基板は、ac面を基板表面とする層状ペロブスカイト型
酸化物単結晶基板であることを特徴とする。
The invention described in claim 8 is the invention according to claim 5.
8. The magnetic recording medium according to any one of 1 to 7, wherein the substrate is a layered perovskite type oxide single crystal substrate having an ac face as a substrate surface.

【0015】また、請求項9に記載の発明は、請求項5
に記載の磁気記録媒体において、前記基板は、Si(1
10)単結晶基板であることを特徴とする。
The invention described in claim 9 is the same as claim 5
In the magnetic recording medium according to [1], the substrate is Si (1
10) A single crystal substrate.

【0016】また、請求項10に記載の発明は、請求項
1乃至9のいずれかに記載の磁気記録媒体において、前
記基板は、前記磁性薄膜のb軸方向に周期的に分布し、
かつ、c軸方向に直線状に延在する原子層レベルのステ
ップを有するステップ基板であり、当該基板と前記磁性
薄膜との界面領域に、当該ステップに沿って形成された
反強磁性層をさらに備え、当該反強磁性層の厚みが前記
磁性薄膜の1分子層以下であることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to any one of the first to ninth aspects, the substrate is periodically distributed in the b-axis direction of the magnetic thin film,
And a step substrate having atomic layer level steps linearly extending in the c-axis direction, further comprising an antiferromagnetic layer formed along the step in the interface region between the substrate and the magnetic thin film. The antiferromagnetic layer has a thickness of not more than one molecular layer of the magnetic thin film.

【0017】また、請求項11に記載の発明は、請求項
10に記載の磁気記録媒体において、前記反強磁性層
は、REを少なくとも1種類の希土類元素、AEを少な
くとも1種類のアルカリ土類金属またはPb若しくはS
n、MをMnまたはFe若しくはCrのうち1種類の金
属元素として、化学式(RE、AE)MO3で表記され
る単純ペロブスカイト構造の反強磁性金属酸化物で構成
されていることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to the tenth aspect, the antiferromagnetic layer comprises RE as at least one rare earth element and AE as at least one alkaline earth element. Metal or Pb or S
n, M is Mn or one kind of metal element of Fe or Cr, and is composed of an antiferromagnetic metal oxide having a simple perovskite structure represented by the chemical formula (RE, AE) MO 3. .

【0018】また、請求項12に記載の発明は、請求項
1乃至11のいずれかに記載の磁気記録媒体において、
前記基板と前記磁性薄膜との間にバッファ層をさらに備
えることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the magnetic recording medium according to any one of the first to eleventh aspects.
A buffer layer may be further provided between the substrate and the magnetic thin film.

【0019】さらに、請求項13に記載の発明は、請求
項12に記載の磁気記録媒体において、前記バッファ層
はZnSであることを特徴とする。
Further, the invention according to claim 13 is the magnetic recording medium according to claim 12, characterized in that the buffer layer is ZnS.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
磁気記録媒体について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The magnetic recording medium of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は、本発明の磁気記録媒体の構造例を
説明するための図で、図1(a)は磁気記録媒体の平面
図、(b)はその断面図で、この磁気記録媒体は、基板
1上に設けた図示しないバッファ層の上に、基板1面に
垂直方向のa軸に配向する層状ペロブスカイト型強磁性
体酸化物薄膜2を磁性薄膜として形成したものである。
この図中、層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜2
の斜線領域は、磁気記録を担う強磁性領域2aに対応
し、その余の領域は非磁性領域である2bおよび2cに
対応している。
1A and 1B are views for explaining a structural example of a magnetic recording medium of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the magnetic recording medium, and FIG. 1B is a sectional view thereof. Is a layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film 2 oriented as an a-axis perpendicular to the surface of the substrate 1 formed on a buffer layer (not shown) provided on the substrate 1 as a magnetic thin film.
In this figure, a layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film 2
The shaded area corresponds to the ferromagnetic area 2a responsible for magnetic recording, and the remaining area corresponds to the nonmagnetic areas 2b and 2c.

【0022】図2は、この強磁性領域2aの近傍の様子
を詳細に説明するための図で、強磁性領域2aは、非磁
性領域2b、2cによって他の強磁性領域との磁気的相
互作用が遮断されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the state in the vicinity of the ferromagnetic region 2a in detail. The ferromagnetic region 2a is magnetically interacted with other ferromagnetic regions by the nonmagnetic regions 2b and 2c. Is cut off.

【0023】このように、本発明の磁気記録媒体では、
a軸配向させた層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄
膜2の強磁性領域2aは、b軸方向に平行でc軸方向に
周期的に介在する非磁性領域2b、および、c軸方向に
平行でb軸方向に周期的に介在するベルト状の非磁性領
域2cにより強磁性領域2a同士の磁気的相互作用が遮
断され、ドットアレイ状の強磁性領域が周期的に形成さ
れる。なお、この磁気記録媒体は、強磁性領域2aがa
軸配向する垂直磁化記録媒体である。すなわち、本発明
の磁気記録媒体では、層状ペロブスカイト型強磁性体酸
化物を、そのa軸が基板面と垂直になるように(すなわ
ち、積層方向であるc軸を基板面に寝かせるように)配
向(a軸配向)させて薄膜形成することにより、帯状の
強磁性領域を形成している。
As described above, in the magnetic recording medium of the present invention,
The ferromagnetic regions 2a of the layered perovskite-type ferromagnetic oxide thin film 2 oriented in the a-axis are parallel to the b-axis direction and non-magnetic regions 2b that are periodically interposed in the c-axis direction, and parallel to the c-axis direction. The belt-shaped nonmagnetic regions 2c that are periodically interposed in the b-axis direction block the magnetic interaction between the ferromagnetic regions 2a, and dot-shaped ferromagnetic regions are periodically formed. In this magnetic recording medium, the ferromagnetic region 2a is a
It is a perpendicular magnetization recording medium with axial orientation. That is, in the magnetic recording medium of the present invention, the layered perovskite-type ferromagnetic oxide is oriented so that its a-axis is perpendicular to the substrate surface (that is, the c-axis, which is the stacking direction, lies on the substrate surface). By forming a thin film by (a-axis orientation), a strip-shaped ferromagnetic region is formed.

【0024】本発明の磁気記録媒体を構成する層状ペロ
ブスカイト型強磁性体酸化物薄膜としては、例えば、一
般に化学式(RE、AE)n+1Mnn3n+1で表記される
Mn酸化物のRaddlesden Popper相を
用いることが可能である。ここで、上記化学式中のRE
は、少なくとも1種類の希土類元素(Y、La、Ce、
Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、Lu)であり、AEは、少なくとも1
種類のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Sr、Ba)か
PbまたはSnである。なお、図2中には、REがLa
でAEがSrの場合のMn酸化物の結晶構造とその配向
の様子を示している。
The layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film constituting the magnetic recording medium of the present invention is, for example, a Mn oxide generally represented by the chemical formula (RE, AE) n + 1 Mn n O 3n + 1 . It is possible to use the Raddlesden Popper phase. Where RE in the above chemical formula
Is at least one rare earth element (Y, La, Ce,
Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, E
r, Tm, Yb, Lu) and AE is at least 1
The type of alkaline earth metal (Mg, Ca, Sr, Ba) or Pb or Sn. In FIG. 2, RE is La.
Shows the crystal structure of Mn oxide and its orientation when AE is Sr.

【0025】この組成のMn酸化物は、強磁性のMnO
2層と、非磁性の(RE、AE)O層とがc軸方向に交
互に積層し、この積層をn回繰り返す毎に、(RE、A
E)O層が自己組織化的に1層余計に挿入された結晶構
造を有しており、この1層余計に挿入される非磁性の
(RE、AE)O層の存在により、Mn酸化物中の磁性
領域が分割されている。すなわち、この組成のMn酸化
物は、強磁性のMnO2層と非磁性の(RE、AE)O
層とがc軸方向に交互にn回積層される毎に、(RE、
AE)O層により自己組織化的に1層余計に挿入されて
強磁性領域と非磁性領域が周期的に形成される層状の強
磁性材料である。
The Mn oxide of this composition is a ferromagnetic MnO.
Two layers and a non-magnetic (RE, AE) O layer are alternately laminated in the c-axis direction, and each time this lamination is repeated n times, (RE, A)
E) The O layer has a crystal structure in which one extra layer is inserted in a self-organizing manner. Due to the presence of the non-magnetic (RE, AE) O layer inserted in this one extra layer, the Mn oxide is present. The magnetic region inside is divided. That is, the Mn oxide of this composition has a ferromagnetic MnO 2 layer and a non-magnetic (RE, AE) O 2 layer.
Each time the layer and the layer are alternately laminated n times in the c-axis direction, (RE,
AE) It is a layered ferromagnetic material in which a ferromagnetic region and a non-magnetic region are periodically formed by inserting an extra layer by self-organization by an O layer.

【0026】図2に示すように、本発明の磁気記録媒体
の磁性薄膜である層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物
薄膜のc軸方向で強磁性領域を周期的に区切るのは、非
磁性の(RE、AE)O層(図2中2bに対応)であ
り、この(RE、AE)O層を介して、隣接する強磁性
領域同士は0.2nm程度の距離しか離れていない。そ
れゆえ、互いに隣接する強磁性領域同士の磁気的相互作
用の強さが、個々の強磁性領域内での磁気的相互作用よ
りも弱くなるように材料設計する必要がある。
As shown in FIG. 2, the layered perovskite-type ferromagnetic oxide thin film, which is the magnetic thin film of the magnetic recording medium of the present invention, periodically divides the ferromagnetic region in the c-axis direction by the non-magnetic ( RE, AE) O layer (corresponding to 2b in FIG. 2), and adjacent ferromagnetic regions are separated from each other only by a distance of about 0.2 nm via this (RE, AE) O layer. Therefore, it is necessary to design the material so that the strength of the magnetic interaction between the ferromagnetic regions adjacent to each other is weaker than that in the individual ferromagnetic regions.

【0027】磁気的相互作用の強さを規定する交換相互
作用の強さは、(RE、AE)サイト(Aサイト)に配
位する原子種や、RE元素とAE元素の組成比を適当に
選び、遷移金属原子の3d電子のバンド幅を調整した
り、キャリア量を調整することで調整可能である。たと
えば、(RE、AE)n+1Mnn3n+1において、n=2
とし、REをLa、AEをSrとし、LaとSrの組成
比が1.4:1.6の場合(すなわち、La1.4Sr1.6
Mn27)には、温度範囲120〜270Kで適当な交
換相互作用の大きさとなる。
The strength of the exchange interaction, which defines the strength of the magnetic interaction, is determined by appropriately selecting the atomic species coordinated to the (RE, AE) site (A site) and the composition ratio of the RE element and the AE element. It can be adjusted by selecting and adjusting the band width of 3d electrons of the transition metal atom or adjusting the carrier amount. For example, in (RE, AE) n + 1 Mn n O 3n + 1 , n = 2
Where RE is La, AE is Sr, and the composition ratio of La and Sr is 1.4: 1.6 (that is, La 1.4 Sr 1.6
For Mn 2 O 7 ), a suitable exchange interaction magnitude is obtained in the temperature range of 120 to 270K.

【0028】La1.4Sr1.6Mn27の組成の材料は、
2つの強磁性転移温度を有し、室温から徐々に冷却して
ゆくと、まず270K以下でMnO2層内のスピンが整
列する(この強磁性転移温度をTabとする)。さらに温
度を下げて約120Kに達すると、MnO2層内のスピ
ンが再度整列する(この強磁性転移温度をTcとす
る)。これらの強磁性転位温度間の温度領域では、Mn
2層内ではスピンは強磁性的に整列するが、MnO2
間同士にはスピンの秩序はなく、MnO2層間では独立
な磁化領域として振舞うことが可能である。 (T.Ki
mura et.al.,Phys.Rev.Let
t.,81,5920(1998))。
A material having a composition of La 1.4 Sr 1.6 Mn 2 O 7 is
When it has two ferromagnetic transition temperatures and is gradually cooled from room temperature, spins in the MnO 2 layer are aligned at 270 K or less (this ferromagnetic transition temperature is referred to as T ab ). When the temperature is further reduced to about 120 K, the spins in the MnO 2 layer are realigned (this ferromagnetic transition temperature is defined as T c ). In the temperature range between these ferromagnetic dislocation temperatures, Mn
The spins are ferromagnetically aligned in the O 2 layer, but there is no spin order between the MnO 2 planes, and the MnO 2 layers can behave as independent magnetization regions. (T.Ki
mura et. al. , Phys. Rev. Let
t. , 81, 5920 (1998)).

【0029】多くの薄膜は、c軸方向が90度違う向き
に配向した領域を有する双晶構造を形成してしまう傾向
がある(H.Asano et.al.,Phys.R
ev.B56,5395(1997)参照)ため、層状
ペロブスカイト型強磁性体酸化物の薄膜形成において
は、薄膜を面内で1軸配向させることが肝要であり、薄
膜を効果的に1軸配向させるには、薄膜と基板との界
面、すなわち、基板表面の単位格子が矩形または平行四
辺形である単結晶基板を用いることが有効である。
Many thin films tend to form a twin structure having regions oriented in directions different by 90 degrees from each other (H. Asano et. Al., Phys. R).
ev. B56, 5395 (1997)), it is essential that the thin film be uniaxially oriented in the plane in forming the thin film of the layered perovskite type ferromagnetic oxide. It is effective to use an interface between the thin film and the substrate, that is, a single crystal substrate whose unit cell on the substrate surface is rectangular or parallelogram.

【0030】たとえば、Si(110)基板の場合に
は、基板最表面の原子並びは0.543nm×0.38
4nmの矩形の単位格子を形成しており、この原子配列
に基づいて周期的なクーロンポテンシャルが形成され
る。
For example, in the case of a Si (110) substrate, the atomic arrangement on the outermost surface of the substrate is 0.543 nm × 0.38.
A rectangular unit cell of 4 nm is formed, and a periodic Coulomb potential is formed based on this atomic arrangement.

【0031】このSi(110)基板上にLa1.4Sr
1.6Mn27の磁性薄膜を形成する場合を考えると、磁
性薄膜の単結晶は、a=0.3860nm、c=2.0
380nmの正方晶であり、Si(110)面の4単位
格子分は2.172nm×0.384nmとなり、薄膜
は、b軸がSi{1−10}方向、c軸がSi{10
0}方向と一致するように形成される。この場合、基板
は、薄膜結晶に対して、a軸方向では−0.5%、c軸
方向では+6.2%の格子不整合を有し、基板の単位格
子当たりの接合する格子面の面積が薄膜のそれよりも
5.7%大きいにすぎないため、面内で1軸配向したエ
ピタキシャル薄膜を得ることができる。
La 1.4 Sr was formed on the Si (110) substrate.
Considering the case of forming a magnetic thin film of 1.6 Mn 2 O 7 , the single crystal of the magnetic thin film has a = 0.3860 nm and c = 2.0.
It is a tetragonal crystal with a wavelength of 380 nm and the 4-unit lattice of the Si (110) plane is 2.172 nm × 0.384 nm. The thin film has a b-axis in the Si {1-10} direction and a c-axis in the Si {10
It is formed so as to match the 0} direction. In this case, the substrate has a lattice mismatch of −0.5% in the a-axis direction and + 6.2% in the c-axis direction with respect to the thin film crystal, and the area of the lattice plane to be joined per unit lattice of the substrate. Is only 5.7% larger than that of the thin film, so that an in-plane uniaxially oriented epitaxial thin film can be obtained.

【0032】また、Si(110)基板面に形成されて
いるステップ高さ(1ステップ高さ)は0.384nm
であり、磁性薄膜材料のa軸長(0.3860nm)と
ほぼ等しいので、ステップ位置でのアンチフェーズドメ
インバウンダリーが形成されず、薄膜全体の結晶欠陥の
発生も抑制される。
The step height (one step height) formed on the Si (110) substrate surface is 0.384 nm.
Since it is almost equal to the a-axis length (0.3860 nm) of the magnetic thin film material, the anti-phase domain boundary is not formed at the step position, and the generation of crystal defects in the entire thin film is suppressed.

【0033】なお、薄膜形成用の単結晶基板としては、
Siの他、薄膜との組成の近似性や格子定数の整合性の
良好な、層状ペロブスカイト型酸化物、例えばSr3
2 7単結晶のac面を用いることも有効である。
As a single crystal substrate for forming a thin film,
In addition to Si, the closeness of composition with the thin film and the matching of lattice constants
Good layered perovskite type oxides such as Sr3T
i2O 7It is also effective to use a single crystal ac plane.

【0034】本発明の磁気記録媒体を構成する層状ペロ
ブスカイト型強磁性体酸化物薄膜は、その面内方向に圧
縮応力が印加されると、磁化の容易磁区方向が垂直方向
になる可能性がある。その理由は定かではないが、圧縮
応力により垂直方向に格子が伸ばされ原子間距離が大き
くなり、d軌道の電子の波動関数に異方性が生じるた
め、磁歪効果が現れ容易磁化方向が垂直方向に変化する
ものと考えられる。本発明の磁気記録媒体では、基板と
磁性薄膜との界面の格子不整合に起因して磁性薄膜中に
生じる結晶格子歪を利用してこの磁歪効果を生じさせて
いる。
When a compressive stress is applied in the in-plane direction of the layered perovskite-type ferromagnetic oxide thin film constituting the magnetic recording medium of the present invention, the easy domain of magnetization may be in the vertical direction. . The reason for this is not clear, but the compressive stress stretches the lattice in the vertical direction to increase the interatomic distance, causing anisotropy in the wave function of the electron in the d orbit, which causes the magnetostriction effect and facilitates the magnetization direction to be perpendicular. It is thought to change to. In the magnetic recording medium of the present invention, this magnetostriction effect is generated by utilizing the crystal lattice strain generated in the magnetic thin film due to the lattice mismatch at the interface between the substrate and the magnetic thin film.

【0035】この場合、上述した磁歪効果は、結晶格子
を0.2%以上歪ませた場合に特に顕著となるが、あま
りに格子不整合の大きな基板を使用すると、完全な格子
緩和を起こしてしまい歪み効果は消失してしまうと考え
られる。従って、この磁歪効果を本発明の磁気記録媒体
に有効に利用するには、基板の単位格子当たりの接合す
る格子面の面積が薄膜のそれよりも狭い単結晶基板を用
いることが有効であり、基板の単位格子当たりの接合す
る格子面の面積が薄膜のそれよりも0.2〜20%だけ
狭い単結晶基板を用いて結晶格子に歪を残すように磁性
薄膜を成長させることが特に有効である。ここで、層状
ペロブスカイト型強磁性体酸化物の磁気特性について述
べておく。La1.4Sr1.6Mn27の場合、理論的には
Mn1原子当たり3.7μBの磁化を有すると予想さ
れ、実際にフルモーメントに近い測定値が低温ではこれ
に相当する値が得られている。この磁化値をもとにMn
2層の磁化領域のみに着目して単位体積当たりの磁化
を算出すると約600emu/cm3が得られ、磁気記
録媒体として充分な磁化を発生できる。
In this case, the above-mentioned magnetostriction effect becomes particularly remarkable when the crystal lattice is distorted by 0.2% or more, but if a substrate having too large a lattice mismatch is used, complete lattice relaxation occurs. It is considered that the distortion effect disappears. Therefore, in order to effectively utilize this magnetostrictive effect in the magnetic recording medium of the present invention, it is effective to use a single crystal substrate in which the area of the lattice plane to be joined per unit lattice of the substrate is narrower than that of the thin film, It is particularly effective to grow a magnetic thin film so as to leave strain on the crystal lattice using a single crystal substrate in which the area of the lattice plane to be joined per unit lattice of the substrate is narrower than that of the thin film by 0.2 to 20%. is there. Here, the magnetic characteristics of the layered perovskite type ferromagnetic oxide will be described. For La 1.4 Sr 1.6 Mn 2 O 7 , theoretically be expected to have a magnetization of Mn1 atoms per 3.7μ B, actually measured values near full-moment is obtained value corresponding to the low temperature There is. Mn based on this magnetization value
When the magnetization per unit volume is calculated by paying attention only to the magnetization region of the O 2 layer, about 600 emu / cm 3 is obtained, and sufficient magnetization can be generated as a magnetic recording medium.

【0036】次に、c軸方向に延在するベルト状の非磁
性領域(図1中の2c)の形成例について説明する。強
磁性領域(図1中に2a)がc軸方向に連なって形成さ
れる強磁性領域の帯相互間でのb軸方向の磁気的相互作
用を遮断し、強磁性領域を適当な周期で磁気的に区切る
方法としては、例えば、図1に示すように、表面に原子
層ステップを有する結晶性基板を用いることが考えられ
る。この場合、形成する磁性薄膜のc軸方向と平行な方
向に直線状の原子ステップラインが延びるようにしてお
き、この基板上に磁性薄膜をステップフローモードで結
晶成長させ、この成膜過程において、磁性薄膜結晶の1
分子層以下に相当する厚みの反強磁性層を、基板と磁性
薄膜との間に挿入する。
Next, an example of forming a belt-shaped nonmagnetic region (2c in FIG. 1) extending in the c-axis direction will be described. Magnetic interaction in the b-axis direction between the bands of the ferromagnetic regions formed by the ferromagnetic regions (2a in FIG. 1) continuous in the c-axis direction is blocked, and the ferromagnetic regions are magnetized at an appropriate period. As a method of physically separating, for example, as shown in FIG. 1, it is possible to use a crystalline substrate having atomic layer steps on the surface. In this case, a linear atomic step line is made to extend in a direction parallel to the c-axis direction of the magnetic thin film to be formed, and the magnetic thin film is crystal-grown on this substrate in the step flow mode. Magnetic thin film crystal 1
An antiferromagnetic layer having a thickness corresponding to the molecular layer or less is inserted between the substrate and the magnetic thin film.

【0037】このようにして挿入される反強磁性層は、
その周囲の磁性に影響を及ぼし、数分子層がスピンキャ
ントした状態となり、強磁性領域の帯同士の磁気的相互
作用を遮断し、その結果、強磁性領域はc軸方向にもb
軸方向にも磁気的に独立な磁気記録領域を形成すること
となる。すなわち、b軸方向には上述の反強磁性層の介
在により、また、c軸方向には非磁性の(RE、AE)
O層により磁気的相互作用が遮断される。この場合、挿
入された反強磁性層によって強磁性領域の何分子層分の
スピンが影響を受けるかは、挿入する反強磁性材料によ
って異なる。
The antiferromagnetic layer thus inserted is
It affects the magnetism in the surroundings and causes several molecular layers to become spin-cancelled, blocking the magnetic interaction between the bands of the ferromagnetic region, and as a result, the ferromagnetic region also b in the c-axis direction.
A magnetically independent magnetic recording area is also formed in the axial direction. That is, the above-mentioned antiferromagnetic layer intervenes in the b-axis direction and non-magnetic (RE, AE) in the c-axis direction.
Magnetic interaction is blocked by the O layer. In this case, how many molecular layers in the ferromagnetic region the spin is affected by the inserted antiferromagnetic layer depends on the antiferromagnetic material to be inserted.

【0038】本発明の磁気記録媒体においては、層状ペ
ロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜を強磁性領域の形成
のために用いることとしているから、この磁性薄膜との
組成および格子定数の整合性を考慮すると、反強磁性層
形成のための材料としては、ペロブスカイト型酸化物
(例えば、一般に化学式(RE、AE)MO3で表記さ
れる単純ペロブスカイトのうち反強磁性を有する材料を
採用することが特に有効である。なお、上記化学式中R
Eは、少なくとも1種類の希土類元素(Y、La、C
e、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、H
o、Er、Tm、Yb、Lu)であり、AEは、少なく
とも1種類のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Sr、B
a)かPbまたはSnであり、さらにMは、Mn、F
e、Crのうち1種類の金属元素である。
In the magnetic recording medium of the present invention, since the layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film is used for forming the ferromagnetic region, the matching of the composition and the lattice constant with this magnetic thin film is taken into consideration. Then, as a material for forming the antiferromagnetic layer, it is particularly preferable to adopt a perovskite type oxide (for example, a material having antiferromagnetism among simple perovskites generally represented by the chemical formula (RE, AE) MO 3 ). It is effective, R in the above chemical formula
E is at least one rare earth element (Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu), and AE is at least one alkaline earth metal (Mg, Ca, Sr, B).
a) or Pb or Sn, and M is Mn, F
It is one kind of metal element of e and Cr.

【0039】例えば、La0.6Sr0.4FeO3の場合に
は、その反強磁性層の体積にも依存するが、反強磁性層
によってスピンの影響を受ける強磁性領域の分子は数分
子層程度である(M.Izumi et.al.,Ph
ys.Rev.B60,1211(1999))。な
お、反交換相互作用のより大きな材料を反強磁性層とし
て用いればその領域はさらに大きくなる。
For example, in the case of La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 , the number of molecules in the ferromagnetic region affected by spin by the antiferromagnetic layer is about several molecular layers, although it depends on the volume of the antiferromagnetic layer. Yes (M. Izumi et. Al., Ph
ys. Rev. B60, 1211 (1999)). If a material having a larger anti-exchange interaction is used for the antiferromagnetic layer, the area will be further increased.

【0040】以上、説明したように、本発明の磁気記録
媒体では、基板と、この基板表面と垂直方向にa軸を配
向させた層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物の磁性薄
膜とを備える磁気記録媒体であって、層状ペロブスカイ
ト型強磁性体酸化物の磁性薄膜は、c軸方向には、周期
的に形成される非磁性層により磁気的結合が切断され、
かつ、b軸方向には、周期的に形成される非磁性領域に
より磁気的結合が切断され、その結果、磁性薄膜中に周
期的にドットアレイ状の強磁性領域が形成される。
As described above, in the magnetic recording medium of the present invention, the magnetic recording comprising the substrate and the magnetic thin film of the layered perovskite type ferromagnetic oxide in which the a-axis is oriented in the direction perpendicular to the substrate surface. The magnetic thin film of the layered perovskite type ferromagnetic oxide, which is a medium, has its magnetic coupling cut in the c-axis direction by a nonmagnetic layer formed periodically.
Further, in the b-axis direction, the magnetic coupling is broken by the non-magnetic regions that are periodically formed, and as a result, dot array-like ferromagnetic regions are periodically formed in the magnetic thin film.

【0041】ここで、層状ペロブスカイト型強磁性体酸
化物は、例えば、化学式(RE、AE)n+1Mnn3n+1
で表記されるRaddlesden Popper相の
Mn酸化物であり、磁性薄膜中に周期的に形成される非
磁性層は、化学式(RE、AE)Oで表記される、自己
組織化的に形成された非磁性層であり、周期的に形成さ
れる非磁性領域は、スピンキャント効果により強磁性領
域間の磁気的結合が切断された領域である。
Here, the layered perovskite type ferromagnetic oxide has, for example, a chemical formula (RE, AE) n + 1 Mn n O 3n + 1.
The non-magnetic layer, which is a Mn oxide of the Raddlesden Popper phase represented by, is periodically formed in the magnetic thin film. The non-magnetic layer represented by the chemical formula (RE, AE) O is a self-organized non-formed layer. The non-magnetic region, which is a magnetic layer and is formed periodically, is a region in which the magnetic coupling between the ferromagnetic regions is broken by the spin cant effect.

【0042】また、基板として、磁性薄膜との間に格子
不整合を有する単結晶基板を用いた場合には磁歪効果を
有利に利用することが可能となる。この場合の格子不整
合は、基板の単位格子当たりの磁性薄膜との接合格子面
積(S1)が、磁性薄膜の単位格子当たりの基板との接
合格子面積(S2)よりも小さく(S1<S2)、磁性
薄膜に、基板との界面方向の圧縮応力が付与されるよう
に選択される。結晶成長的観点からは、この格子不整合
に基づく接合面積の不整合(Δ=(S2−S1)/S
2)は、0.2〜20%であることが特に好ましい。
Further, when a single crystal substrate having a lattice mismatch with the magnetic thin film is used as the substrate, the magnetostrictive effect can be advantageously used. The lattice mismatch in this case is such that the junction lattice area (S1) with the magnetic thin film per unit lattice of the substrate is smaller than the junction lattice area (S2) with the substrate per unit lattice of the magnetic thin film (S1 <S2). , Are selected so that a compressive stress is applied to the magnetic thin film in the direction of the interface with the substrate. From the viewpoint of crystal growth, the mismatch of the junction area based on this lattice mismatch (Δ = (S2-S1) / S
2) is particularly preferably 0.2 to 20%.

【0043】さらに、基板として、磁性薄膜のb軸方向
に周期的に分布し、かつ、c軸方向に直線状に延在する
原子層レベルのステップを有するステップ基板を用い、
この基板と磁性薄膜との界面領域に、ステップに沿って
磁性薄膜の1単位層以下の厚みで形成された反強磁性層
をさらに備えることとすれば、磁性薄膜中で生じさせる
スピンキャント効果を容易に発現させることが可能とな
る。
Further, as the substrate, a step substrate having atomic layer level steps which are periodically distributed in the b-axis direction of the magnetic thin film and linearly extend in the c-axis direction is used.
If an antiferromagnetic layer formed with a thickness of 1 unit layer or less of the magnetic thin film along the step is further provided in the interface region between the substrate and the magnetic thin film, the spin cant effect produced in the magnetic thin film can be obtained. It can be easily expressed.

【0044】このように、本発明の磁気記録媒体は、磁
性薄膜として層状ペロブスカイト型強磁性酸化物のエピ
タキシャル配向膜を採用しており、その強磁性領域と非
磁性領域の形成は結晶成長に伴う自己組織化過程である
ため、特別な微細加工技術を用いることなく、周期的な
空間分布を有する微小サイズの強磁性領域を容易に形成
することができる。
As described above, the magnetic recording medium of the present invention employs the layered perovskite type ferromagnetic oxide epitaxial orientation film as the magnetic thin film, and the formation of the ferromagnetic region and the nonmagnetic region is accompanied by the crystal growth. Since it is a self-assembly process, it is possible to easily form a minute-sized ferromagnetic region having a periodic spatial distribution without using a special fine processing technique.

【0045】また、この磁気記録媒体の1ビット当たり
の面積は1nm×4nmであり、記録面密度は160T
ビット/(インチ)2である。すなわち、パターンドメ
ディアと呼ばれる自己配向型の磁性体ドットアレイ型の
磁性記録媒体のおよそ8倍もの記録密度が達成可能であ
る。
The area per bit of this magnetic recording medium is 1 nm × 4 nm, and the recording areal density is 160 T.
It is 2 bits / (inch). That is, it is possible to achieve a recording density as high as about 8 times that of a self-aligned magnetic dot array type magnetic recording medium called a patterned medium.

【0046】なお、本発明の磁気記録媒体の記録面密度
は、層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜の組成選
択、および、c軸方向に延在するベルト状の非磁性領域
の設計に応じて、自由に設計可能である。
The recording areal density of the magnetic recording medium of the present invention depends on the composition selection of the layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film and the design of the belt-shaped nonmagnetic region extending in the c-axis direction. , Can be designed freely.

【0047】以下に、本発明の磁気記録媒体を製造する
ための方法の実施例について説明する。
Examples of the method for producing the magnetic recording medium of the present invention will be described below.

【0048】〔実施例〕図3は、本発明の磁気記録媒体
の製造に用いる基板の例を説明するための図で、図3
(a)は平面図、図3(b)は断面図である。この実施
例では、基板3として、オフ(OFF)角が5.71度
の(100)方向にステップラインを有するSi(11
0)ステップ基板を用いた。この場合、テラス幅Lはお
よそ40nmで、この値は、単純ペロブスカイトの代表
的なb軸長の約10倍に相当する。上述したとおり、S
i(110)基板と層状ペロブスカイト型強磁性体酸化
物薄膜との格子整合性は良好であるものの、Si基板上
に直接酸化物磁性材料を形成するとSi基板と層状ペロ
ブスカイト型強磁性体酸化物薄膜との界面に副次的にS
iO2が形成されてしまい、結晶性の良好な層状ペロブ
スカイト型強磁性体酸化物薄膜を形成することが困難と
なるおそれがある。この不都合を回避するために、層状
ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜形成前に、予め基
板3上にバッファ層を設けることとした。
[Embodiment] FIG. 3 is a view for explaining an example of a substrate used for manufacturing the magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a sectional view. In this embodiment, as the substrate 3, Si (11) having a step line in the (100) direction with an off angle of 5.71 degrees is used.
0) A step substrate was used. In this case, the terrace width L is about 40 nm, which corresponds to about 10 times the typical b-axis length of simple perovskites. As mentioned above, S
Although the lattice matching between the i (110) substrate and the layered perovskite-type ferromagnetic oxide thin film is good, when the oxide magnetic material is directly formed on the Si substrate, the Si substrate and the layered perovskite-type ferromagnetic oxide thin film are formed. S at the interface with
Since iO 2 is formed, it may be difficult to form a layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film having good crystallinity. In order to avoid this inconvenience, a buffer layer is provided in advance on the substrate 3 before the layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film is formed.

【0049】図4は、バッファ層を形成した基板の様子
を説明するための図で、図4(a)は平面図、図4
(b)は断面図である。この実施例では、基板3基板3
上にZnSのバッファ層4が形成されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the state of the substrate on which the buffer layer is formed. FIG. 4 (a) is a plan view and FIG.
(B) is a sectional view. In this embodiment, substrate 3 substrate 3
A ZnS buffer layer 4 is formed on top.

【0050】ZnSとSiとは、近似する結晶構造と格
子定数とを有するため、形成されるZnSの結晶性が良
好となり酸素バリアとして充分に作用する。すなわち、
層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜の形成前に基
板3上にZnSのバッファ層4を設けることで、Si基
板と層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜との界面
でのSiO2の形成が抑制され、結晶性の良好な層状ペ
ロブスカイト型強磁性体酸化物薄膜を形成することが容
易となる。
Since ZnS and Si have similar crystal structures and lattice constants, the crystallinity of ZnS formed is good, and they sufficiently act as an oxygen barrier. That is,
By providing the ZnS buffer layer 4 on the substrate 3 before forming the layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film, formation of SiO 2 at the interface between the Si substrate and the layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film is suppressed. Thus, it becomes easy to form a layered perovskite type ferromagnetic oxide thin film having good crystallinity.

【0051】なお、このZnSのバッファ層4は、基板
温度と硫黄圧力とを適当に制御しPLD(Pulsed
Laser Deposition)法で1.2nm
の膜厚となるようにエピタキシャル成膜させた。成膜後
のZnSバッファ層4を熱処理すると、その表面は、図
4(b)に示すようなステップアンドテラス構造となっ
た。
The ZnS buffer layer 4 has a PLD (Pulsed) by appropriately controlling the substrate temperature and the sulfur pressure.
Laser Deposition) method 1.2 nm
An epitaxial film was formed to have a film thickness of. When the ZnS buffer layer 4 after the film formation was heat-treated, the surface thereof had a step-and-terrace structure as shown in FIG.

【0052】これに引き続き、反強磁性体からなる反強
磁性層を形成した。
Subsequent to this, an antiferromagnetic layer made of an antiferromagnetic material was formed.

【0053】図5は、ZnSのバッファ層上に反強磁性
層を形成した様子を説明するための図で、図5(a)は
平面図、図5(b)は断面図である。この実施例では、
反強磁性層5の材料としてLa0.6Sr0.4FeO3を用
いている。La0.6Sr0.4FeO3の反強磁性層5は、
基板温度を適当に制御したPLD法でエピタキシャル成
膜させ、ステップフロー様式で結晶成長させることでZ
nSバッファ層4のステップエッジに3分子列成長させ
た。なお、ステップフロー様式の薄膜成長は基板3温度
を比較的高く設定することで実施可能である。
5A and 5B are views for explaining a state in which an antiferromagnetic layer is formed on a ZnS buffer layer. FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a sectional view. In this example,
La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 is used as the material of the antiferromagnetic layer 5. The antiferromagnetic layer 5 of La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 is
Epitaxial film formation is performed by the PLD method in which the substrate temperature is appropriately controlled, and crystal growth is performed in a step flow mode to produce Z.
Three molecules were grown on the step edge of the nS buffer layer 4. The step-flow type thin film growth can be performed by setting the temperature of the substrate 3 to be relatively high.

【0054】このようにして形成したLa0.6Sr0.4
eO3の薄膜とZnSのバッファ層4の上に、La1.4
1.6Mn27の組成(327相)の磁性薄膜を形成し
た。
La 0.6 Sr 0.4 F formed in this way
On top of the thin film of eO 3 and the buffer layer 4 of ZnS, La 1.4 S
A magnetic thin film having a composition of r 1.6 Mn 2 O 7 (327 phase) was formed.

【0055】図6は、磁性薄膜形成後の基板の様子を説
明するための図で、図6(a)は平面図、図6(b)は
断面図である。磁性薄膜6は、La0.6Sr0.4FeO3
の組成を有するようにPLD法で薄膜形成されたもので
ある。
6A and 6B are views for explaining the state of the substrate after the magnetic thin film is formed. FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a sectional view. The magnetic thin film 6 is made of La 0.6 Sr 0.4 FeO 3
The thin film is formed by the PLD method so as to have the composition of.

【0056】この方法によれば、基板温度と導入する酸
素分圧とを調整することでa軸配向の薄膜を得ることが
可能であり、その結晶成長様式は、成長条件の選定に応
じて、ステップフロー様式、または、レイヤーバイレイ
ヤー様式の何れもが選択可能である。この実施例では、
磁性薄膜6は、5層のLa0.6Sr0.4FeO3から形成
されている。
According to this method, an a-axis oriented thin film can be obtained by adjusting the substrate temperature and the oxygen partial pressure to be introduced, and the crystal growth mode depends on the growth conditions selected. Either a step flow mode or a layer-by-layer mode can be selected. In this example,
The magnetic thin film 6 is formed of five layers of La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 .

【0057】なお、327相の薄膜形成用のターゲット
は、先ず、原料であるLa23とSrCO3とMn34
とをその組成比に混合し、これを1050℃で18時間
仮焼きした後に粉砕混合し、さらに、1500℃で30
時間本焼成(途中2回粉砕混合)を行ない、XRDにて
327相の多結晶体になっていることを確認した後にペ
レット状にプレスしてさらに48時間焼結をおこなって
得た。このようにして得た5層の327相からなる磁性
薄膜6の領域のうち、磁性薄膜6と基板3との界面領域
の1層、および、表面領域の1層は、基板3または、大
気に接しているため有効に磁化を発揮することができな
い。また、反強磁性層5に隣接する327相3分子程度
がスピンキャントしていると考えられるため、この反強
磁性層隣接領域の磁性薄膜6領域も有効に磁化を発揮す
ることができない。その結果、磁性薄膜6のうち、図6
(a)に示す6b、および6cは磁化を生じない領域と
なり、強磁性領域として機能するのは6aのみとなる。
すなわち、既に図1で示した斜線領域2aのみが強磁性
を示すこととなり、強磁性体のドットアレーが形成され
る。
The target for forming the thin film of 327 phase is as follows. First, the raw materials La 2 O 3 , SrCO 3 and Mn 3 O 4 are used.
And were mixed in the composition ratio, calcined at 1050 ° C. for 18 hours, pulverized and mixed, and further at 1500 ° C. for 30 minutes.
After main firing for 2 hours (crushing and mixing twice in the middle), it was confirmed by XRD that a 327-phase polycrystal was formed, and then pressed into pellets for further 48 hours for sintering. Of the five layers of the magnetic thin film 6 composed of 327 phases thus obtained, one layer in the interface region between the magnetic thin film 6 and the substrate 3 and one layer in the surface region were exposed to the substrate 3 or the atmosphere. Since they are in contact with each other, the magnetization cannot be effectively exhibited. Further, since it is considered that about 327 phase 3 molecules adjacent to the antiferromagnetic layer 5 are spin-canceted, the magnetic thin film 6 region adjacent to the antiferromagnetic layer adjacent region cannot effectively exhibit magnetization. As a result, among the magnetic thin films 6, FIG.
6b and 6c shown in (a) are regions in which no magnetization occurs, and only 6a functions as a ferromagnetic region.
That is, only the shaded area 2a shown in FIG. 1 exhibits ferromagnetism, and a dot array of ferromagnet is formed.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の磁気記
録媒体によれは、磁性薄膜として層状ペロブスカイト型
強磁性酸化物のエピタキシャル配向膜を採用しており、
その強磁性領域と非磁性領域の形成は結晶成長に伴う自
己組織化過程であるため、特別な微細加工技術を用いる
ことなく、周期的な空間分布を有する微小サイズの強磁
性領域を容易に形成することができる。
As described above, according to the magnetic recording medium of the present invention, the layered perovskite type ferromagnetic oxide epitaxial orientation film is adopted as the magnetic thin film.
Since the formation of the ferromagnetic and non-magnetic regions is a self-organization process associated with crystal growth, it is easy to form minute-sized ferromagnetic regions with periodic spatial distribution without using special microfabrication technology. can do.

【0059】また、この磁気記録媒体の1ビット当たり
の面積は1nm×4nm、記録面密度は160Tビット
/(インチ)2であり、パターンドメディアと呼ばれる
自己配向型の磁性体ドットアレイ型の磁性記録媒体のお
よそ8倍もの高記録密度が達成可能である。
The magnetic recording medium has an area per bit of 1 nm × 4 nm and a recording surface density of 160 T bits / (inch) 2 , and is a self-orientation type magnetic dot array type magnet called a patterned medium. A recording density as high as about 8 times that of a recording medium can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の磁気記録媒体の構造を説明するための
図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the structure of a magnetic recording medium of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a sectional view.

【図2】本発明の磁気記録媒体の強磁性領域の近傍の様
子を詳細に説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining in detail a state in the vicinity of a ferromagnetic region of the magnetic recording medium of the present invention.

【図3】本発明の磁気記録媒体の製造に用いる基板を説
明するための図で、(a)は平面図、(b)は断面図で
ある。
3A and 3B are views for explaining a substrate used for manufacturing the magnetic recording medium of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a sectional view.

【図4】バッファ層を形成した基板の様子を説明するた
めの図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
4A and 4B are diagrams for explaining a state of a substrate on which a buffer layer is formed, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a sectional view.

【図5】ZnSのバッファ層上に反強磁性層を形成した
様子を説明するための図で、(a)は平面図、(b)は
断面図である。
5A and 5B are views for explaining a state in which an antiferromagnetic layer is formed on a ZnS buffer layer, FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a sectional view.

【図6】磁性薄膜形成後の基板の様子を説明するための
図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
6A and 6B are views for explaining the state of the substrate after forming the magnetic thin film, where FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、3 基板 磁性薄膜 2a、6a 強磁性領域 2b、2c、6b、6c 非磁性領域 4 バッファ層 5 反強磁性層 1, 3 substrates Magnetic thin film 2a, 6a Ferromagnetic region 2b, 2c, 6b, 6c Non-magnetic region 4 buffer layers 5 Antiferromagnetic layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 10/28 H01F 10/28 10/30 10/30 (72)発明者 川崎 雅司 神奈川県相模原市相模大野4丁目2番5号 116 (72)発明者 小西 義則 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 米澤 喜幸 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株 式会社富士電機総合研究所内 Fターム(参考) 5D006 BB01 BB07 CA01 CC01 DA03 FA00 5E049 AB10 AC05 BA06 DB02 DB08─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01F 10/28 H01F 10/28 10/30 10/30 (72) Inventor Masashi Kawasaki Sagamiono, Sagamihara City, Kanagawa 4-chome 2-5 116 (72) Inventor Yoshinori Konishi 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Fuji Electric Research Institute (72) Inventor Yoshiyuki Yonezawa 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Fuji Electric Research Institute, Inc. F-Term (Reference) 5D006 BB01 BB07 CA01 CC01 DA03 FA00 5E049 AB10 AC05 BA06 DB02 DB08

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、当該基板表面と垂直方向にa軸
を配向させた層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物の磁
性薄膜とを備え、 当該層状ペロブスカイト型強磁性体酸化物の磁性薄膜
は、c軸方向には、周期的に形成される非磁性層により
磁気的結合が切断され、かつ、b軸方向には、周期的に
形成される非磁性領域により磁気的結合が切断され、当
該磁性薄膜中に周期的にドットアレイ状の強磁性領域が
形成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
1. A magnetic thin film of a layered perovskite-type ferromagnetic oxide, comprising a substrate and a magnetic thin film of a layered perovskite-type ferromagnetic oxide whose a-axis is oriented in a direction perpendicular to the surface of the substrate. The magnetic coupling is cut in the c-axis direction by the periodically formed non-magnetic layer, and the magnetic coupling is cut in the b-axis direction by the periodically formed non-magnetic regions. A magnetic recording medium characterized in that a dot array-like ferromagnetic region is periodically formed in a thin film.
【請求項2】 前記周期的に形成される非磁性層は、R
Eを少なくとも1種類の希土類元素、AEを少なくとも
1種類のアルカリ土類金属またはPb若しくはSn、O
を酸素として、化学式(RE、AE)Oで表記される非
磁性層であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記
録媒体。
2. The periodically formed non-magnetic layer is R
E is at least one kind of rare earth element, AE is at least one kind of alkaline earth metal, or Pb or Sn, O
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the magnetic recording medium is a non-magnetic layer represented by a chemical formula (RE, AE) O, where oxygen is oxygen.
【請求項3】 前記周期的に形成される非磁性領域は、
スピンキャント効果により前記強磁性領域間の磁気的結
合が切断された領域であることを特徴とする請求項1又
は2に記載の磁気記録媒体。
3. The periodically formed non-magnetic region comprises:
The magnetic recording medium according to claim 1 or 2, wherein the magnetic coupling between the ferromagnetic regions is broken by a spin cant effect.
【請求項4】 前記層状ペロブスカイト型強磁性体酸化
物は、REを少なくとも1種類の希土類元素、AEを少
なくとも1種類のアルカリ土類金属またはPb若しくは
Snとして、化学式(RE、AE)n+1Mnn3n+1で表
記されるRaddlesden Popper相のMn
酸化物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の磁気記録媒体。
4. The layered perovskite type ferromagnetic oxide has a chemical formula (RE, AE) n + 1 with RE being at least one rare earth element and AE being at least one alkaline earth metal or Pb or Sn. Mn of the Raddlesden Popper phase represented by Mn n O 3n + 1
The magnetic recording medium according to any one of claims 1 to 3, which is an oxide.
【請求項5】 前記基板は、当該基板表面の単位格子形
状が矩形または平行四辺形である単結晶基板であること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気記
録媒体。
5. The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the substrate is a single crystal substrate whose unit lattice shape on the surface of the substrate is a rectangle or a parallelogram.
【請求項6】 前記基板は、前記磁性薄膜との間に格子
不整合を有する単結晶基板であり、 当該磁性薄膜は、当該基板の単位格子当たりの当該磁性
薄膜との接合格子面積(S1)が、当該磁性薄膜の単位
格子当たりの当該基板との接合格子面積(S2)よりも
小さく(S1<S2)なるように形成され、前記磁性薄
膜に、前記基板との界面方向の圧縮応力が付与されてい
ることを特徴とする請求項5に記載の磁気記録媒体。
6. The substrate is a single crystal substrate having a lattice mismatch with the magnetic thin film, and the magnetic thin film has a junction lattice area (S1) with the magnetic thin film per unit lattice of the substrate. Is formed so as to be smaller than the junction lattice area (S2) of the magnetic thin film per unit lattice with the substrate (S1 <S2), and compressive stress is applied to the magnetic thin film in the direction of the interface with the substrate. The magnetic recording medium according to claim 5, wherein the magnetic recording medium is a magnetic recording medium.
【請求項7】 前記格子不整合に基づく接合面積の不整
合(Δ=(S2−S1)/S2)は、0.2〜20%で
あることを特徴とする請求項6に記載の磁気記録媒体。
7. The magnetic recording according to claim 6, wherein the mismatch (Δ = (S2−S1) / S2) of the junction area based on the lattice mismatch is 0.2 to 20%. Medium.
【請求項8】 前記基板は、ac面を基板表面とする層
状ペロブスカイト型酸化物単結晶基板であることを特徴
とする請求項5乃至7のいずれかに記載の磁気記録媒
体。
8. The magnetic recording medium according to claim 5, wherein the substrate is a layered perovskite type oxide single crystal substrate having an ac plane as a substrate surface.
【請求項9】 前記基板は、Si(110)単結晶基板
であることを特徴とする請求項5に記載の磁気記録媒
体。
9. The magnetic recording medium according to claim 5, wherein the substrate is a Si (110) single crystal substrate.
【請求項10】 前記基板は、前記磁性薄膜のb軸方向
に周期的に分布し、かつ、c軸方向に直線状に延在する
原子層レベルのステップを有するステップ基板であり、 当該基板と前記磁性薄膜との界面領域に、当該ステップ
に沿って形成された反強磁性層をさらに備え、 当該反強磁性層の厚みが前記磁性薄膜の1分子層以下で
あることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載
の磁気記録媒体。
10. The substrate is a step substrate having atomic layer level steps which are periodically distributed in the b-axis direction of the magnetic thin film and linearly extend in the c-axis direction. The antiferromagnetic layer formed according to the step is further provided in an interface region with the magnetic thin film, and the thickness of the antiferromagnetic layer is one molecular layer or less of the magnetic thin film. The magnetic recording medium according to any one of 1 to 9.
【請求項11】 前記反強磁性層は、REを少なくとも
1種類の希土類元素、AEを少なくとも1種類のアルカ
リ土類金属またはPb若しくはSn、MをMnまたはF
e若しくはCrのうち1種類の金属元素として、化学式
(RE、AE)MO3で表記される単純ペロブスカイト
構造の反強磁性金属酸化物で構成されていることを特徴
とする請求項10に記載の磁気記録媒体。
11. The antiferromagnetic layer comprises RE as at least one rare earth element, AE as at least one alkaline earth metal, or Pb or Sn, and M as Mn or F.
11. The antiferromagnetic metal oxide having a simple perovskite structure represented by the chemical formula (RE, AE) MO 3 is used as one kind of metal element of e or Cr, and the metal oxide is defined in claim 10. Magnetic recording medium.
【請求項12】 前記基板と前記磁性薄膜との間にバッ
ファ層をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至1
1のいずれかに記載の磁気記録媒体。
12. The buffer layer is further provided between the substrate and the magnetic thin film.
2. The magnetic recording medium according to any one of 1.
【請求項13】 前記バッファ層はZnSであることを
特徴とする請求項12に記載の磁気記録媒体。
13. The magnetic recording medium according to claim 12, wherein the buffer layer is ZnS.
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