熱アシスト磁気記録の媒体設計における 統計熱揺らぎ指標の検討 平成 26 年度 三重大学 工学部 物理工学科 松原 美佳 目次 1 章 序論..................................................................................................................... 1 1.1 序 ...................................................................................................................... 1 1.2 垂直磁気記録方式 .......................................................................................................... 1 1.3 グラニュラー媒体 .......................................................................................................... 2 1.4 磁気記録のトリレンマ .................................................................................................. 3 1.5 熱アシスト磁気記録 ...................................................................................................... 4 1.6 磁気異方性 ...................................................................................................................... 4 1.7 本研究の目的と概要 ...................................................................................................... 5 2 章 統計熱揺らぎ指標 ............................................................................................... 7 2.1 序 ...................................................................................................................................... 7 2.2 ビットエラーレート ...................................................................................................... 7 2.2.1 グレインサイズ ........................................................................................... 7 2.2.2 1 個のグレインが磁化反転するエラー確率 ................................................. 9 2.2.3 ビットエラーレートの計算 ......................................................................... 9 2.2.4 長期保存における統計熱揺らぎ指標 ......................................................... 10 2.3 保存期間 ........................................................................................................................ 11 2.4 比例式を用いた近似計算 ............................................................................................ 14 2.4.1 短期保存における統計熱揺らぎ指標 ........................................................... 15 2.4.2 グレインサイズの標準偏差に対する依存性 ................................................ 16 2.4.3 媒体設計の比較........................................................................................... 18 i 2.4.4 保磁力の比較 .............................................................................................. 19 2.5 計算結果 ........................................................................................................................ 20 2.5.1 シングル熱アシスト磁気記録 ..................................................................... 21 2.5.2 グレイン間交換結合.................................................................................... 22 3 章 媒体設計 ............................................................................................................26 3.1 序 .................................................................................................................................... 26 3.2 分子場近似 .................................................................................................................... 26 3.3 媒体条件 ........................................................................................................................ 28 3.4 磁気異方性定数比の導出 ............................................................................................ 31 3.4.1 再現性 ....................................................................................................... 31 3.4.2 S, D, J の決定 ........................................................................................... 31 3.4.3 組成決定 ................................................................................................... 32 3.4.4 HAMR 媒体成立条件 ................................................................................ 33 3.4.5 導出までのプロセス .................................................................................. 35 3.5 計算結果 ........................................................................................................................ 36 3.5.1 磁気記録タイプ ......................................................................................... 36 3.5.2 グレイン間交換結合依存性 ....................................................................... 37 4 章 総括....................................................................................................................39 謝辞 .............................................................................................................................40 参考文献 ......................................................................................................................41 ii 1 章 序論 1.1 序 全世界で記録保存される情報量は増加し続けていて今後も増え続けるといわれてい る. これらの情報を記録保存する主な媒体としてハードディスクドライブ(Hard Disk Drive, HDD)があげられる. HDD は記憶容量が大きく, 価格も安いため広く用いられて おり, 常に大容量化が求められている. 面記録密度の高密度化は, 垂直磁気記録方式に より増加していたが, そのままだとトリレンマ問題により限界がくると予想された. こ の問題を解決する方法の１つとして熱アシスト磁気記録がある. 1.2 垂直磁気記録方式 図 1-1 垂直磁気記録方式 現在の HDD には図 1-1 のような垂直磁気記録方式が用いられている. 垂直磁気記録 方式とは記録層に対して垂直方向に磁化する記録方式である. 磁気ヘッドは主磁極と -1- 補助極から構成されており, 主磁極は補助極に比べて何十倍も小さくする. これは, 主 磁極下では磁束密度を高くし磁化反転を起こせるようにし, 補助極下では磁束密度は 低く磁化反転が起きないようにしている. 図 1-2 ヘッド磁界の発生 また, 記録層の下には軟磁性裏打ち層(Soft Under Layer, SUL)が作られている. コイル に電流を流すと, 図 1-2 の矢印のように主磁極から発生した磁束は記録層の中を通り軟 磁性裏打ち層に入る. そこからまた記録層を通過し補助極に戻る. 軟磁性裏打ち層を設 けることで小さな記録領域に強い磁界を発生させることができる. 番号は⑤の磁界が 発生するまでの順番を示している. 1.3 グラニュラー媒体 HDD の記録媒体には, 磁性微粒子（グレイン）が非磁性体に囲まれたグラニュラー 媒体が使用されている. 図 1-3 はグラニュラー媒体の上からみた図と横からみた図を示 している. 青色と白色のグレインは磁化の向きが反平行であることを示している. -2- 図 1-3 グラニュラー媒体 グラニュラー媒体では複数のグレインで 1 ビットを構成して記録している. グレイン の大きさを小さくして, 1 ビットの領域を小さくすることで高密度化する考えがある. 1.4 磁気記録のトリレンマ 磁気記録において, 情報の熱的安定性を示す指標として, (1.1)式で表した熱揺らぎ指 標がある. (1.1)式において, 分母は磁化の向きを乱そうとする熱的エネルギーを表して いて, 分子は磁化の向きを保とうとする磁気的エネルギーを表している. Kβ の値が大き いほど, 情報が安定しているといえる. (1.1) ここで, Ku はグレインの異方性エネルギー, V はグレイン体積, k はボルツマン定数, T は 絶対温度である. 記録密度を高めるためにグレインの微細化を考えると, (1.1)式において体積 V が小さ くなり，Kβ が小さくなるので情報の熱的安定性が低くなる. そこで熱的安定性を保つた めに Ku を大きくしたいと考えると, 高い保磁力 Hc (= Hk = 2Ku / Ms と仮定している)を持 つ材料にする必要がある. しかし, 保磁力を高くしていき, 磁気ヘッドから発生する磁 界より大きくなってしまうと, 記録層への書き込みが困難になる. ヘッド磁界 Hw には 上限があるため, 保磁力 Hc を大きくするのには限界がある. これが要因で高密度化に -3- 歯止めがかかっている. 体積を小さくする, 情報安定性を保つ, 書き込みをし易くする, この 3 つをすべて同 時に満たすことは難しく, この問題を磁気記録のトリレンマという. 1.5 熱アシスト磁気記録(Heat Assisted Magnetic Recording, HAMR) 熱アシスト磁気記録とは, レーザー光で記録位置を加熱し,一時的に保磁力を低くし て情報を記録する方式である. メリットとしては, 室温において保磁力が高い材料であ っても情報を記録することが可能になる. デメリットとしては, 記録時に加熱することにより一時的に記録位置周辺の温度が 高くなるため, 記録位置周辺における熱的安定性が低下することが考えられる. 熱アシ スト磁気記録を行うときは, このように一時的に熱的安定性が低下しても, 記録情報が 保たれるような記録媒体を用いることが必要となる. 1.6 磁気異方性 HAMR ではメリットとして, 室温において保磁力が高い材料を使用できる. つまり, 室温において大きな異方性エネルギー定数 Ku を持つ媒体が使用でき, 高密度化できる ことになる. しかし, Ku の大きな媒体ほど製作が難しく, Ku の増大化も困難になってく ることが考えられる. -4- 図 1-4 キュリー温度と異方性エネルギーの関係 1) 図 1-4 の赤色のプロットは高い磁気異方性を持つとされている FePt のバルク, 薄膜にお ける Ku のキュリー温度依存性の一例を示している 1). この例では, 室温 300K において の Ku はバルクでは 70Merg/cm3, 薄膜では 46Merg/cm3 程度という結果が得られ, またこ れをグラニュラー薄膜にするとさらに小さくなることが想定される. そこで, 現在では 小さな Ku のグラニュラー薄膜であっても使用できる媒体設計が望まれている. 本研究 では, Ku がどれだけ小さくできるかという指標として, そのときの Ku をバルクの異方性 エネルギー定数 Kubulk で規格化した値 Ku/ Kubulk を用いる. 図 1-4 の青色の線は例として Ku/ Kubulk が 0.2~1.0 の場合の Cu 単純希釈による Ku の Tc 依存性を示している. 導出に関 しては 3 章で述べる. 1.7 本研究の目的と概要 熱アシスト磁気記録(HAMR)を考える上で, 記録時の記録位置周辺の情報安定性を確 保する必要がある. そこで, 記録位置, 記録位置の 1 ビット前, 記録位置の 1 トラック隣, 主磁極下での情報の熱的安定性に必要な熱揺らぎ指標を考える. これまでは, これらの 熱揺らぎ指標を考えるのに, 比例式を使った近似計算を用いて考えていた. 本研究では, 近似計算による誤差について検討し, 計算方法を改める. 改めて導出さ -5- れた必要な熱揺らぎ指標について, グレイン間交換結合との関係や磁気記録方法を SHAMR に変えたときの場合について検討する. 第 2 章では, 近似計算の誤差について検討し, 改めて必要な熱揺らぎ指標を求める. またパラメータを変化させた場合の値も明らかにする. 第 3 章では, HAMR に必要な媒体特性を述べた後, 磁気記録方法を SHAMR にしたと きやグレイン間交換結合を導入した場合の媒体設計において, 異方性定数比 Ku/ Kubulk を どれだけ下げられるのかを明らかにする. 第４章では, 全体のまとめを行う. -6- 2 章 統計熱揺らぎ指標 2.1 序 本研究の熱アシスト磁気記録(HAMR)では, 記録領域を含む媒体の広い領域を印加 する TG 方式を考えている 2). よって, ヘッド磁界によって印加される領域は, 加熱され る領域よりも広いため, 記録位置周辺などにおいての情報安定性を確保する必要があ る. そこで, HAMR の記録時において, 記録ビットの位置, 記録位置から 1 ビット前, 記 録位置から 1 トラック隣, 主磁極下のそれぞれにおける情報安定性を保つために必要な 熱揺らぎ指標を考える. 本章では, まず情報安定性の本質的な指標であるビットエラーレート(bER)の計算方 法について述べ, 情報の長期保存においての統計熱揺らぎ指標を明らかにする. 次に bER のパラメータになる保存期間 τ について説明する. その後, いままでの比例式を使 った近似計算について述べその誤差を検討し, bER のシミュレーションを用いた計算に 改める. また, そこで導出された統計熱揺らぎ指標について, 磁気記録方法を SHAMR に変え た場合やグレイン間交換結合との関係について検討する. 統計熱揺らぎ指標の定義に ついては 2.2 項で述べる. 2.2 ビットエラーレート 2.2.1 グレインサイズ 本研究では, グレインサイズ（上からみたときのグレインの直径）a は対数正規分布 に従うとする. 実際のグレインサイズも対数正規分布に従うことが知られている. そこ で本研究のシミュレーションでは, ボックス・ミュラー法を用いて対数正規乱数を発生 させる. ボックス・ミュラー法を用いると一様分布に従う乱数 r1, r2 を用いて, 平均 μ, 標準偏 差 σ とする正規分布 N( μ, σ)に従う正規乱数 x, y が得られる. -7- 𝑥 = 𝜎√−2 log 𝑟1 cos 2π𝑟2 + 𝜇 (2.1) 𝑦 = 𝜎√−2 log 𝑟1 cos 2π𝑟2 + 𝜇 (2.2) これより, 平均 m, 標準偏差 ν とする対数正規分布 LN(m, ν )に従う対数正規乱数は (2.3) (2.4) によって得られる. 但し, 𝜇 = ln ( 𝑚2 √𝜈 2 + 𝑚2 𝜎 = √ln ( ) (2.5) 𝜈2 + 1) 𝑚2 (2.6) という関係が成り立つ. 図 2-4 はボックス・ミュラー法を用いて, 乱数を 105 個発生させ得られたヒストグラ ムである. 図 2-1 グレインサイズのヒストグラム ここで, 対数正規分布の確率密度関数の式は, -8- 𝑔(𝑎) = 1 √2π𝜎𝑎 exp (− (ln𝑎 − 𝜇)2 ) 2𝜎 2 (2.7) であり, 図 2-1 においての赤色の曲線は理論値を示している. この図よりボックス・ミ ュラー法から得た値が対数正規乱数になっていることが確認できる. ここでは標準偏 差 σD = 20％, a / am の平均を m = 1.0 としている. シミュレーションでは, 対数正規乱数を n 個発生させ, それぞれ a1, a2, a3 …an として いる. 2.2.2 1 個のグレインが磁化反転するエラー確率 1 ビットあたりの情報がエラーを起こす確率 bER を計算するために, 1 個のグレイン が磁化反転するエラー確率 P を考える. この確率 P は次のように与えられる 3). 𝑎 2 𝑃 = 1 − exp (−𝑓0 𝜏exp (−TSF ( ) )) 𝑎m (2.8) ここで, f0 は単位時間当たりに磁化の方向が反転しようとする試行回数であり f0=1011s-1, τ は保存期間であり 10 年間の場合 τ =3.2×108 s となる. a はグレインサイズ, am はグレイ ンサイズの平均値を意味している. また, bER の値が 10-3 になるときの(2.8)式における TSF を統計熱揺らぎ指標と定義する. 意味としては, 任意の保存期間 τ の間情報安定性 を保つために必要な熱揺らぎ指標である. 2.2.3 ビットエラーレートの計算 bER の計算方法の例として, 1 ビットあたりのグレイン数 n が 4 個の場合について考 える. このとき, 各グレインサイズ a1, a2, a3, a4 のエラー確率 P1, P2, P3, P4 が求まる. ここで, 4 個のグレインの内 0 個のグレインがエラーする確率は, (1－P1) (1－P2) (1－P3) (1－P4) (2.9) となる. 同様に 4 個のグレインの内 1 個のグレインがエラーする確率は, P1 (1－P2) (1－P3) (1－P4) (2.10) P2 (1－P1) (1－P3) (1－P4) (2.11) -9- P3 (1－P1) (1－P2) (1－P4) (2.12) P4 (1－P1) (1－P2) (1－P3) (2.13) となる. 同様に 4 個のグレインの内 2 個のグレインがエラーする確率は, P1P2 (1－P3) (1－P4) (2.14) P1P3 (1－P2) (1－P4) (2.15) P1P4 (1－P2) (1－P3) (2.16) P2P3 (1－P1) (1－P4) (2.17) P2P4 (1－P1) (1－P3) (2.18) P3P4 (1－P1) (1－P2) (2.19) となる. 同様に 4 個のグレインの内 3 個のグレインがエラーする確率は, P1P2P3(1－P4) (2.20) P1P2P4 (1－P3) (2.21) P1P3P4 (1－P2) (2.22) P2P3P4 (1－P1) (2.23) となる. 同様に 4 個のグレインの内 4 個のグレインがエラーする確率は, (2.24) P1P2P3P4 となる. (2.9)~(2.24)式は排反であり, 全ての確率を足すと 1 になる. この内, ビットがエ ラーとみなされる確率を, bER として足し合わせる. エラーとみなされるかどうか判別 するための条件には, (エラーしていないグレインの面積の和) / (平均グレインサイズ am の面積×n) < 0.35 を用いている. この条件を満たす場合にそのビットはエラーしているとみなされる 4). 2.2.4 長期保存における統計熱揺らぎ指標 bER は 1 個のグレインが磁化反転するエラー確率 P と 1 ビット当たりのグレイン数 n とグレインサイズの標準偏差 σD に依存していている値である. 今 P が TSF と τ に依存 することを考えると, (2.25) と表されるので, TSF は (2.26) と表すことができる. よって, 長期保存における統計熱揺らぎ指標 TSF10 は長期保存の - 10 - 期間 τ10 と n と σD によって一義的に決定されることになる. 図 2-2 は長期保存における 統計熱揺らぎ指標を決定するまでのフローチャートである. 図 2-2 TSF10 導出までのフローチャート 2.3 保存期間 長期保存における保存期間 τ10 は, 10 年間の間情報を保つことを考えているので, (2.27) となる. そこで HAMAR における記録ビットの位置, 記録位置から 1 ビット前の位置, 記録位置から 1 トラック隣の位置, 主磁極下における保存期間についても考える. 図 2-3 は, 記録位置とその周辺の概略図を示しており, 図 2-4 は主磁極下周辺について示し ている. - 11 - 図 2-3 記録位置と記録位置周辺の概略図 図 2-3 について, 赤色の円は磁化の向きが安定し情報の記録が完了するときの温度 Tw の等温線であり, 記録位置となっている. また dw は等温線のクロストラック方向の直 径を表している. 灰色の部分については, 磁化の向きが不定の遷移領域を表しており, 矢印の向きはヘッドがダウントラック方向に動く向きを示している. また, dT はトラッ ク幅, dB は１ビットの横幅を示している. Δx は Tw の等温線から 1 ビット前のビットの中 心までの距離で dB と等しい値になっていて, Δy は Tw の等温線から 1 トラック隣のビッ ト内の最近接グレインの中心までの距離である. また, Trec は記録位置より 1 ビット前の 位置において情報を保持することができる最高温度であり, Tadj は記録位置より 1 トラ ック隣の位置において情報を保持することができる最高温度である. まず記録位置における保存期間 τw を考える. 記録位置では, 記録されている間つまり ヘッドの記録磁界 Hw が印加されている間, 記録された情報の磁化方向を保つ必要があ る. だから記録位置における 1 ビットに Hw が印加されている時間は, ビット間の横幅 dB=Δx を線速度 ν で割った時間になる. よって次式で与えられる. (2.28) 記録位置から横方向に 1 ビット前の位置における保存期間 τrec は, 既に記録された情 報を Hw にさらされている間磁化方向を保つ必要があると考えると, τw と等しくなる. よ - 12 - って, (2.29) と表される. 記録位置から 1 トラック隣の位置における保存期間 τrec についても Hw にさらされてい る時間を考える. HAMR では任意のトラックを狙って情報を書き換えることが可能であ り, その書き換えられる最大の回数を 104 回とすると, 記録されている時間に 104 回掛け た時間の間, Hw にさらされる可能性がある. よってその間, 既に記録された情報の磁化 方向を保つ必要があるので, (2.30) となる. 図 2-4 主磁極下における概略図 図 2-4 について Tadj2 は主磁極下において情報を保持することができる最高温度であり, Tadj2=Ta(=330K)とした. これは, HDD は動作時に室温よりかなり高温になるので, その 温度を周囲温度 Ta としたとき, 主磁極下において Ta までは情報を保持できるとしてい る. また, HAMR においてレーザー光を用いることを考えると, Hw が印加され記録され る位置は図 2-4 の様に主磁極下よりも少しずれた位置になっている. 主磁極は 300× 600nm2 と大きい面積を想定しているので, 主磁極下では Hw よりも強い磁界 Hadj を受け ることがいえる. よって, 既に記録された情報が Hadj にさらされている間も安定に保た れる必要がある. - 13 - そこで主磁極下においての保存期間 τadj2 について考える. 主磁極下では主磁極下のト ラックが一遍に Hadj によって印加されることを考えると, 次式で与えられる. 主磁極下のトラック数 (2.31) ここで主磁極下のトラック数は 300 / dT によって求めることができ, また, -1 とは記録さ れているトラックを引いたものである. 2.4 比例式を用いた近似計算 これまでは長期保存において必要な熱揺らぎ指標 TSF10 を基に, 比例式を用いた近 似計算によって, 記録ビットの位置, 記録位置から 1 ビット前, 記録位置から 1 トラッ ク隣, 主磁極下での情報安定性を保つために必要な熱揺らぎ指標を求めていた. 以前までは, 情報が長期間安定に保たれるためには一般に KuV / kT > 60 を満たさなけ ればならないとされていた. そこで, 情報が長期間保存されるために必要とされる熱揺 らぎ指標を 60 として, 記録位置周辺に必要な熱揺らぎ指標を比例式によって考える. 比例式を立てる上で, 1 個のグレインがエラーする確率 P を次式で表すとする. 𝑃 = 1 − exp (−𝑓0 𝜏exp (− 𝐾u 𝑉 )) 𝑘𝑇 (2.32) ここで長期保存においての１個のグレインがエラーする確率 P10 を考えると, (2.33) になる. 記録位置において情報保存するのに必要な熱揺らぎ指標を Kβw(Tw)とすると, 記録位置においての 1 個のグレインがエラーする確率 Pw は, (2.34) となる. ここで, bER=10-3 であると考えると, P10 と Pw に等しいと近似できる. (2.33), (2.34)式から、 (2.35) と変形でき, 比例式を立てることができる. またさらに変形すると, Kβw(Tw)は次式のよ うに与えられる. - 14 - (2.36) ここで, ln(τ10/τw)は定数であるので Kβw(Tw)の値が求まる. ここで, 長期保存において必 要な熱揺らぎ指標を 60 としていたが, TSF10 を用いて(2.36)式を書きなおすと, (2.37) になる. これと同様に記録位置から 1 ビット前の位置において必要な熱揺らぎ指標 Kβrec(Trec), 記録位置から 1 トラック隣の位置において必要な熱揺らぎ指標 Kβadj(Tadj2), 主 磁極下において必要な熱揺らぎ指標 Kβadj2(Tadj2)についても計算すると, 次のように与え られる. (2.38) (2.39) (2.40) この計算において P10 と Pw が等しいと近似したのは, 当時, 高密度化がまだ進んでな く 1 ビット当たりのグレイン数 n も多く, グレインサイズの標準偏差 σD を考慮する必要 があまりないことを前提としていたためである. つまり, P10 と Pw の σD に対するふるま いが同じだと考えていた. しかし, 最近では高密度化が考えられて 1 ビット当たりのグ レイン数 n も少なくなっている. そこで本研究では, P10 と Pw では σD に対する依存性が 変わってくるのではないかと考えた. そこで記録位置周辺における各保存期間を考慮 して, n やσD をパラメータとする熱揺らぎ指標を, bER によって導くことを考えていく. 2.4.1 短期保存における統計熱揺らぎ指標 記録ビットの位置, 記録位置から 1 ビット前, 記録位置から 1 トラック隣, 主磁極下 の情報安定性を保つために必要な熱揺らぎ指標を, 2.2 項で説明したシミュレーション を用いて求める. (2.26)式を用いて記録位置における統計熱揺らぎ指標 TSFw, 記録位置 から 1 ビット前の位置における統計熱揺らぎ指標 TSFrec, 記録位置から 1 トラック隣の 位置における統計熱揺らぎ指標 TSFadj, 主磁極下における統計熱揺らぎ指標 TSFadj2 を示 すと次の様に与えられる. - 15 - TSFw = TSF(𝜏w , 𝑛, 𝜎D ) (2.41) TSFrec = TSF(𝜏rec , 𝑛, 𝜎D ) (2.42) TSFadj = TSF(𝜏adj , 𝑛, 𝜎D ) (2.43) TSFadj2 = TSF(𝜏adj2 , 𝑛, 𝜎D ) (2.44) 各位置においてこの統計熱揺らぎ指標を満たしていれば, 媒体の情報安定性が保た れる. なお TSF は基本的に媒体の Ku, V, T には依存しない. 2.4.2 σD に対する依存性 図 2-5 は TSF10 の σD 依存性, 近似計算で求めた記録位置における必要な熱揺らぎ指標 Kβw(Tw) の σD 依存性, bER のシミュレーションを用いて求めた記録位置における必要な 熱揺らぎ指標 TSFw の σD 依存性を示したグラフである. 近似計算で求めたものを検討前, bER のシミュレーションを用いた計算で求めたものを検討後としている. . 図 2-5 長期保存, 記録位置において必要な熱揺らぎ指標のσ依存性 - 16 - σD が大きくなると, グレインサイズのばらつきが大きくなるので, 小さいグレインが 増える. 小さいグレインは磁化反転するエラー確率 P が高いので、その分同じ bER を保 つために必要な熱揺らぎ指標というのは大きくなる. 図 2-5 の TSF10 をみてみると, σD が 大きくなると必要な熱揺らぎ指標も大きくなっていることが確認できる. しかしグレインのエラー確率 P において τ10=3.2×108s と τw≒0.65ns について比較し考 えてみると、3.2×108s という時間ではエラーを起こしやすい小さいグレインであって も、0.65ns という短い時間においては 3.2×108s と比べると, エラーを起こしにくいこと が考 えられる . 小さ いグレ インにお いてのエラー 確率が低 くなるという ことは , bER=10-3 を保つために必要な熱揺らぎ指標を小さくすることになる. よって, グレイン サイズの標準偏差 σD が大きくなると, 小さいグレインが増えるので, この影響も大き くなりその分必要になる熱揺らぎ指標は小さくてすむ. これより, P10 と Pw の σD に対す る依存性は同じではなく, P10 より Pw の方が依存性は低くなるといえる. 図 2-5 を見て σD に対する依存性を比較してみると, 検討後は長期保存に比べて σD に 対する依存性がかなり小さくなっていることが確認できる. これより, 検討後は検討前 に比べて σD 依存性を考慮した厳密な計算ができているといえる. 表 2-1 はそれぞれの位置において必要な熱揺らぎ指標を検討前と検討後で計算した結 果を表している. 表 2-1 それぞれの位置において必要な熱揺らぎ指標 検討前 検討後 長期保存 62.29 62.29 記録位置 21.55 7.684 1 ビット前の位置 21.55 7.684 1 トラック隣の位置 30.76 19.59 主磁極下 38.00 29.10 長期保存における必要な熱揺らぎ指標以外は全て検討前より検討後の方が小さな値に なっている. また, 保存期間が短いほど, 検討前と検討後の差は大きくなっていること がわかる. - 17 - 2.4.3 媒体設計の比較 表 2-2 は, 表 2-1 を用いて異方性定数比 Ku/ Kubulk を下げられるとこまで下げたときの 媒体設計を示したものであり, 図 2-6 は Ku/ Kubulk に対する媒体温度勾配 ΔTx/Δx(=ΔTy/Δy) を示している. 計算方法については, 第 3 章で述べる 表 2-2 媒体設計の比較 表 2-1 において記録位置, １ビット前の位置, 1 トラック隣の位置における必要な熱揺 らぎ指標が小さくなっていることから, これらの位置での熱的安定性が高まり, 必要な 媒体温度勾配 ΔTx/Δx(=ΔTy/Δy)が図 2-6 のように減少する. 律速となっている熱伝導温度 勾配∂Tx/∂x(=∂Ty/∂y)においての Ku/ Kubulk をみてみると, 検討後は検討前より小さくなっ ていることが分かり, 表 2-2 においても Ku/ Kubulk が小さくなっている. このことから検 討後は検討前に比べて媒体設計の条件がゆるくなったことが分かる. - 18 - 図 2-6 異方性定数比に対する媒体温度勾配 2.4.4 保磁力の比較 図 2-7 は, 検討前と検討後の温度 T に対する保磁力 Hc の関係を表したグラフである. Tw は情報の記録が完了となる温度であり, Hw は記録領域に印加されるヘッド磁界であ る. 図 2-6 温度に対する保磁力の関係 - 19 - 表 2-1 において記録位置における必要な熱揺らぎ指標が小さくなることから, 必要な Ku が小さくなり, T に対する Hc も全体的に小さくなる. Tw における Hc をみてみると、検 討前では 30~40kOe となっており Hw と比べると随分大きい値であるが, 検討後は Hw に ほとんど近い値になっている. これは, 検討後は検討前に比べ厳密な計算ができており, Tw における Hc も適当な値になったと考えられる. 2.5 計算結果 2.3 項より検討後の計算方法を用いる. パラメータを変化させて, 計算した TSF10, TSFw, TSFrec, TSFadj, TSFadj を表 2-3 に示す. TSF に依存するパラメータとして, n, σ, τ の他 に HAMR 以外の磁気記録方法としてシングル熱アシスト磁気記録(SHAMR), グレイン 間交換結合 em についても考えた. 表 2-3 統計熱揺らぎ指標 4 Tbpsi n については, n が多くなるとビット内で幾つかのグレインがエラーした場合, それを カバーできるグレインが多くなり, 必要な熱揺らぎ指標は全体的に小さくなる. σD につ いては 2.4.2 項で説明したように, σD が大きくなるほど必要な熱揺らぎ指標は大きくな る. Δx が大きくなると τw, τrec, τadj, τadj2 は長くなるので, その分必要な熱揺らぎ指標は大き くなるが, τ の変化量が小さいためそれほど変わらない. また, ν が大きくなると τw, τrec, τadj, τadj は短くなるので, その分必要な熱揺らぎ指標は小さくなる. - 20 - 2.5.1 シングル熱アシスト磁気記録 シングル熱アシスト磁気記録(SHAMR)とは, 記録トラックを重ねることで高密度 記録を可能にする瓦記録(SMR)と,熱アシスト磁気記録を組み合わせた磁気記録方法で ある. 図 2-7 は SHMAR における記録位置と記録位置周辺を示している. 図 2-7 SHAMR の記録位置と記録位置周辺の概略図 SHMAR では, 記録したトラックの上に重ねて記録していくので, 任意のトラックを 狙って記録された情報を書き換えようとするとその前後のトラックの情報が失われて しまう. よって保存期間を考えると, τｗと τrec については HAMR の場合と同じで(2.28), (2.29)式で与えられる. τadj については(2.30)式において, 考慮する書き換え回数は HAMR と比べて少なくてもよく, (2.45) となる. ここで書き換え回数を 1 回ではなく 10 回としたのは, 1 回で情報を上手く書き 込めなかったというエラーを考慮したときの最大の書き換え回数を 10 回とした為であ る. また τadj2 については, 主磁極下のトラック数 (2.46) と表せられる. ここで主磁極下のトラック数の半分にしたのは, 図 2-7 において n 番目 以下の主磁極下のトラックについては情報が保存される必要があるが, n 番目より大き - 21 - い主磁極下のトラックについては重ねて記録していく為, 情報保存について考えなく ていいからである. よって, τadj と τadj2 は HAMR より短い保存期間になり, その分必要な統計熱揺らぎ指標 も小さくなる. 2.5.2 グレイン間交換結合 グレイン間交換結合とは, グレイン間に弱い交換結合が働いていて, 熱揺らぎによる 磁化反転を妨げる作用である. 熱揺らぎ指標の一般式は (2.47) であり, H を交換結合による実効的な磁界 Hex とするとグレイン間交換結合は (2.48) と考えられる. 図 2-8 グレイン間交換結合 図 2-8 は中心のグレインを 4 個の隣接したグレインが取り囲んでいることを示している. 中心のグレインと磁化の向きが平行の場合は磁化反転を妨げるが, 中心のグレインと 磁化の向きが反平行の場合は磁化反転を促進する. z という量を導入し, これは中心グ レインの磁化と平行のグレイン数から反平行のグレイン数をひいた値とし, z が大きい ほど安定となる. - 22 - グレイン間の 1 辺にかかる磁界は, (2.49) である. ここで,J は交換結合エネルギー, Ms は磁化, a はグレインサイズである. よって, Hex は, (2.50) となり, グレイン間交換結合は, (2.51) になる. グレイン間交換結合は J を含んでいて, これは成膜条件である程度制御が可能 と考えられる. ,また, グレインが磁化反転を起こす確率 P はグレイン間交換結合を考慮すると, 次の 様に変形できる. 2 𝑎 2 𝐽 𝑃 = 1 − exp (−𝑓0 𝜏exp (−TSF ( ) (1 + 𝑧 ) )) 𝑎m 𝑀s 𝐻c 𝑎 2 𝑎 𝐽 = 1 − exp (−𝑓0 𝜏exp (−TSF ( + 𝑧 ) )) 𝑎m 𝑀s 𝐻c 𝑎m 2 𝑎 = 1 − exp (−𝑓0 𝜏exp (−TSF ( + (√𝑒𝑚 − 1)) )) 𝑎m (2.52) これより, 平均グレインサイズ am に対するグレイン間交換結合 em が (2.53) と得られる. - 23 - (b) em における σD-TSF の関係 (a) em における a/am - P の関係 図 2-9 グレイン間交換結合の意味は, 図 2-9(a)のようにグレインのエラー確率が√𝑒m − 1だ け左にずれる. エラーを起こしやすい小さいグレインにおいてエラー確率が下がって いることが分かる. その結果, 図 2-9(b)のように, em=1.0 のときに必要な TSF10 を 1.2 で 割った値より, em=1.2 のときに必要な TSF10 の値の方が小さくなる. また σD が大きい程, 小さいグレインが多くなるので, 二つの値の差は大きくなる 図 2-10 em における σD-TSF10 の関係 また, em=1.0, 1.1, 1.2 についての σD と TSF10 の関係を図 2-10 に示す. em が大きい程, σD が大きくても小さいグレインのエラー確率が低いため, TSF10 は小さくてすむことが分 かる. - 24 - ここでグレイン間交換結合は協力現象であるので長マークの場合有効に働く. しか し, 図 2-9 のような短マークの場合には問題になることがある. (b)の場合は z = 1.5 とな りビットを安定させるが, (a)の場合は z = -0.5 となり, グレイン間交換結合はビットを つぶす方向に働くので, em を大きくしすぎると情報が失われる可能性も考えられる. 図 2-9 短マークにおけるグレイン間交換結合 - 25 - 3 章 媒体設計 3.1 序 本研究では, 記録位置とその周辺における必要な熱揺らぎ指標を用いて, 媒体の磁気 特性を決定し, 媒体設計を行う. これにより, 従来のシミュレーションと比べてパラメ ータ間の相互関係を分かりやすくなり, 計算時間も短くすることができる. また, 1.6 でも述べた通り, 現在できる限り Ku の小さいグラニュラー薄膜の媒体設計 が望まれている. 本研究では Ku をどれだけ小さくできるかの指標である異方性定数比 Ku/Kubulk を用いて検討する. 本章では, まず分子場近似による磁気特性, HAMR においての媒体条件を述べる. 分 子場近似シミュレーションによる媒体設計, HAMR 成立条件, 熱伝導シミュレーション の結果を用いて, 異方性定数比 Ku/Kubulk をできる限り小さくできるような媒体設計を考 える. また, 表 2-3 を用いて SHAMR に変えた場合とグレイン間結合 em の値を変えた場 合の Ku/Kubulk について検討する.. 3.2 分子場近似 5) 本研究では, HAMR の記録媒体としてグレインの材料がフェロ磁性体のグラニュラー 媒体を想定している. フェロ磁性体では, 各原子の磁気モーメントは一定の方向に整列 しているが, これは交換相互作用によるものであり, 一つ一つの磁気特性を調べること は困難である. よって, 本研究では, フェロ磁性体の 1 個の原子に着目して, 周りの原 子から受ける交換相互作用を平均的な磁界として近似する分子場近似を用いる. グレインの材料であるフェロ磁性体として, (TMxA1-x)1-zBz という組成の合金を想定 する. TM は Fe などの遷移金属(Transition Metals, TM), A は Pt などの非磁性金属である. TM-A には非常に大きな結晶磁気異方性を持つとされる FePt の L10 構造を想定してい る. また, B には Cu などの非磁性金属を想定し, TM-A の磁気特性を単純希釈するものと 仮定する. TM, A, B の組成についてはそれぞれ x(1-z), (1-x)(1-z), z で, 単位は at.%であ る. - 26 - ある温度 T においての TM のスピン角運動量 S の熱平均を<S>とすると, (3.1) (3.2) (3.3) と近似できる. ここで Bs(α)は Brillouin 関数で, (3.4) g は TM 原子の係数, μB は Bohr 磁子, H は分子磁界, J は TM 原子の交換積分, Z はあ る１個の TM 原子の最近接 TM 原子数であり, 結晶構造は fct 構造を考えると最近接 TM 原子数は 4 個であり, B 原子による希釈が(1-z)であるので, (3-3)式のようになる. なお, TM の g 係数は g = 2.0 で計算した. 温度 T における磁化 Ms(T)は, (3.5) により, 求めることができ, ここで N は単位体積当たりの原子数で, (3.6) となり, また VTM, VA, VB はそれぞれを TM, A, B 原子の 1 個当たりの体積である. 原子 1 個当たりの体積はそれぞれの元素の原子量と密度から計算した. それぞれの原子 1 個当 たりの体積を表 3-1 に示す. 表 3-1 原子１個あたりの体積 Volume of atom[10-23cm3] Fe 1.18 Pt 1.51 Cu 1.18 (3.4)式の α について, α << 1 のとき, Bs(α) ≈ (S+1)α/ 3S として近似してキュリー温度 TC を求めると, (3-7)式のようになる. (3.7) - 27 - 異方性エネルギーKu については飽和磁化 MS の 2 乗に比例するとする. 単位体積あた りの TM 原子は Nx(1-z)個なので, 温度 T における異方性エネルギーKu(T )は (3.8) となる. ここで D は TM-TM の pair ordering による異方係数である. また保磁力 Hc(T)は異方性磁界 Hk(T)に等しいと仮定していて, 温度 T における保磁力 Hc(T)の式は, (3.9) となる. 3.3 媒体条件 HAMR による面記録密度は 4 Tbpsi でグラニュラー媒体に記録することを想定する. ビット面積は, S =dB∙dT=140nm2 とする. dB はビットの横幅, dT はトラック幅である. ここ で, 1 ビットの面積 S =140nm2 として面記録密度を計算すると 4.6 Tbpsi となるが, 想定 した 4.0 Tbpsi との差である 0.6Tbpsi は誤り訂正符号として使用されることを想定して いる. また, 本来グレインは膜に垂直方向の楕円形をしていて不規則に並んでいるが, 簡単 のため正四角柱の形で規則的に並んでいるとしている. 四角柱の高さは h であり, 1 辺の 長さについてはグレインサイズの平均 am としていて, n に依存する値としている. 図 3-1 1 ビットあたりのグレイン数 n と グレインの平均サイズ am 面記録密度を一定と考えている場合, 図 3-1 より am は, - 28 - 𝑆 𝑎m = √ − ∆ 𝑛 (3.10) となる. よってグレインの平均体積 Vm は, (3.11) となる. 今, 非磁性幅 Δ= 1.0nm として計算する. レーザー光には, 近接場光を用いていて, そのヒートスポット直径(記録温度 Tw の等 温線の直径)dw を標準として 10nm まで絞ることが可能であるとしている. 記録温度 Tw は, 加熱後の冷却過程でビットの磁化の向きが安定して記録完了となるときの温度で ある. 記録位置周辺におけるヘッド磁界 Hw は, (3.12) として計算する.これは, Ms(300K) = 1000emu/cm3 における反磁界は 4πMs となり, ヘッ ド磁界 Hw はそれよりも大きくする必要があるためである. ここで Hw0 はヘッド磁界定 数である. また, HAMAR はレーザー光で記録領域に加熱する. 図 2-3, 図 2-4 それぞれの位置に おいて媒体が情報を保持できる最高温度を用いて, 必要な熱揺らぎ指標を表すと次の (3.14)~(3.17)式のように与えられ, これを媒体熱揺らぎ指標とよぶ. ただし, 記録位置に おける媒体熱揺らぎ指標は Kβw, 記録位置から 1 ビット前の位置における媒体熱揺らぎ 指標は Kβrec, 記録位置から 1 トラック隣の位置における媒体熱揺らぎ指標は Kβadj, 主磁 極下における媒体熱揺らぎ指標は Kβadj2 と表す. また, (3.13)式は一般的な媒体熱揺らぎ 指標の式を表している. (3.13) (3.14) (3.15) (3.16) - 29 - (3.17) 媒体条件を表 3-2 にまとめた. また標準パラメータについて表 3-3 にまとめた. 表 3-2 媒体条件 面記録密度 [Tbpsi] 4 1 ビット面積 S(=dB∙dT) [nm2] 140 非磁性膜幅 Δ [nm] 1.0 √S/n - Δ 平均グレインサイズ am [nm] Δx [nm] dB Δy [nm] dT + d m / 2 - dw 周囲温度 Ta [K] 330 主磁極のヘッド面積 [nm2] 300×600 表 3-3 標準パラメータ 磁気記録タイプ HAMR 磁性層膜厚 h [nm] 8 熱伝導率 K [W/(cmK)] 0.5 熱スポットの直径 dw [nm] 10 線速度 ν [m/s] 10 記録完了温度 Tw [K] 500 1 ビット当たりのグレイン数 n [grain/bit] 4 グレインサイズの標準偏差 σD [%] 10 ヘッド磁界定数 Hw0 [kOe] 16 グレイン間交換結合 em 1.0 - 30 - 3.4 磁気異方性定数比の導出 3.4.1 再現性 本研究では媒体の材料として(FexPt1-x)1-zCuz を想定しているが, 実際の材料の磁気特 性を再現できるか確認する. 図 3-3 Tc - Ku の関係 1) 図 3-2 Tc - Ms の関係 1) 図 3-2, 図 3-3 は飽和磁化 Ms とキュリー温度 Tc の関係, 異方性エネルギーKu とキュリー 温度 Tc の関係を表している. この図において赤色のプロットされているのが FeNiPt の 薄膜の実験データで 1), 青色の曲線で表されているのが本研究の計算方法で計算した値 である. 実験データと計算データを比較すると, かなり近い傾きが得られることがわか る. よって本研究では FeNiPt ではなく, 非磁性体 Cu を用いて単純希釈すると考えるこ とで比較的計算が簡単になる FePtCu を用いる. 3.4.2 S,D, J の決定 z=0 のとき, バルク FePt の特性(Tc=770K において, Ms(300K) = 1000emu/cm3, Ku(300K) = 70Merg/cm3)となるように分子場近似パラメータを決定する. ここで, 分子場近似パラ メータとは, 3.2 項で示したスピン角運動量 S と交換積分 J, 異方性係数 D である. まず, S と J の関数である Tc と Ms が, Tc = 770K, Ms = 1000emu/cm3 となるような S と J を決定 する. その後 S と J と D の関数である Ku に先程決定した S と J を代入して, Ku(300K) = - 31 - 70Merg/cm3 となるような D を決定する. ここで決定された D はバルク FePt における値 である. 表 3-4 は, 上記の方法で求められた S, J, D の数値である. 表 3-4 分子場近似パラメータ S [-] 1.5 J [erg] 1.06×10-14 D [erg] 2.24×10-16 3.4.3 組成決定 (FexPt1-x)1-zCuz について, まず x を決める. 結晶構造は図 3-4 のような fct 構造を想定し ているので x=0.5 とする. 図 3-4 fct 構造 HAMR では媒体のキュリー温度 Tc を決める必要があり, Tc を決めることは Cu 組成比 を決めることと同義であるので, 次に z の組成決定条件について述べる. 本研究では, 記録完了となったときの温度 Tw における媒体熱揺らぎ指標 Kβw が熱的安定性の条件を 丁度満たすように z を決定する. つまり, 記録完了直後において, 記録ビットは必ず熱 的に安定であるような媒体を考える. ここで, 熱的安定性の条件について解析的に考え る. 2 章で求めた TSFw を使って = = - 32 - (3.18) を満たすように z を決定する. 3.4.4 HAMR 媒体成立条件 (3.18)式により, 記録時(記録完了直後)の記録位置ビットにおいて, 情報の熱的安定性 が保たれる媒体を考えることができた. しかし, 既に記録完了した情報においての記録 時の熱的安定性も考慮する必要がある. よって, 記録時に記録磁界 Hw の影響を受ける, 記録ビットの 1 ビット前, 記録ビットの 1 トラック隣の熱揺らぎ指標と, 主磁極下のヘ ッド磁界 Hadj の影響を受ける主磁極下でのビットの熱揺らぎ指標を考えると, = = = (3.19) (3.20) (3.21) となる. これらの式を満たすとき, それぞれの位置での熱的安定性は保たれる. これら を基に HAMR 媒体の成立条件を, (1)10 年間の情報保存に必要な熱揺らぎ指標(2)クロス トラック方向において必要な媒体温度勾配(3)ダウントラック方向において必要な媒体 温度勾配(4)主磁極下において必要な磁界 と定義する. (1)10 年間の情報保存に必要な熱揺らぎ指標 これは記録された情報が長期保存できるかということであり, HAMR だけに限らず磁 気記録媒体において必要な条件である. 今, 磁界は印加されていないので, 一般式より この条件を表すと, (3.22) となり, これを満たす必要がある. (2)クロストラック方向において必要な媒体温度勾配(3)ダウントラック方向において 必要な媒体温度勾配 6) クロストラック方向においての必要な媒体温度勾配について考える. (3.19)式より, - 33 - Trec が求まるので, 必要な媒体温度勾配は, (3.23) となり, これは熱伝導シミュレーションによって求まった熱伝導温度勾配∂Tx /∂x より小 さい必要がある 7). よって, (3.24) ≤ という条件を満たさなければならない. 次に記録位置よりダウントラック方向における必要な媒体温度勾配について考え る. (3.20)式より, Tadj が求まるので, 必要な媒体温度勾配は, (3.25) となり, これは熱伝導シミュレーションによって求まった熱伝導温度勾配∂Ty /∂y より小 さい必要がある. よって, (3.26) ≤ という条件を満たさなければならない. ここで本研究では (3.27) となるようなビットアスペクトレシオ R を用いる 7)ので, (2)と(3)の条件を 1 つにまとめ ることが可能であり, (3.28) となる. (4)主磁極下において必要な磁界 記録時の主磁極下において必要な熱揺らぎ指標は(3.21)式であり, Ta=330K であるこ とから Hadj が求まる. 主磁極下では漏れ磁界である Hw よりも強い磁界が印加されてい る必要がある. よって, 主磁極下において必要な磁界は (3.29) となる. - 34 - (2),(3)をまとめると HAMR における媒体の成立条件は以下の 3 つを満たすこととなる. 1. 1 0 年間の情報保存に必要な熱揺らぎ指標 2. 必要な媒体温度勾配 3. 主磁極下において必要な磁界 3.4.5 導出までのプロセス できる限り Ku/Kubulk が小さい媒体設計ができるように考え, 図 3-5 はその導出までの フローチャートである. Ku/Kubulk=1.0 から減らしていき 1~3 のいずれかの等式が成り立つ ときループから抜け, 等式が成り立った条件を律速とし最低の Ku/Kubulk が求まる. 図 3-5 異方性定数比の導出のプロセス - 35 - 3.5 計算結果 3.5.1 磁気記録タイプ 表 3-5 は, 2.5.1 項で説明したシングル熱アシスト磁気記録(SHAMR)の統計熱揺らぎ指 標を用いて, 媒体設計の計算を行った結果である. また標準パラメータで行った計算結 果も示してある. 図 3-5 は, 熱伝導温度勾配∂Tx/∂x(=∂Ty/∂y)に対する Ku/Kubulk を示している. 熱伝導温度 勾配∂Tx/∂x(=∂Ty/∂y)を上げていくと, Ku/Kubulk を下げていくことができるが, ある値でそ れ以上, 下げることができず直線となっている. これは, (1)の成立条件があることを示 している. またグラフの左の曲線部分は Ku/Kubulk に対する媒体温度勾配ΔTx/Δx(=ΔTy/ Δy)を表しており, プロット点はいずれかの成立条件が律速となるときの最低の Ku/Kubulk を示している. 表 3-5 SHAMR 媒体設計 - 36 - 図 3-5 SHAMR における異方性定数比 bER のシミュレーションによる結果である表 2-3 をみると, SHAMR では TSFadj が小さく なるため, (3.20)式において Tadj が大きくなる. このことから Ku/Kubulk に対するΔTx/Δx(= ΔTy/Δy)が図 3-5 の曲線部分の様に全体的に大幅に小さくなり, 熱伝導温度勾配 ∂Tx/∂x(=∂Ty/∂y)での Ku/Kubulk は, SHAMR の方がかなり小さくなると考えられる. しかし 図 3-5 においてのプロット点をみてみると Ku/Kubulk の変化はかなり小さく, これは(1)の 律速条件が原因となっていることが分かる. 3.5.2 グレイン間交換結合依存性. 表 3-2 は, 2.5.2 項で説明したグレイン間交換結合の統計熱揺らぎ指標を用いて, 媒体 設計の計算を行った結果である. また標準パラメータで行った計算結果も示してある. - 37 - 表 3-6 グレイン間交換結合依存性 図 3-6 em における異方性定数比 em を大きくすると, 表 2-3 より TSF10 が小さくなることから(1)の条件が大幅にゆるく なることが分かる. 図 3-6 をみると(1)の条件のラインは大幅に下がっている. しかし Ku/Kubulk に対するΔTx/Δx(=ΔTy/Δy)はあまり変わらず, 今(2)(3)が律速条件になってい るため Ku/Kubulk はほとんど下げることができない. - 38 - 4 章 総括 情報量の増加によって, 記録媒体である HDD の高密度化は依然として求められてい る. しかし, 磁気記録のトリレンマの問題により歯止めがかかっている. この問題を解 決する方法の一つとして熱アシスト磁気記録(HAMR)が考えられている. しかし, レー ザー光で加熱することから, 記録時の記録領域における情報安定性を考える必要があ る. また, HAMR では高い磁気異方性をもつ材料を利用できることが利点であるが, 異 方性エネルギーKu の増大化が困難であるため, できる限り小さな Ku を持つ媒体が望ま れている. 記録時の記録領域において必要な熱揺らぎ指標を厳密に計算するため, まず, 情報安 定性の指標である bER を用いて長期間保存において必要な熱揺らぎ指標を計算した. 次に, これまで使っていた近似計算の誤差について検討し, グレインサイズの標準偏 差 σD の依存性を考慮することで, 以前よりも厳密に計算できた. またこの計算によっ て求まる熱揺らぎ指標を統計熱揺らぎ指標と呼び, パラメータである保存期間 τ, 1 ビッ トにおけるグレイン数 n, σD を変化させて計算を行った. ここで τ を変化させる上で, シ ングル熱アシスト磁気記録(SHAMR)タイプについても検討した. また, 新たなパラメ ータとして, グレイン間交換結合 em についても検討し計算した. 結果として, 任意の保存期間 τ において必要な熱揺らぎ指標は, τ が短いほど σD に対す る依存性は低くなることが分かった. SHMAR については, τadj, τadj2 が小さくなることか ら, それぞれの統計熱揺らぎ指標 TSFadj, TSFadj2 は小さくなることが分かった. また em を導入した場合, em を大きくすると小さいグレインのエラー確率が低くなり, 長期保存 における統計熱揺らぎ指標 TSF10 を小さくできることが分かった. また, この結果を用いて SHAMR と em について, 異方性定数比 Ku/Kubulk をできる限り 小さくした媒体設計を計算した. 本研究では, HAMR の媒体として FePtCu を想定し, Cu は単純希釈するとして計算を行った. また媒体の成立条件として(1)無磁界長期記録保 持に必要な熱揺らぎ指標(2)ダウントラック方向の媒体温度勾配(=(3)クロストラック方 向の媒体温度勾配)(4)主磁極下の磁界を計算し, Ku/Kubulk を小さくしていく上でいずれか の成立条件が満たしたとき, その条件が律速となったとき最低の Ku/Kubulk が求まる. 結果として, SHAMR にすると (2)(3)の条件がゆるくなるが最低の Ku/Kubulk の値はそれ ほど変わらない. その原因は(1)の条件が律速になっているためだとういうことが分か った. em を大きくすると(1)の条件がゆるくなるが, 最低の Ku/Kubulk の値はそれほど変わ らず, またこの原因は(2)(3)の条件が律速になっているためだということが分かった. - 39 - 謝辞 本研究の遂行ならびに本論文の作成にあたり, 終始懇切丁寧な御指導, 御鞭撻を賜っ た, 三重大学工学部教授 工学博士 小林 正 先生に心から感謝致します. 本研究の遂行にあたり, 数々のご教示とご指導を頂いた三重大学工学部准教授 工 学博士 藤原 裕司 先生に深く感謝致します. 日頃の研究の様々な面でご協力を頂いた三重大学技術専門職員 前田 浩二 氏に 深く感謝致します. そして, 赤尾 達也 氏, 湯浅 優 氏をはじめ, 共に研究に励みご協力, 御討論頂 いたナノエレクトロニクス研究室の諸氏に深く感謝致します. 本研究の一部は情報ストレージ研究推進機構(SRC)の助成のもとに遂行されました. ここに誠意を表します. - 40 - 参考文献 1) J.-U. Thiele, K. R. Coffey, M. F. Toney, J. A. Hedstrom, and A. J. Kellock,”Temperature dependent magnetic properties of highly chemically ordered Fe55-xNixPt45L10 films ”,J. Appl. Phys., vol. 91, no. 10, May 2002. 2) 澤田 章弘, “熱アシスト磁気記録における熱的安定性を考慮した媒体特性の検討”, 修士論文, 三重大学, 2011. 3) T. Kobayashi, Y. Isowaki, and Y.Fujiwara,” Anisotropy Constant Required for Thermally Assisted Magnetic Recording”,J. Magn. Soc. Jpn., 39, 8-14(2015) 4) 布目 大策, “熱アシスト磁気記録における媒体の磁気異方性”, 修士論文, 三重大学, 2014. 5) 小林 正, “希土類-鉄族非結晶質合金薄膜およびその複合膜の磁性と磁気光学効果 に関する研究”, 博士論文, 名古屋大学, pp.57-63, 1985. 6) 赤尾 達也, “熱アシスト磁気記録の媒体設計と異方性定数比の検討”, 修士論文, 三 重大学, 2015. 7) T. Kobayashi, Y. Isowaki, and Y.Fujiwara,” Anisotropy Constant Required for Thermally Assisted Magnetic Recording”,J. Magn. Soc. Jpn., 39, 8-14(2015) - 41 -
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