光ディスク懇談会2004.3.5 光磁気ハイブリッド記録東京農工大学佐藤勝昭光ディスクの面記録密度の伸び光ディスク MO ハードディスク鈴木孝雄：第113回日本応用磁気学会研究会資料(2000.1) p.11に加筆ハードディスクの面記録密度の推移（旧IBMホームページの図に加筆）磁化曲線とGMR GMR(SV)ヘッドの原理 M H R H • F1とF2の保磁力が異なれば反平行スピンの時に抵抗が高くなる。 CoCrTa媒体のCo元素面内分布 Cr CoCr ハードディスクはどこまで高密度化できるか？ • 現在使われているハードディスク媒体はCoCrPtBなど CoCr系の多結晶媒体である。強磁性のCoCr合金の結晶粒が偏析したCr粒に囲まれ、互いに分離した膜構造になっている。 • 磁気ヘッドによって記録された直後は、磁化が記録磁界の方向に向いているが、微粒子のサイズが小さくその異方性磁気エネルギーKuV (Kuは単位体積あたりの磁気異方性エネルギー、Vは粒子の体積)が小さくなると、磁化が熱揺らぎkTによってランダムに配向しようとして減磁するという現象が起きる。これを超常磁性限界と呼んでいる。減磁現象 • 実際、20 Gb/in2の記録媒体では、その平均の粒径は10 nm程度となり、各結晶粒は磁気的に独立に挙動し、記録された情報が保てない。 • 一例として16 Gb/in2の記録媒体において信号強度がt=104 sで96%に低下することが報告されている[1] 。 [1] 鈴木孝雄：「Data Storage高密度化への模索」日本応用磁気学会第113回研究会「リムーバブル記録の現状と将来展望」 (2000.12.1) 資料集p.11. 熱揺らぎによる減磁現象 • 細江譲：MSJサマースクール２７テキストp.97(2003) 熱減磁と活性化体積 • 細江譲：MSJサマースクール２７テキストp.97(2003) 熱的安定条件 • ハードディスクの寿命の範囲でデータが安定であるための最低条件は、=KuV/kT>60とされている。面記録密度Dとすると、粒径dはD-1/2に比例するが、記録される粒子の体積Vはほぼd3に比例するのでVはDの増大とともにD-3/2に比例して減少する。この減少を補うだけ、磁気異方性Kuを増大できれば、超常磁性限界を伸ばすことができる。単磁区の微粒子を仮定し、磁化反転が磁化回転によるとすると、保磁力HcはHc=2Ku/Msと書かれるからD3/2以上の伸びで保磁力を増大すれば救済できるはずである[1]。 [1] T.W. McDaniel and W.A. Challener: Proc. MORIS2002, Trans Magn. Soc. Jpn. 2 (2002) 316. AFC(反強磁性結合)媒体 • AFC媒体(antiferromagnetically coupled media)というのは、Ruの超薄膜を介して反強磁性的に結合させた媒体のことで、交換結合によって見掛けのKuVを増大させて、安定化を図るものである。 • 富士通ではSF(synthetic ferromagnet)媒体と称する強磁性結合媒体を用いて超常磁性限界の延伸を図っている。 AFC媒体の模式図 AFC媒体、ＳＦ媒体では、交換結合で見かけのＶを増大（旧IBMのホームページより） SF媒体の構成図と磁化曲線 (a) (b) 2種類のSF媒体の構成図 (a) １層の安定化層、(b)2層の安定化層 SF媒体の磁化曲線超常磁性の克服 • 保磁力の大きな媒体にどのようにして記録するのかという課題への１つの回答がパターンドメディア技術であるが、もう１つの回答が熱磁気記録である。 • パターンド・メディア – 物理的に孤立した粒子を規則的に配列 • 熱アシスト記録（光・磁気ハイブリッド記録）後述 – 記録時に温度を上昇させてHcを下げ記録。室温では Hcが増大して熱的に安定になる。微粒子集合体からパターンドメディアへ中村：日本応用磁気学会128回研究会テキストp.9 早稲田大学朝日研究室のHPより Application to CoCrPt film 80nm-pitch, 40nmf resist groove by imprinting CoCrPt layer 喜々津氏(東芝)のご好意による Patterned Media by A.A.S.A. Method aligned Co74Cr6Pt20 dots (80 nm pitch, 40 nmf) on a 2.5-inch disk substrate SEM image whole image 喜々津氏(東芝)のご好意による MFM Image of A.A.S.A - Co74Cr6Pt20 after AC erase after DC erase 80 nm pitch, 40 nmf isolated single domain 喜々津氏(東芝)のご好意による光ストレージの動向 • 光ディスク – 再生(読み出し)専用のもの • CD, CD-ROM, DVD-ROM – 記録(書き込み)可能なもの • 追記型(１回だけ記録できるもの) –CD-R, DVD-R • 書換型(繰り返し消去・記録できるもの) –光相変化 CD-RW, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DV-R, DV+R, Bluray, AOD –光磁気: MO, GIGAMO, MD, AS-MO, iD-Photo 光記録に利用する物理現象 • CD-ROM, DVD-ROM: ピット形成 • CD-R, DVD-R: 有機色素の化学変化と基板の熱変形 • CD-RW, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVR: – アモルファスと結晶の相変化 • MO, MD, GIGAMO, AS-MO, iD-Photo: – 強磁性・常磁性相転移 • ホログラフィックメモリ：フォトリフラクティブ効果 • ホールバーニングメモリ：不均一吸収帯いろいろな光ディスク DVDファミリー DVD-ROM DVD-R DVD-RAM DVD-RW DVD+RW 容量(GB) 4.7 / 9.4 2層8.54 3.95 / 7.9 4.7 / 9.4 4.7/9.4 4.7/9.4 形状 disk disk cartridge disk disk マーク形成材料ピット形成 1層 R=45-85 2層 R=18-30 650/635 熱変形型相変化型相変化型有機色素 GeSbTe系 AgInSbTe系相変化型 AgInSbTe系 R=45-85% R=18-30% 638/650 R=18-30% 650/635 R=18-30% 650 0.6 0.6 0.6 0.6 0.65 最短マーク長１層:0.4 2層：0.44 0.4 0.41-0.43 0.4 0.4 トラック幅 0.74 0.8 Wobbled Land pre-bit 0.74 Wobbled L/G 0.74 Wobbled Land pre-bit 0.74 HF Wobbled groove 105 103-104 103-104 レーザ波長レンズNA 書き換え可能回数－－ 650 光ディスク高密度化の戦略 • 回折限界の範囲で – 短波長光源の使用：青紫色レーザの採用 – 高NAレンズの採用：NA=0.85 – 多層構造を使う • 回折限界を超えて – 超解像技術を使う • 磁気誘起超解像：GIGAMOに採用されている技術 • MAMMOS, DWDD：磁気超解像を強化する技術 – 近接場を使う • SILの採用 • Super-RENS • Bow-tie antenna 光ディスクの限界は？ • 光ディスクの面記録密度を決めている最も大きな要素は再生時にレーザー光をどこまで小さく絞れるかである。よく知られているように波長の光を開口数NAのレンズで絞ったときのスポットの直径dは回折限界で決まり、d=0.6/NA で与えられている。NAは、現在のCD等に使われるレンズでは0.6程度なので、dは波長程度の値である。 • 一方、記録の際には、同じを使って上記dより小さいピットを記録できる。それは、集光した光スポット内で温度の分布があり、相変化、光磁気ともにレーザー光強度がある閾値を超えた部分にのみ記録されるからである。回折限界とは？レンズ α d d=0.6λ/NA (NA=n sinα) • 我が国で開発された青紫色レーザーは、最近になって複数の会社から安定供給できるようになり、これを用いた光ディスクが登場した。光ディスクの面密度は原理的に1/d2で決まるので、=405 nm の青紫色レーザーを光源としNA=0.85の高NAレンズを用いるとd=0.28 mのスポットに絞り込みが可能で、記録密度は約8 Gb/in2になる。日亜化学青紫LD • ROMの場合は、ピットの内外からの反射光の干渉でデータを読みとるので、ピット径はdの半分以下にできる。従って、トラックピッチをd=0.28 m としビット長を d/2=0.14 mとすると16 Gb/in2以上の面密度が得られる。 • RAMの場合は、マークの直径は光スポットと同程度なので、記録密度は8 Gb/in2程度である。相変化記録の場合、４層程度にまで多層化できるので、記録密度はこの層数倍となる。 • 光磁気記録においても多層化技術が開発されており、少なくとも波長多重２層化については20 Gb/in2程度の記録密度が実証されている[i]。 [i] 伊藤彰義：「最先端光磁気記録技術」日本応用磁気学会第 128回研究会「磁気ストレージ技術の趨勢はどこに」(2003.1.30) 資料集p.31 光磁気記録 • 記録：熱磁気(キュリー温度）記録 – 光を用いてアクセスする磁気記録 • 再生：磁気光学効果 – 磁化に応じた偏光の回転を電気信号に変換 • • • • • MO, MDに利用互換性が高い書き替え耐性高い：1000万回以上ドライブが複雑(偏光光学系と磁気系が必要） MSR, MAMMOSなど新現象の有効利用可能光磁気媒体の構造 • MOディスクの構造ポリカーボネート基板窒化珪素保護膜・（MOエンハンスメント膜を兼ねる） Al反射層 groove land 樹脂 MO記録膜 (アモルファスTbFeCo) 熱磁気記録 • レーザ光をレンズで集め磁性体を加熱 • キュリー温度以上になると磁化を消失 • 冷却時にコイルからの磁界を受けて記録 M Tc 温度 Tc コイル外部磁界光磁気記録媒体光スポット光磁気記録の安定性 • 補償温度(Tcomp)の利用 Hc • アモルファスTbFeCoは一種のフェリ磁性体なので補償温度Tcompが存在 M • TcompでHc最大: – 記録磁区安定 Fe,Co Tb 室温 Tb FeCo Mtotal Tcomp Tc T ２種類の記録方式 • 光強度変調(LIM)：現行 • 磁界変調(MFM)：MD, MO ASMO – 電気信号で光を変調 – 磁界は一定 – ビット形状は長円形 – 電気信号で磁界を変調 – 光強度は一定 – ビット形状は矢羽形 Constant laser beam Modulated laser beam Constant field (a) LIM Modulated field (b) MFM Magnetic head 光磁気記録情報の読み出し • 磁化に応じた偏光の回転を検出し電気に変換 LD D1 + - 偏光子 D2 レンズ N S S N N S 偏光ビームスプリッタ光磁気記録における超解像技術 • 光磁気記録では、磁気誘起超解像(MSR)技術が実用化されており、これを採用したGIGAMOでは、=650 nm(赤色レーザ)を用いて回折限界を超える直径0.3mのマークを読みとっている[1]。直径3.5”のGIGAMOの記録密度は2.5 Gb/in2程度である。 • 次世代規格であるASMOでは磁界変調記録法を採用することにより0.235 mの小さなマークを記録することが可能で、面記録密度としては約4.6 Gb/in2程度となる[2]。 [1] M. Moribe, M. Maeda, H. Nakayama, M. Yoshida, and K. Shono: Digest ISOM’01, Th-I-01, Taipei, 2001. [2] S. Sumi, A. Takahashi and T. Watanabe: J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 173 相変化ディスクにおける超解像技術 • 相変化ディスクの場合には、磁気的な転写ができないので超解像技術を適用するのが難しいが、産総研で開発されたSuper-RENS方式により、回折限界を超えて0.1 m経の微小マークの再生が可能になった[3]。 [3] J. Tominaga, H. Fuji, A. Sato, T. Nakano and N. Atoda: Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) 957. MSR(磁気誘起超解像) • 解像度は光の回折限界から決まる – d=0.6λ/NA (ここにNA=n sinα) – 波長以下のビットは分解しない • 記録層と再生層を分離 α d • 読み出し時のレーザの強度分布を利用 – ある温度を超えた部分のみを再生層に転写する MSR方式の図解磁区拡大再生 • 光磁気記録においてさらに小さなマークを十分なSN比を以て光学的に読みとる方法として、磁区拡大再生(MAMMOS)および磁壁移動再生(DWDD)という技術が開発された。これらは、光磁気記録特有の再生技術である。 MAMMOS • MAMMOSでは記録層から読み出し層に転写する際に磁界によって磁区を拡大して、レーザー光の有効利用を図り信号強度を稼いでいる[1]。原理的にはこの技術を用いて100 Gb/in2の記録密度が達成できるはずで、実験室レベルで64 Gb/in2程度までは実証されているようである[2]。無磁界MAMMOSも開発されている。 [1] H. Awano, S. Ohnuki, H. Shirai, and N. Ohta: Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 4257. [2] A. Itoh, N.Ohta, T. Uchiyama, A. Takahashi, M. Mieda, N. Iketani, Y. Uchihara, M. Nakata, K. Tezuka, H. Awano, S. Imai, and K. Nakagawa: Digest MORIS/APDSC2000, Oct. 30- Nov. 2, Nagoya, p. 90. MAMMOS (磁区拡大 MO システム) MAMMOS の効果 • 通常再生 – 信号はほとんど0 •ＭＳＲ再生 –信号振幅小 •MAMMOS再生 –フル出力 DWDD • DWDDも記録層から読み出し層に転写する点は MAMMOSと同じであるが、転写された磁区を読み出し層の温度勾配を利用して磁壁を移動させて拡大するので、磁界を必要としない[１]。DWDDについては新規格のハンディビデオ用MO(2”, 3GB)として商品化されつつある[２]。 [１] T. Shiratori, E. Fujii, Y. Miyaoka, and Y. Hozumi: Proc. MORIS1997, J. Magn. Soc. Jpn. 22, Suppl.S2 (1997) 47. [２] M. Birukawa, Y. Hino, K. Nishikiori, K. Uchida, T. Shiratori, T. Hiroki, Y. Miyaoka and Y. Hozumi: Proc. MORIS2002, Trans. Magn. Soc. Jpn. 2 (2002) 273 DWDD(磁壁移動検出) • 室温状態では、「記録層」の記録マークは、中間の「スイッチング層」を介し、「移動層」に交換結合力で転写されている。 • 再生光スポットをディスクの記録トラックに照射することにより昇温し、中間の「スイッチング層」のキュリー温度以上の領域では磁化が消滅し、各層間に働いていた交換結合力が解消。 • 移動層に転写されていたマークを保持しておく力の一つである交換結合力が解消されることで、記録マークを形成する磁区の周りの磁壁が、磁壁のエネルギーが小さくなる高い温度領域に移動し、小さな記録マークが拡大される • まるでゴムで引っぱられるように、移動層に転写されている磁区の端（磁壁）が移動。磁壁移動検出方式という名称は、ここから発想されました。読み出しの時だけ、記録メディアの方が、記録層に記録された微小な記録マークを虫眼鏡で拡大するかのようにふるまうので、レーザービームスポット径より高密度に記録されていても読み取ることが可能になるわけです。キャノンのＨＰより DWDD概念図原理的には再生上の分解能の限界がない。移動層スイッチング層記録層 DWDDディスク近接場記録 • 回折限界を超えた高密度化に欠かせないのが、近接場光学技術である。1991年、Betzigらは光ファイバーをテーパー状に細めたプローブから出る近接場光を用いて回折限界を超えた光磁気記録ができること、および、このプローブを用いて磁気光学効果による読み出しができることを明らかにし、将来の高密度記録方式として近接場光がにわかに注目を浴びることになった[1]。 • 日立中研のグループはこの方法が光磁気記録だけでなく光相変化記録にも利用できることを明らかにした[2]。しかし、このように光ファイバ・プローブを走査するやり方では、高速の転送レートを得ることができない。 [1] E. Betzig, J.K. Trautman, R. Wolfe, E.M. Gyorgy, P.L. Finn, M.H. Kryder and C.-H. Chang: Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 1432 [2] S. Hosaka, T. Shintani, M. Miyamoto, A. Hirotsume, M. Terao, M. Yoshida, K. Fujita and S. Kammer: Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) 443. 近接場とは SIL (solid immersion lens) • 高速の転送レートを得ることができない問題を解決する方法として提案されたのが、SIL[1]というレンズを用いた光磁気記録である。 • Terrisらは波長780 nmのレーザー光を光源としSIL光学系を使ってTbFeCo膜に光磁気記録し、直径0.2 mの磁区が形成されることをMFMにより確認した[2]。 • SILを磁気ディスク装置のヘッド・アセンブリ(いわゆるジンバル)に搭載して光磁気記録を行うアイデアが1994年Terrisらにより出された[3]。この方法により、面記録密度2.45 Gb/in2、データ転送速度3.3 Mbpsを達成している。 • 鈴木らはMFM(磁気力顕微鏡)を用いて、SIL記録されたマークを観測し2 Gmarks/in2を達成していると発表した[4]。 [1] S.M. Mansfield and G. Kino: Appl. Phys. Lett. 57 (1990) 2615. [2] B. D. Terris, H.J. Maminn and D. Ruger: Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 141. [3] B.D.Terris, H.J. Mamin, D. Ruger, W.R. Studenmund and G.S.Kino: Appl. Phys, Lett. 65 (1994) 388. [4] P. Glijer, T. Suzuki, and B. Terris: J. Magn. Soc. Jpn. 20 Suppl.S1 (1996) 297. SIL (solid immersion lens) R. Gambino and T.Suzuki: Magneto-Optical Recording Materilas (IEEE Press, 1999) Super-RENS super-resolution near-field system • Sb膜：光吸収飽和 – 波長より小さな窓を開ける • AgOx膜：分解・Ag析出 – 散乱体→近接場 – Agプラズモン→光増強 – 可逆性あり。 • 相変化媒体だけでなく光磁気にも適用可能高温スポット近接場散乱熱アシスト記録（光・磁気ハイブリッド記録） • 記録時に温度を上昇させてHcを下げ記録。室温ではHcが増大して熱的に安定になる。 • 再生においては、磁気光学的再生技術を用いる代わりにHDと同じくMRヘッドで読み出す。熱アシスト記録材料 • 熱磁気記録に用いられる媒体としては、従来から HDDに用いられてきたCoCr系のグラニュラー媒体を利用する方法と、MO媒体として使われてきたアモルファス希土類遷移金属合金媒体を用いる方法が考えられる。また、短波長MO材料として検討されたPt/Co多層膜媒体を用いることも検討されている。いずれにせよ、室温付近で大きなHc を示し、温度上昇とともに通常の磁気ヘッドで記録できる程度にHcが減少する媒体が望ましい。２つの熱磁気記録媒体候補 HDD 媒体 - CoCr MO 媒体 - TbFeCo 膜構造微結晶集合体磁気的不連続媒体アモルファス連続結合異方性～ 2 x 106 erg/cm3 長手または垂直 > 5 x 106 erg/cm3 垂直磁区形成粒界 TC 等温線熱安定性結晶粒体積に依存適当磁気記録熱磁気記録 T>TC 記録媒体模式図 T～TC T<TC 常磁性強磁性 . magnetic grains 磁壁エネルギー小光磁気ハイブリッド・メモリー • この目的に、MOディスク、ミニディスク(MD)技術として確立した熱磁気記録技術が利用可能である。実際に市販されているMDでは、アモルファスTbFeCo材料を用い、キュリー点記録時の温度は250℃くらい、記録用磁界はたったの200 Oeであるが、室温でのHcはなんと8-20 kOe以上と巨大である[i]。 [i] 太田憲雄：「光と磁気の融合の可能性」日本応用磁気学会第128回研究会「磁気ストレージ技術の趨勢はどこに」 (2003.1.30)資料集p.39 MTb Hc 保磁力Hc 磁化の絶対値 a-TbFeCo MO媒体の磁気特性 MFeCo Total magnetization Ms 0 Tcomp Tc 温度 TbFeCo系の場合、補償温度が室温付近に来るよう膜組成が制御されているため、図に示すように、室温付近でのMsが小さく、従って、Hcが大きいので、超常磁性効果に対して有効である。熱磁気記録による微小磁区の記録 • 熱制御層の導入とLS-MFM法により光スポットサイズより小さな磁区の記録を達成 1000 nm 500 nm 2000 nm 600 nm 光同期磁界変調(LS-MFM), 遠視野 (λ = 635 nm, NA = 0.60)光制御層あり 600 nm 光変調(LIM), 遠視野(熱制御層なし) MO膜を用いたハイブリッド記録(1) • MO媒体TbFeCo系の場合、補償温度が室温付近に来るよう膜組成が制御されているため、室温付近での、従って、Hcが大きいので、超常磁性効果に対して有効である。 • しかし、 Msが小さいことは、GMRヘッドを用いた磁気読み出しにおいては不利である。一つの解決法が、記録層と再生層の分離である。再生層の補償温度を記録層より高温側にシフトさせることにより、磁気ヘッドで再生するのに十分な磁化を得ることができる[i]。 [i] H.Nemoto, H. Saga, H. Sukeda and M. Takahashi: Proc. MORIS1999, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 229. 熱アシスト媒体用の記録層と再生層の磁化の温度変化再生層記録層 MO媒体は、室温でのHcが大きいので熱安定性が良好であるが、 GMRヘッドを用いた磁気読み出しにおいては不利である。一つの解決法が、記録層と再生層の分離である。図のように、再生層の補償温度を記録層より高温側にシフトさせることにより、磁気ヘッドで再生するのに十分な磁化を得ることができる。 H.Nemoto, H. Saga, H. Sukeda and M. Takahashi: Proc. MORIS1999, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 229. 熱磁気記録の磁気光学再生の問題点 • 記録波長の減少->光子数の減少->磁気光学信号減少：解決法：MAMMOS, DWDD：現システムとの両立性に難 • 光スポットサイズの縮小->高いエネルギー密度 – 半導体レーザの最大出力 > 記録パワー > 再生パワー – 記録感度と再生信号振幅のトレードオフ • 光再生チャンネルの信号性能は再生光スポットの収差に強く影響されるが、記録磁区の性能は光スポットの収差に余り影響されない • 従って、熱磁気記録した磁区の磁束をヘッドで検出する方が高い分解能とＳＮを得られる MOテスターを用いた遠隔場ハイブリッド記録の検証実験 H.Saga et al.:Jpn. J. Appl. Phys. 38 (1999) 1839 磁界変調熱磁気記録された磁区像 Disk A (緩冷) Disk B (急冷) 800 nm 400 nm 200 nm 100 nm DISK A DISK B 潤滑剤(fombline) 3nm 3nm 保護層(Si3N4) 10nm 10nm ヒートシンク層(Al) 40nm 保護層(Si3N4) 5nm 再生層(TbDyFeCo) 75nm 35nm 記録層(TbFeCo) 40nm 15nm 保護層(Si3N4) 60nm 60nm ディスク基板(ポリカーボネーチ) GMRヘッドによる磁束検出信号 1280 nm 磁区幅 = 100 nm シールドギャップ= 190 nm 磁束検出による分解能向上 (遠隔場光磁気記録) Response (dB) 0 MFM / Flux Det. LIM / Flux Det. -5 -10 LIM / Optical Det. C/N = 47 dB LIM: Light intensity modulation MFM: Magnetic field modulation -15 -20 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Mark period (m) 2.5 3.0 MOディスクの磁気再生による分解能向上田中(富士通)による MO膜を用いたハイブリッド記録(2) • もう一つの解決法が、再生の際にも熱アシストを行って、加熱された部分を補償温度からずらしMsを強めて読み出す方法である[i]。再生トラックが複数のトラックにまたがっていても、加熱された部分のみヘッドに磁束を届けることができるので、微小領域の選択にも好都合である。 [i] H. Katayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima and K. Ohta: Proc. MORIS1999, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 233. ＭＯ媒体による熱アシスト再生再生の際にも熱アシストを行って、加熱された部分を補償温度からずらしMs を強めて読み出す方法である。再生トラックが複数のトラックにまたがっていても、加熱された部分のみヘッドに磁束を届けることができるので、微小領域の選択にも好都合である。 H. Katayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima and K. Ohta: Proc. MORIS1999, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 233. 粒子状媒体によるハイブリッド記録(1) • 一方、粒子状媒体であるCoCr系媒体においては、室温からの温度上昇とともにHcは急激に低下するので、ns程度の短時間加熱することによって、弱い磁界でも磁化反転できるくらいまで一時的に Hcを低下させることができる。これにより、高保磁力媒体に記録することが可能になる。熱アシスト媒体用多粒子媒体の磁化と磁気異方性の温度変化媒体の設計に当たっては、結晶粒の配向制御によるKuの制御、キュリー温度の制御とともに、熱的な設計が重要性をもっている。 1Tbits/in2の面記録密度は、アスペクト比1:1のとき、25nm 25nmに相当するが、線速25m/sならばビット時間は1nsとなる。従って、非常に短時間に加熱・冷却できる必要がある。 J.J.M. Ruigrok: Proc. MORIS2000, J. Magn. Soc. Jpn. 25 (2001) 313 粒子状媒体によるハイブリッド記録(2) • これにより、高保磁力媒体に記録することが可能になる。この媒体の磁化が超常磁性により失われる様子は、先に述べたと時間の指数関数となるので、加熱はできるだけ短時間に、かつ局所的になされなければならない[i]。従って、媒体の設計に当たっては、結晶粒の配向制御によるKuの制御、キュリー温度の制御とともに、熱的な設計が重要性をもっている。 • 1 Tb/in2の面記録密度は、アスペクト比1:1のとき、 25nm25nmに相当するが、線速25 m/sならばビット時間は1 nsとなる。従って、非常に短時間に加熱・冷却できる必要がある。 [i] J.J.M. Ruigrok: Proc. MORIS2000, J. Magn. Soc. Jpn. 25 (2001) 313 1Tbits/in2におよぶ高密度記録 • 1Tbits/in2におよぶ高密度記録においては bitサイズは 25nm平方となり、記録時のスポットサイズを50nm以下に縮小する必要がある。通常のfar-field recordingの場合、100nmを切るような磁気記録は非常に困難であるから、この解決のために、ハイブリッドヘッドにSILを用いて回折限界を伸ばす方法[i]、および、金属マスクに微小な開口を設けて開口からの近接場を利用する方法[ii]が提案され実験されている。 [i] H. Sukeda, H. Saga, H. Nemoto, Y. Itou, C. Haginoya, T. Matsumoto: IEEE Trans. Magn. 37 (2001) 1234. [ii] T.E. Schlesinger, T. Rausch, A. Itagi, J. Zhu, J.A. Bain,D.D. Stancil: Jpn. J. Appl. Phys. 41 (2002) 1821. 近接場光記録近接場記録遠隔場記録 SIL (Solid immersion lens) SIL ディスクヘッドスライダレンズ微小開口開口:a スライダ金属磁気コイルスポット径ヘッド媒体間隔 * /NA 半球: /(n･NA) 超半球: /(n2･NA) 開口径: a 10-100nm => 1m =< 100nm =< a/2 (5-50nm) *  : 半導体レーザ波長 NA: レンズの開口数近接場とは？ SILを用いた光記録 • 半球型SILを用いればスポットサイズをレンズ光学系の屈折率分の１に、超半球では屈折率の二乗分の１に縮小できる。SILの近傍にはエバネセント場が存在するが, 伝搬光も存在するので厳密な意味では近接場記録ではない。解像度を上げるにはスライダーと媒体の距離を 100nm以下にする必要があり、リムーバブルにすることはむずかしいと考えられる。光導波路にレンズを作り込むことも考えられている。いずれにせよ、回折限界ぎりぎりで使うということで、スポット径を100nm以下にするのはかなり難しいと考えられる。 SILを用いた近接場記録系 H. Sukeda, H. Saga, H. Nemoto, Y. Itou, C. Haginoya, T. Matsumoto: IEEE Trans. Magn. 37 (2001) 1234. 蝶ネクタイ・アンテナの利用 • 上述の方法により得られる光のスポットではエネルギー密度を大きくできないという問題点がある。これを解決し強いエネルギーの微小な光スポットを得る方法が、Groberらによって提唱されたボウタイ(蝶ネクタイ)型アンテナによる電磁場の集中である[i]。Groberらは、マイクロ波周波数に対しこの形のアンテナの中心部に電界の集中が起きることを検証し、光の周波数に対しても使用できると提案した。 Matsumotoらは、電磁界計算を行い、ボウタイアンテナのギャップ程度の領域に光強度が集中していることを明らかにしている[ii] 。 [i] R.D. Grober, R.J. Schoelkopf, D.E. Prober: Appl. Phys. Lett. 70 (1997) 1354. [ii] T. Matsumoto, T. Shimano and S. Hosaka, Technical Digest of 6th Int. Conf. Near Field Optics and Related Techniques, the Netherlands, Aug. 27-31, 2000, p55 蝶ネクタイアンテナ 1 cm =13.6 cm R. D. Grober et al., Appl. Phys. Lett. 70, 1354 (1997) プレーナ・プラズモン・プローブ T. Matsumoto, T. Shimano and S. Hosaka, Technical Digest of 6th Int. Conf. Near Field Optics & Related Techniques, the Netherlands, Aug. 27-31, 2000, p55. 高効率近接場光記録ヘッドプレーナ・プラズモンヘッドプラズマ振動でエネルギを局在化 → 効率＞10％金属パターン - - -近接場光入射光 +++ + + スポット径 [nm] プラズマ振動 40 100 30 10 20 1 10 0 0.1 0 5 10 ヘッド-ディスク間隔 [nm] 対応記録密度[Tb/in 2] パターン間8nmの時の計算値