(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板の表面にフラーレン分子多層膜を有する記録媒体に対して、導電性プローブからなる記録針により所定強度の負電圧を局所的に印加し、最表面のフラーレン分子とその下層のフラーレン分子とを重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面に凹部を形成させ、該凹部と該凹部が形成されていない部位に情報を記録する手段と、
導電性プローブからなる記録針により所定強度の正電圧を前記凹部に印加して、重合したフラーレン分子を解重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面の凹部を復元させて記録した情報を消去する手段と、
前記凹部と前記凹部が形成されていない部位の電流変化を導電性プローブからなる読取針により検出し記録した情報を読み取る手段とを
備えたことを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記凹部を信号１、該凹部が形成されていない部位を信号０として、情報を記録する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
電流変化の検出が、トンネル抵抗の検出によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
【請求項４】
記録針と読取針は同じ導電性プローブであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の記録装置。
【請求項５】
導電性基板の表面にフラーレン分子多層膜を有する記録媒体に対して、導電性プローブからなる記録針により所定強度の負電圧を局所的に印加し、最表面のフラーレン分子とその下層のフラーレン分子とを重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面に凹部を形成させ、該凹部と該凹部が形成されていない部位に情報を記録し、
導電性プローブからなる記録針により所定強度の正電圧を前記凹部に印加して、重合したフラーレン分子を解重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面の凹部を復元させて記録した情報を消去し、
前記凹部と前記凹部が形成されていない部位の電流変化を導電性プローブからなる読取針により検出し記録した情報を読み取ることを特徴とする情報の記録、消去及び読取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録針からのオンオフ信号を消去可能に記録する記憶媒体に関し、より詳しくは、ハードディスクなどの記録装置とそれに使用される記録媒体、情報の記録及び消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記憶素子の大容量化、小型化を実現するためには、情報の書き込み密度を高めることが本質的である。現在、高密度書き込みに優れた記憶素子であるハードディスクドライブは数１００ギガビット／平方インチの記録密度を実現している。しかし、さらなる高密度化を推し進めるために書き込み領域を微細化した場合、記憶情報が熱的に不安定化するなど、技術的課題も多く、記録密度を飛躍的に向上する事などは不可能とされてきた。
このため、下記特許文献１−３に示すように、分子集団（デバイスサイズの薄膜全体）の特性変化を利用して、記録密度を向上することが試みられている。【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５１００７８
【特許文献２】特開２００６−７３７７４
【特許文献３】特開２００６−１４７７８５
【発明の開示】
【０００４】
上記特許文献１−３によれば、薄膜を形成するリソグラフィー加工技術の精度により、記録密度が決定されるため、記録針の精細度ではなく、媒体側での精細度により記録密度の限界が生じることになる。
本発明は、このような実情に鑑み、従来では不可能視されていた高密度記録を可能にすることを目的とする。
本発明は、フラーレン分子が与えられるエネルギーによって、重合、解重合を繰り返す性質を利用して、記録針の精細度によってのみ、記録密度が左右されるという極めて高密度の記録ができるものを提供するものである。具体的には以下の通りである。
【０００５】
発明１の記録装置は、導電性基板の表面にフラーレン分子多層膜を有する記録媒体に対して、導電性プローブからなる記録針により所定強度の負電圧を局所的に印加し、最表面のフラーレン分子とその下層のフラーレン分子とを重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面に凹部を形成させ、該凹部と該凹部が形成されていない部位に情報を記録する手段と、導電性プローブからなる記録針により所定強度の正電圧を前記凹部に印加して、重合したフラーレン分子を解重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面の凹部を復元させて記録した情報を消去する手段と、前記凹部と前記凹部が形成されていない部位の電流変化を導電性プローブからなる読取針により検出し記録した情報を読み取る手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
発明２は、発明１の記録装置において、前記凹部を信号１、該凹部が形成されていない部位を信号０として、情報を記録する手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
発明３は、発明１又は２の記録装置において、電流変化の検出が、トンネル抵抗の検出によって行われることを特徴とする。
【０００８】
発明４は、発明１から３の記録装置において、記録針と読取針は同じ導電性プローブであることを特徴とする。
【０００９】
発明５の情報の記録、消去及び読取方法は、導電性基板の表面にフラーレン分子多層膜を有する記録媒体に対して、導電性プローブからなる記録針により所定強度の負電圧を局所的に印加し、最表面のフラーレン分子とその下層のフラーレン分子とを重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面に凹部を形成させ、該凹部と該凹部が形成されていない部位に情報を記録し、導電性プローブからなる記録針により所定強度の正電圧を前記凹部に印加して、重合したフラーレン分子を解重合させて前記フラーレン分子多層膜の表面の凹部を復元させて記録した情報を消去し、前記凹部と前記凹部が形成されていない部位の電流変化を導電性プローブからなる読取針により検出し記録した情報を読み取ることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は本発明の記録媒体を示す模式図である。図１（ｂ）は実物の顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、フラーレン分子の重合反応及び解重合反応を示した模式図である。
【図３】図３（ａ）は記録媒体の重合状態と解重合状態を示す顕微鏡写真である。図３（ｂ）はフラーレン分子の模式図であり、図３（ｃ）は記録媒体の表面状態を示す高解像度の顕微鏡写真であり、図３（ｄ）は記録媒体の模式図である。
【図４】図４は、本発明の記録装置の基本概念を示す概略図である。
【図５】図５は、基板の電圧と重合・解重合との関係を示す顕微鏡写真である。
【図６】図６は、記録媒体への情報の書き込み状態を示す顕微鏡写真である。
【図７】図７は、書き込み、消去、再書き込みでの記録媒体の状態を示す顕微鏡写真である。
【図８】図８は、本発明の記録装置について、記録媒体に記録された情報の読み取りの原理を示す模式図である。
【図９】図９は、書き込みから消去までの導電性プローブとフラーレン分子との間の電流変化を示すグラフと、フラーレン分子層の状態を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の記録装置の電気的な読み取りの原理を示す模式図である。
【図１１】図１１は、さらなる高密度化と高速化に向けての記録媒体の構成例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、実施例２において、記録装置で記録媒体に記録された情報の読み出し操作を行った結果である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の記録媒体は、図１（ａ）に示すように、フラーレン分子からなるフラーレン分子層が導電性基板の表面に複数積層されて、フラーレン分子の多層膜（薄膜ともいう）が形成されているものである。
ここで、フラーレン分子とは、例えばＣ６０フラーレンやＣ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２等の高次のフラーレン等であり、籠状又は球状の骨格構造を有する分子である。本発明においては、フラーレン分子は、発明の目的、効果を阻害しないこと、あるいはさらに促進するものである限り、球状構造のフラーレン分子がアルキル基やアリール基等の炭化水素基、水素原子、酸素原子、含酸素基、含窒素基等の官能基を結合している修飾体であってもよく、また、中空の骨格内にスカンジウム、ランタン、チタン等の金属元素を包み込んだ金属内包フラーレンであってもよい。【００１７】
フラーレン分子層は、例えば、フラーレン分子がファンデルワールス力により相互に集合して構成されている単分子膜であり、この単分子膜上にさらにフラーレン分子がファンデルワールス力により相互に集合してフラーレン分子の別の単分子膜が積層される。このようなフラーレン分子の単分子膜が２層、３層あるいはそれ以上に積層されて、導電性基板の表面にフラーレン分子の多層膜が形成されている。
導電性基板は、例えば、表面が平坦で不活性な基板を用いることができる。基板の材質としては、フラーレン分子に電圧を印加できるものであれば特に制限されるものではなく、Ｓｉ，ＧａＡｓ，Ａｕ等を例示することができる。また、炭化水素ガスを熱分解して得た高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）を有する基板を用いてもよい。【００１８】
本発明の記録媒体は、フラーレン分子の多層膜に導電性プローブ等で所定のエネルギーが付与されて、フラーレン分子同士が重合したり、あるいは重合したフラーレン分子が解重合されるようになっている。例えば、フラーレン分子がファンデルワールス力により相互に集合している多層膜に、所定のエネルギーを局所的に付与すると、フラーレン同士の重合反応が誘起されて局所的にフラーレン重合体が生成する。また、このフラーレン重合体に所定のエネルギーを付与すると、解重合反応が誘起されてフラーレン分子の単量体となり、ファンデルワールス力によって相互に集合した状態になる。【００１９】
図１（ｂ）はＳＴＭ像であり、記録媒体となるフラーレン分子Ｃ６０薄膜の表面形状を観察している。観察している領域（１００ｎｍ×１００ｎｍ）のほぼ全体に渡って、３分子層厚さの平坦な薄膜が形成されているが、右上に２分子層厚さに対応する領域が見られる。このような厚さの不均一性は、薄膜形成条件を最適化することによって解消することが可能である。また、平坦な領域を高分解能で観察したＳＴＭ像には球形をしたＣ６０分子が整然と最密充填されている様子が分かる。このように構成分子が整然と配列した薄膜を利用することによって、分子レベルで正確な位置に情報を記録し、消去することが可能になる。【００２０】
図２は、フラーレン分子の重合反応及び解重合反応を示した模式図である。この図は、Ｃ６０フラーレン分子の単量体が重合反応によってＣ６０フラーレン分子の重合体が生成されていることを表している。また、Ｃ６０フラーレン分子の重合体が解重合反応によってＣ６０フラーレン分子の単量体に分解されていることを表している。フラーレン分子の重合体は、単量体に比べて電気伝導特性の向上し、磁気特性が発現する。本発明の記録媒体では、このようなフラーレン分子の重合反応及び解重合反応を繰り返し行うことができる。
重合反応を誘起するためのエネルギーは、光、高圧印加などによって与え得ることが知られている。その他、Ｃ６０分子等のフラーレン分子固体にアルカリ金属を適切にドーピングすることによって、重合反応を誘起できることも知られている。これらの手法によると、重合反応が優先的に生じ、解重合反応を選択的に誘起することはできない。解重合を選択的に誘起するには、重合物を加熱し、分子振動を増大させることによって、分子間に形成された化学結合を「引きちぎる」という方法しかなかった。本実施形態では、フラーレン分子の多層膜を導電性の基板上に用意し、この導電性基板を基板電極として用いる。多層膜にナノメートルオーダーで近接させた別の対向する微細電極（記録針）を設ける。これら二つの電極間に適切なバイアス電圧を印加することによって、ナノメートルオーダーの厚みをもつ多層膜とナノメートルオーダーの多層膜−記録針間隔に数ボルト／ナノメートル程度（１センチメートルの間隔に数千万ボルトの電圧を印加した場合と同等の）強力な電界が加わる。本実施形態では、基板電極（多層膜側）に負電圧を印加することで重合反応を誘起させ、正電圧を印加することで重合体の解重合反応を誘起させている。【００２１】
図３は、記録媒体の重合状態と解重合状態を示す顕微鏡写真と模式図である。図３（ａ）は、記録媒体におけるフラーレン分子の多層膜に導電性プローブ等で基板電極に基板電圧（ＶＳ）を印加して、フラーレン分子の重合反応及び解重合反応を自在に制御したことを示す同一箇所の記録媒体の表面状態を示す顕微鏡写真である。顕微鏡写真において、黒く見える部分は記録媒体の表面が凹んでいる箇所であり、これはフラーレン分子が重合していることを表している。図３（ａ）は、左から順に、基板電圧（ＶＳ）を印加していない状態（ｓｔｅｐ１）、−３．５Ｖの基板電圧（ＶＳ）を印加した状態（ｓｔｅｐ２）、＋３．５Ｖの基板電圧（ＶＳ）を印加した状態（ｓｔｅｐ３）、−３．５Ｖの基板電圧（ＶＳ）を印加した状態（ｓｔｅｐ４）を示しており、基板電極に負電圧、正電圧、負電圧を順次印加して、記録媒体におけるフラーレン分子の多層膜の同一箇所を観察した。この図から、基板電極への負電圧の印加によってフラーレン分子が重合し、正電圧の印加によって、重合したフラーレン分子が解重合していることが分かる。また、重合反応及び解重合反応が可逆反応であり、これら反応が繰り返し行えることが確認できる。【００２２】
図３（ｂ）はフラーレン分子の模式図である。上図は電圧印加前のフラーレン分子単量体を表しており、下図は負電圧印加によりフラーレン分子が重合したフラーレン分子重合体を表している。図３（ｂ）において、上図のフラーレン分子単量体は、下図のフラーレン分子重合体に比べて分子間距離が大きく、またフラーレン分子が高速に自由回転している。他方、下図のフラーレン分子重合体は、フラーレン分子間で共有結合するため、上図と比べて分子間距離が小さくなり、またフラーレン分子の向きが固定される。そして、このようにフラーレン分子が重合すると、図３（ｄ）に示すように、フラーレン分子が重合した箇所の記録媒体の多層膜の表面に凹みが生じる。本発明の記録媒体は、多層膜の表面の凹みを「ＯＮ信号」の情報として表し、凹みがない状態を「ＯＦＦ信号」の情報として表している。【００２３】
図３（ｃ）は記録媒体の表面状態を示す高解像度の顕微鏡写真である。写真中の矢印は、分子内部構造を指している。図３（ｄ）は、フラーレン分子の重合によって記録媒体の多層膜の表面に凹みが生じている状態を示す模式図である。電圧を印加することで、多層膜の最表層のフラーレン分子とその下層のフラーレン分子との分子間の重合反応が誘起される。すなわち、隣接するフラーレン分子層間のフラーレン分子同士が重合する。フラーレン分子が重合していない箇所の記録媒体の多層膜の表面を基準面とすると、例えば３つのフラーレン分子が重合している箇所では基準面に対して深さ０．０８ｎｍ−０．１６ｎｍの凹みが生じる。２つのフラーレン分子が重合している箇所では、基準面に対して深さ０．０４ｎｍ−０．００８ｎｍの凹みが生じ、３つのフラーレン分子が重合している箇所よりも凹みが小さくなる。
このようにフラーレン分子の重合反応の態様によって、記録媒体の多層膜の表面の凹みの深さを変化させることができる。なお、フラーレン分子の重合反応の態様は、重合反応を誘起させるエネルギーの大きさによって変えることができる。また、記録媒体の多層膜に対してエネルギーが付与される領域の大きさを変えることによって、フラーレン分子の重合反応が誘起される領域の大きさが変わり、これによって記録媒体の多層膜の表面において凹みの発生した領域の大きさを変えることができる。【００２４】
以上の記録媒体は、例えば、以下の方法で製造される。
記録媒体となるフラーレン分子の多層膜は、真空蒸着法によって容易に作製できる。平滑で均一性の高い多層膜を準備する必要があるため、本研究では基板として平滑性が高いことが知られている、銀原子層で被覆されたシリコン表面およびグラファイト表面を用いており、室温に保たれたそれらの基板表面上にフラーレン分子を蒸着した。フラーレン分子は４００〜６００℃程度の温度で使用できるルツボなどにいれて、ルツボ近傍に設置した熱フィラメントを利用するなどの傍熱加熱型蒸着源を利用すればよい。真空蒸着法について具体的に説明すると、例えば、Ｃ６０分子を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０−５〜１０−９Ｐａ程度の圧力にまで排気した後、ルツボを加熱してＣ６０分子を蒸発させることにより、ルツボと向き合って置かれた基板上にＣ６０分子の多層膜を形成させることができる。蒸発源の温度を一定に保つことでフラーレン分子の蒸発量も一定になるため、必要な時間だけ基板を蒸発分子にさらすことで、望みの厚さの膜を形成することができる。室温の基板上への蒸着によって得られた多層膜表面の平坦度が不足している場合には、２００℃程度の温度で加熱処理をすることで平坦性、均一性を高めることができる。【００２５】
次に本発明の記録装置について説明する。
本発明の記録装置は、前記記録媒体の隣るフラーレン分子層間のフラーレン分子同士を重合させるエネルギー及び重合したフラーレン分子を解重合させるエネルギーを、記録すべきＯＮ−ＯＦＦ信号の情報に応じて記録媒体に局所的に送り込む記録針と、重合したフラーレン分子及び解重合したフラーレン分子の相違を読み取る読取針と、を有している。記録針と読取針は、同じ１本の針であってもよい。【００２６】
図４は、本発明の記録装置の基本概念を示す概略図である。
この図では、導電性プローブが記録針及び読取針として機能する。この導電性プローブによる記録媒体への情報の記録や読み出しの精度は、導電性プローブ先端の形状や安定性に依存する。例えば、導電性プローブの先端の先鋭化が不十分である場合、フラーレン分子間反応の空間制御性が悪化する。そこで、電性プローブの先端径が１ｎｍ〜１００ｎｍ程度になるように先鋭化する。導電性プローブとして白金イリジウム合金を用いた場合、これを電解研磨等によって導電性プローブの先端径が１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、なかでも４０ｎｍ〜７０ｎｍ程度に先鋭化することができる。導電性プローブの先端径がフラーレン分子のサイズと同程度とすることによって、より高精度の情報記録および読み出しが可能になることから、導電性プローブの先端径を１ｎｍ〜１０ｎｍとしてもよい。これを実現する技術としては、例えば、導電性プローブとしてカーボンナノチューブや金属酸化物のナノロッド等、ナノスケールのサイズを持ちかつ安定な構造物を使用することが考えられる。【００２７】
図４の記録装置は、位置制御機構を有する。この位置制御機構は、図４に示すように、導電性プローブをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、すなわち、記録媒体の多層膜に対して水平方向、垂直方向に移動させることが可能になっており、多層膜の上方において、導電性プローブの先端を任意の位置に保持させることができる。このような位置制御装置としては、例えば、走査トンネル顕微鏡（ＯＭＩＣＲＯＮ社製  ＳＴＭ−０１）のプローブ駆動機構およびフィードバック機構を採用することができる。フィードバック機構はＺ方向のプローブ位置制御に必要であり、導電性プローブと多層膜間の距離を設定した値に保持する上で必要となる。具体的には、基板電極（導電性基板）と導電性プローブ（記録針）との間に電圧を印加した際に流れる電流を計測し、その電流が設定値と一致するようにＺ方向のプローブ位置を調整する機能である。【００２８】
また、図４の記録装置は、記録制御機構と読み出し機構を有している。
記録制御機構は、記録媒体において、記録すべきＯＮ−ＯＦＦ信号の情報の書込みや消去のための電圧等のエネルギーの付与を制御する機構である。図４の構成では、記録制御機構は、導電性基板に電圧（ＶＳ）を与えるための電源と、電圧を制御する制御部とから構成され、導電性基板と導電性プローブに電気的に接続されている。記録制御機構への入力としては、必要とされる反応の種類（重合反応か解重合反応か）、重合領域および解重合領域のサイズなどを外部コンピュータなどから指定する。これに応じて、制御部にて電源から電圧を出力する。制御電圧範囲としては、±１０Ｖ程度を利用した。電圧が出力されると、導電性プローブ直下において、多層膜のフラーレン分子の重合反応および解重合反応が誘起される。これによって、記録すべきＯＮ−ＯＦＦ信号の情報の書込みや消去が記録媒体になされる。
読み出し機構は、記録媒体に記録された情報を読み取る機構であり、具体的には、導電性プローブのＸＹ平面内およびＺ方向の位置情報を、導電性プローブ位置を制御しているピエゾ素子への駆動電圧から計測する。さらに、導電性プローブを通じて流れる微小電流を計測し、導電性プローブ直下で生じている記録媒体の多層膜におけるフラーレン分子の重合反応および解重合反応に関する情報を取得する。この読み出し機構は、導電性基板、導電性プローブ及び位置制御機構のそれぞれに電気的に接続されている。なお、図４では、読み出し機構と記録制御機構とは電気的に接続されている。
また、図４の記録装置においては、１つの導電性プローブを用いて情報記録処理、消去処理そして読み出し処理を行っているが、これらの処理を複数のプローブを用いて並列に行ってもよい。これによって、より一層の高速化および高効率化が期待できる。情報記録用の超並列マルチプローブ技術としてはＩＢＭの“Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ”など開発例がある。【００２９】
図４の記録装置は、導電性基板と導電性プローブとの間に電圧を印加して、記録媒体の多層膜におけるフラーレン分子の重合反応を誘起しているが、圧力印加によっても重合反応の誘起は可能である。このようなフラーレン分子の重合反応のための圧力印加は、カンチレバー等を記録媒体の多層膜表面に適切に接触させて、局所的に圧力印加がなされるようにしてもよい。この場合、記録情報の読み出しは、多層膜の局所的な導電性の変化を検出して行う。
フラーレン分子の重合反応及び解重合反応等のフラーレン分子間反応は、熱的あるいは電子的な励起状態を実現することでより促進される。そこで、導電性プローブに加えて、プローブ直下へ局所的にレーザ照射などを行う機構を組み合わせることで、分子間反応の速度（記録速度）を制御することもできる。【００３０】
次に、上記記録装置を用いて、記録媒体に電圧を印加したときの記録媒体の表面状態について説明する。
図５は、導電性基板の電圧と重合・解重合との関係を示す顕微鏡写真である。
図５の上図では、３分子層厚さのＣ６０分子の多層膜上において、写真中の丸印で示した位置に記録針を設置し、それぞれの記録針位置において異なる負電圧（−４．０Ｖ，−３．５Ｖ，−３．０Ｖ，−２．５Ｖ，−２．０Ｖ，−１．５Ｖ）を基板電極に与えた結果、記録針直下で誘起される重合領域の拡がりが変化する様子を示している。ここでは、記録針直下の付近の分子が負にイオン化して、重合反応が誘起されている。
また、図５の下図では、基板電極に適切な負電圧を与えつつ記録針走査することによって、あらかじめ３分子層厚さのＣ６０分子の多層膜全面を重合させておき、写真中の丸印で示した位置に記録針を設置し、それぞれの記録針位置において異なる正電圧（＋４．５Ｖ，＋４．０Ｖ，＋３．７Ｖ，＋３．５Ｖ，＋２．５Ｖ）を基板電極に与えた結果、記録針直下で誘起される解重合領域の拡がりが変化する様子を示している。ここでは、記録針直下の付近の分子が正にイオン化して、解重合反応が誘起されている。
いずれの場合にも、印加電圧の絶対値が小さくなると、重合あるいは解重合が誘起される領域が狭まっていく。【００３１】
図６は、異なる書き込み電圧（−３．５Ｖ，−２．２Ｖ，−２．０Ｖ）を用いて、多層膜（記録媒体）に重合反応を局所誘起しドット形成を行った例である。小さな書き込み電圧を用いるほど、重合領域が狭まり、ドット形成密度を高めることができる。書き込み電圧が−２．０Ｖでは、単分子レベルの書き込みが実現し、そのドット記録密度は１平方インチ当たり２００テラバイトに達している。【００３２】
図７は、書き込み、消去、再書き込みでの記録媒体の状態を示す顕微鏡写真である。写真中の「＋」で示した位置に記録針を設置して、単分子レベルのドット形成（重合反応誘起）を順次行なった後、「＋」で示した位置に記録針を設置して単分子レベルのドットを消去（解重合反応誘起）を行い、さらに再び「＋」の位置で、単分子レベルのドット形成を行った例である。すなわち、図７（ａ）の「＋」で示した位置に記録針を設置して、負電圧（−２Ｖ）を基板電極に与えて単分子レベルのドット形成（重合反応誘起）を順次行う。次いで、図７（ｂ）の「＋」で示した位置に記録針を設置して、正電圧（＋３．５Ｖ）を基板電極に与えて単分子レベルのドットを消去（解重合反応誘起）を行う。さらに、図７（ｃ）の「＋」で示した位置に記録針を設置して、負電圧（−２Ｖ）を基板電極に与えて単分子レベルのドット形成を行い、図７（ｄ）で示した記録媒体を得る。この結果から、単分子レベルでの書き込み、消去、再書き込みが実現されたことが分かる。【００３３】
図８（ａ）は、本発明の記録装置について、記録媒体に記録された情報の読み取り方法の一例を示すものである。導電性基板（基板電極）と導電性プローブとの間に電圧を印加し、これによって誘起された重合反応は、Ｃ６０分子の多層膜を局所的に凹ませる。この凹み量は、およそ０．１ｎｍ程度と小さいが、導電性プローブをそのまま読み取り針として利用し、基板電極と導電性プローブとの間に流れる電流の変化として、その凹み量を検出できる。これは、導電性プローブとフラーレン分子との間の距離の変化は僅かでも、両者間の抵抗変化は距離変化分に対して指数関数的に増幅されるためである。これは、両者間に流れる電流の変化として読み取ることもできる。なお、図８（ａ）では、電圧印加前の導電性プローブとフラーレン分子との間の距離をｄとし、電圧を印加した後に生じた凹み量を、Δｄとしている。図８（ｂ）では、多層膜の凹み量が僅かでも、導電性プローブと基板電極との間のトンネル抵抗が増大していることを示している。【００３４】
図９は、図８で説明した重合反応前後における導電性プローブとフラーレン分子との間の距離変化が両者間の電流変化として観察されることを示している。【００３５】
図１０は、本発明の記録装置の電気的な読み取りの原理を示す模式図である。図８、図９で説明したように、重合反応が生じた領域を電気的に検出することが出来るが、図６、図７に示したようなドット列の場合、連続的にそのドット配列を読み取る技術が必要である。そのため、導電性プローブ（この場合読み取り針として利用）と多層膜の距離を一定にする。この際、フィードバック機能を解除して、導電性プローブをＸＹ平面内で移動する際にＺ方向のプローブ位置が多層膜の凹凸を追従しないようにする。言い換えれば、固定載置された導電性基板に対して、導電性プローブの高さを固定して、導電性基板の多層膜を水平走査する。これによって、図８で説明したトンネル抵抗が変化している場所を素早く検出することができる。トンネル抵抗が変化している場所が、導電性プローブと多層膜との距離が僅かに変化している場所、すなわち重合領域の場所に対応することになる。【００３６】
図１１は、さらなる高密度化と高速化に向けての記録媒体の構成例を示す模式図である。多層膜表面上で見る限り単分子レベルのサイズおよび位置分解能での高密度記録が達成されており、重合領域を「１」あるいは「ＯＮ信号」、非重合領域を「０」あるいは「ＯＦＦ信号」とみなした情報処理に利用することができる。しかし、分子薄膜の厚さを４層とし、さらに重合度（結合する分子の数）を制御すれば、多層膜表面上から見る限り、単分子レベルのサイズおよび位置分解能を保持しつつ、４つの異なる状態を制御できる。例えば、図１１では、フラーレン分子の重合度に応じて、多層膜表面上を「００」「０１」「１０」「１１」とみなした情報処理に利用している。これによって、さらなる情報密度の向上が可能である。また、多数のプローブを用いてそれらの情報書き込みや読み出しを並列に行うことによって、高速化にも対応できる。
【実施例】
【００３７】
＜実施例１＞
＜記録媒体の製造＞
導電性基板としては、Ｓｉ（１１１）基板およびグラファイト（ＨＯＰＧ）基板を用いた。室温に保たれたそれらの基板表面上にＣ６０分子を真空蒸着法によって蒸着した。本実施例では、Ｃ６０分子を４００〜６００℃程度の温度で使用できるルツボにいれ、ルツボ近傍に熱フィラメントを設置するなどして、傍熱加熱型蒸着源を利用した。なお、Ｓｉ（１１１）基板は、超高真空中での加熱処理によって表面を清浄化し、その上に１原子層厚さに相当する銀原子を蒸着することによって表面処理を施したものを準備した。グラファイト（ＨＯＰＧ）基板は、基板表面に粘着テープを貼り付けて、それをはがすなどの方法で基板を壁開し、フレッシュな表面を準備した。
製造した記録媒体の詳細を表１に示す。また、基板の表面処理によって得られる表面周期構造も表１に示した。なお、表１の記録媒体Ｎｏ．３は、フラーレン層が１層であり、参考例として例示している。【００３８】
＜記録装置の構成＞
記録装置は、図４の構成とした。導電性プローブは、電解研磨によって先端径が約５０ナノメートルに先鋭化した白金イリジウム合金を使用した。また、記録針の位置制御機構には走査トンネル顕微鏡（ＯＭＩＣＲＯＮ社製  ＳＴＭ−０１）のフィードバック機構を利用した。
この記録装置を用いて記録媒体に情報を記録した。記録装置による記録媒体への情報の記録条件を表２に示し、その結果を表３に示す。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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＜実施例２＞【００３９】
実施例１で用いた記録装置で、記録媒体に記録された情報の読み出し操作を行った。
本実施例で用いた記録媒体は、多層膜に単分子レベルで重合反応を引き起こすことによって、多層膜表面に整然と並んだ分子のうち意図した位置の分子のみが凹んだ状態を作り出したものである（図１２の左側のＳＴＭ像参照）。この高さプロファイル（多層膜の凹凸情報）では、およそ０．１ｎｍ程度の凹みが得られている。この状態で、ＳＴＭ像中に矢印で示した方向に導電性プローブ（読み取り針）を走査しながら、導電性プローブと基板電極と間の抵抗を読み取ると、重合反応によってドットが書き込まれた位置で抵抗が２倍以上増大していることが確認できた（図１２の左側のグラフ）。したがって、記録装置にて、導電性プローブと基板電極と間の抵抗を読み取ることによって、記録媒体に記録された情報を読み出すことができることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明はフラーレン分子の可逆的な重合反応を利用することで、極微細領域へ安定に情報記録することを見いだし、記憶素子の飛躍的な大容量化へに応用したものである。
本発明では、記憶媒体として導電性基板上へ形成したフラーレン分子多層膜を用いる。最表層の単分子とその下層の分子間に重合反応を誘起することで情報の書き込みが行われ、重合分子へ解重合反応を誘起することで情報の消去が可能になる。分子間反応の制御は導電性プローブを用いて分子へ強電界を印加することで行われる。本技術は以下の特徴的な効果を発揮する。
（１）  超高密度の情報記録が可能（２００テラビット／平方インチの記録密度以上の記録密度が期待できる）
（２）フラーレン重合分子は化学的安定性に優れているので、良好な不揮発性記憶が可能
（３）同一分子の重合・解重合反応は何度でも繰り返して誘起可能である。（再記録可能）
したがって、本発明は、単に磁気記録のみならず、光などの記録方式にも対応した超高密度な記録を書き換え可能に行えるものである。このことは、デジタル記録技術としてあらゆる分野に影響を及ぼすものである。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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