(57)【要約】【課題】  磁場による書き込みが困難な超高密度ハードディスクにおいて、安定な書き込みを行う。【解決手段】  磁性金属層１／非磁性金属２／磁性金属層３を含む少なくとも３層薄膜構造を形成し、この多層膜表面に金属探針５をナノメートルオーダの距離に近づける。金属探針５と多層膜４１の表面との間に電圧を印加することにより、多層膜中に生じる量子井戸状態を変化させ、磁性金属層１，３間の相対的な磁化を変化させる。この時、書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加する。【選択図】  図１
2006065927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性金属層、前記第１の強磁性金属層の上に形成された非磁性金属層及び前記非磁性金属層の上に形成された第２の強磁性金属層を含む多層膜に対向させて金属探針を位置決めするステップと、
前記多層膜と前記金属探針との間に電界を印加するとともに前記金属探針による前記多層膜の磁化方向制御をアシストするステップとを含み、
前記金属探針が対向している前記多層膜の領域に前記印加電界に応じた磁化を形成して磁化情報を書き込むことを特徴とする磁化情報記録方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁化情報記録方法において、前記金属探針による前記多層膜の磁化方向制御のアシストは、前記金属探針が対向している前記多層膜の領域に、前記印加電界に応じた磁化の方向の磁場を印加することによって行うことを特徴とする磁化情報記録方法。
【請求項３】
請求項１記載の磁化情報記録方法において、前記金属探針による前記磁気記録媒体の磁化方向制御のアシストは、前記金属探針が対向している前記多層膜の領域を加熱することによって行うことを特徴とする磁化情報記録方法。
【請求項４】
第１の強磁性金属層、前記第１の強磁性金属層の上に形成された非磁性金属層及び前記非磁性金属層の上に形成された第２の強磁性金属層を含む多層膜を備える磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向させて配置した金属探針と、
前記金属探針と前記磁気記録媒体の間に電界を印加する電界印加手段と、
前記金属探針による前記多層膜の磁化方向制御をアシストするアシスト手段とを備え、
前記金属探針と前記磁気記録媒体との間の電界を変化させ、かつ前記アシスト手段を作用させることにより、前記金属探針が対向している前記多層膜の領域に前記印加電界に応じた磁化を形成して磁化情報を書き込むことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項５】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記アシスト手段は、前記金属探針が対向している前記多層膜の領域に、前記印加電界に応じた磁化方向の磁場を印加する磁場印加手段であることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項６】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記アシスト手段は、前記金属探針が対向している前記多層膜の領域を加熱する加熱手段であることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項７】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記第２の強磁性金属層は、記録される情報単位毎に空間的に分割されていることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項８】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記金属探針と前記磁気記録媒体の表面との間に流れるトンネル電流の変化により、前記多層膜に書き込まれた磁化情報を読み取ることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項９】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、強磁性金属探針を備え、当該強磁性金属探針と前記磁気記録媒体との間に働く磁気的反発力により前記多層膜に書き込まれた磁化情報を読み取ることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１０】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、磁気抵抗効果素子を備え、当該磁気抵抗効果素子により前記多層膜に書き込まれた磁化情報を読み取ることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１１】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記磁気記録媒体を回転駆動する手段と、前記金属探針を前記磁気記録媒体上の所望の位置に駆動する駆動部とを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１２】
請求項４記載の磁気記録再生装置において、前記金属探針が所定の間隔で複数設置され、個々の金属探針ごとに磁化情報の記録再生を行うことを特徴とする磁化情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に磁化情報の書き込み及び読み取りを行う方法、及び磁気記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）における磁化情報の書き込みには、コイルから発生する磁場を用いた磁気ヘッドによる書き込み手法が用いられている。ＨＤＤにはさらなる高密度記録が求められており、高密度化による記録ドメインの微細化に対応して、磁気ヘッドが微細化されていくと、磁気ヘッド先端部に生じる反磁界成分の影響により磁気ヘッドからの発生可能磁界強度が減少することが知られている。また、記録ドメインが微小になると、書き込まれた磁化方向の熱的不安定性を克服するために、より磁気異方性の大きな材料が必要となるため、より大きな書き込み磁場が必要とされる。従って、高密度記録における磁化書き込み手法において、従来の磁気ヘッドだけを用いた書き込み手法には限界が予想され、それにかわる新しい書き込み手法が求められている。
【０００３】
例えば、いわゆる熱アシスト方式による書き込み手法が提案されている。これは、レーザ光により記録媒体を局所的に加熱することにより、書き込みたい領域の保磁力のみを下げ、磁場を印加することにより書き込もうとする手法である。これは、書き込み磁場を低減できるため高密度記録における磁化書き込み手法として有望な技術であるが、レーザ光が絞れる領域が加熱領域となるため、その微小化が課題である。
【０００４】
磁場を全く用いない書き込み手法として、例えば非特許文献１により、スピン注入磁化反転を用いた書き込み手法が提案されている。これはスピン偏極電子を磁性体に注入することにより磁化反転を行い、書き込みを行う手法であるが、書き込み電流閾値が１０6〜１０7Ａ／ｃｍ2と大きく、媒体に接触しなければ十分な電流を流せないため配線が必要となり、ＨＤＤのような無配線の超高密度記録用の媒体の書き込み手法としてはあまり適していない。
【０００５】
さらに別の書き込み手法として、電界を用いた磁化制御手法が提案されている。例えば、非特許文献２は、強磁性体金属／半導体／強磁性体金属の積層構造において、半導体層中のキャリア濃度を電界により制御することにより、強磁性体間に生じる交換相互作用を制御しようとするものである。また、例えば非特許文献３は、強磁性体金属／非磁性金属／絶縁体層／強磁性体金属のように、強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の３層構造の内部に絶縁体層を設け、強磁性金属層間に電圧を印加することにより強磁性体間に生じる交換相互作用を制御しようとするものである。また、例えば、特許文献１は、強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の３層構造の外部に半導体層を設け、強磁性金属層と半導体界面に生じるショットキー障壁の幅や高さを電界で制御することにより強磁性体間に生じる交換相互作用を制御しようとするものである。これらの電界による磁化制御技術は、高密度化が可能であり、かつ消費電力の低い技術として有望である。
【特許文献１】特開２００１−１９６６６１号公報
【非特許文献１】J. Slonczewski, J. Mag. Mag. Mater. 159, L1(1996)
【非特許文献２】Mattsonet et al, Phys. Rev. Lett. 71, 185 (1993)
【非特許文献３】Chun-Yoel Youi et al., J. Appl. Phys., 87, 5215 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の３層構造の内部に半導体層もしくは絶縁層を設け、電圧による磁化制御が可能であるためには、その厚さが２ｎｍ程度以下と極めて薄くなければならないこと、また、３層構造の外部に半導体層を設ける場合でも、原子層レベルで急峻な金属／半導体界面が形成されることが必要であり、これらを作製することは極めて困難である。また、媒体としてＭＲＡＭのようなＨＤＤに比べて低密度な配線型のメモリが想定されており、ＨＤＤのような無配線の超高密度記録媒体において電圧を印加するのは困難である。
【０００７】
本発明は、これら従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、無配線の磁気記録媒体に高密度で安定に磁化情報を記録再生する方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明者らは、金属探針と媒体の間に発生される電界により媒体の記録領域の磁化を制御し、かつ磁場もしくは熱により書き込みを補助する記録方法を開発した。記録媒体としては、強磁性金属／非磁性金属／強磁性金属の少なくとも３層薄膜構造を有する磁気記録媒体を用いる。この３層薄膜構造の外側に保護膜があってもよい。強磁性金属と非磁性金属の組み合わせにより、非磁性金属薄膜中に量子井戸準位が形成されることがあることはすでに知られている。この３層薄膜構造もしくは保護膜を含めた多層膜に、金属探針を近づける。金属探針をこの多層膜の表面から０〜１０ｎｍオーダの距離にまで近づけ、金属探針から電界を印加すると、多層膜表面のイメージポテンシャルを変調することが可能である。このイメージポテンシャルは、電子を多層膜中に閉じ込めており、このポテンシャルが変調されると電子の閉じ込め条件が変化する。その結果、多層膜中に形成されている量子準位のエネルギーが変化し、２層の強磁性金属間に働く交換相互作用の大きさが変化する。この交換相互作用の正負を反転させることにより、多層膜中の相対的な磁化方向を反転させることが可能である。
【０００９】
イメージポテンシャルが変調される領域の大きさは、探針と媒体表面との距離に依存するが、原子レベルまで微小化することが可能である。書き込みは、磁化反転が媒体の磁気異方性により安定化される磁化体積になるまで続けられるが、書き込み磁化方向と同じ方向で、書き込み領域外での磁化反転が起きない程度の弱い外部磁場を同時に印加することにより書き込み途中の磁化が安定化され、より安定な書き込みが可能である。また、電界と外部磁場を同時に印加することにより、書き込み電界の閾値を低減させることも可能である。この書き込み電界の閾値の低減は、書き込み領域を加熱し、加熱された媒体の保磁力を低減させることによっても可能である。すなわち、書き込み領域の磁化方向制御をアシストする手段として、外部アシスト磁場を用いることにより、書き込み時の磁化の安定化と書き込み電界の閾値の低減を図ることが可能であり、また、媒体を加熱する熱アシストを用いることにより、書き込み電界の閾値低減を図ることが可能である。
【００１０】
すなわち、本発明による磁化情報記録方法は、第１の強磁性金属層、第１の強磁性金属層の上に形成された非磁性金属層及び非磁性金属層の上に形成された第２の強磁性金属層を含む多層膜に対向させて金属探針を位置決めするステップと、多層膜と金属探針との間に電界を印加するとともに金属探針による多層膜の磁化方向制御をアシストするステップとを含み、金属探針が対向している多層膜の領域に印加電界に応じた磁化を形成して磁化情報を書き込むものである。金属探針による多層膜の磁化方向制御のアシストは、書き込み磁化方向に弱い磁場を印加することにより、あるいは書き込み領域を加熱することによって行われる。
【００１１】
また、本発明による磁気記録再生装置は、第１の強磁性金属層、第１の強磁性金属層の上に形成された非磁性金属層及び非磁性金属層の上に形成された第２の強磁性金属層を含む多層膜を備える磁気記録媒体と、磁気記録媒体に対向させて配置した金属探針と、金属探針と磁気記録媒体の間に電界を印加する電界印加手段と、金属探針による多層膜の磁化方向制御をアシストするアシスト手段とを備え、金属探針と磁気記録媒体との間の電界を変化させ、かつアシスト手段を作用させることにより、金属探針が対向している多層膜の領域に印加電界に応じた磁化を形成して磁化情報を書き込むものである。アシスト手段は、書き込み磁化方向に弱い磁場を印加する手段あるいは書き込み領域を加熱する手段からなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁気記録媒体に、電界による高密度、低消費電力、非接触の磁気記録を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同等の機能部分には同じ番号を付して説明する。
【００１４】
［実施例１］
図１は、本発明による磁気記録再生装置の一例の要部を示す概念図である。図は、磁気記録媒体７０と、これに対面して設けられる金属探針５及び磁極１２を示している。
磁気記録媒体７０は、基板１００上に順次積層して形成された強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４を備える多層膜４１より構成されている。この多層膜４１の保護膜４の面に対向して、１ｎｍオーダの極めて近い距離に金属探針５が配置される。金属探針５は、ハードディスク装置におけるスライダ機構と同様の機構によって保持されている。保護膜４と金属探針５との距離を制御するために、別途トンネル電流をフィードバック信号として用いても良く、また、原子間力顕微鏡における光てこ方式を用いてフィードバック信号を生成してもよい。また、距離制御用の探針を以下に述べる電界制御用金属探針５とは別に設けても良い。
【００１５】
多層膜４１を構成する強磁性金属層１，３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属又はＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＮｉなどの合金が使用できる。非磁性金属層２としては、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属が使用できる。保護膜４は例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いるが、保護膜４は無くてもよい。ちなみに本実施例では強磁性金属層１及び３としてＦｅ、非磁性金属層２としてＡｕ、保護膜４としてＡｕを用いた。
【００１６】
多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜中に閉じ込められており、量子井戸状態７〜１０を形成する。強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子は量子井戸状態８のように非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子は量子井戸状態７のように多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子はそのスピンの向きに依存して量子井戸状態９ないしは量子井戸状態１０のようにお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００１７】
これらの量子井戸を形成する電子の状態は、強磁性金属層１及び３の磁化の方向に依存するだけでなく、保護膜４の表面の状態に敏感に依存する。保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。
【００１８】
一方、保護膜４の表面と金属探針５との距離を所定値に維持した状態で、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようにしている。すなわち、スイッチ６３又は６２を選択的にオンとして電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると、保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化する。その結果、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、後述するように強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化するため、強磁性金属層１及び３の磁化が平行か反平行かで情報を記録することができる。ここで、金属探針と媒体との間の電界は、金属探針５の電圧だけでなく金属探針と媒体との距離にも依存するため、書き込み電圧Ｅ0又は−Ｅ0の大きさは、金属探針と媒体との距離にも依存するのは当然である。
【００１９】
多層膜４１に書き込まれた磁化情報の読み出しは、スイッチ６１をオンにし、電圧Ｅ（│Ｅ│≪│Ｅ0│）を印加し、金属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流を電流計６を用いて検出することで行うことができる。これは、強磁性金属層１及び３の磁化が平行か反平行かで、多層膜４１中に形成される量子井戸電子のエネルギー準位が変化するため、一定電圧Ｅのもとで測定されるトンネル電流が、磁化方向に依存して変化するからである。
【００２０】
図２は、強磁性金属層３としてＦｅ１２ＭＬ（ＭＬ：monolayer単原子層）、非磁性金属層２としてＡｕ６ＭＬ、強磁性金属層１として十分厚いＦｅ層、保護膜４として６ＭＬのＡｕとした場合の、表面におけるポテンシャル障壁の高さ（横軸）を金属探針により変化させた時の、強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用エネルギーＪの大きさ（縦軸）を計算したものである。Ｊが正の場合は、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向は反平行状態が安定であり、Ｊが負の場合は、平行状態が安定である。金属探針５により保護膜４の表面におけるポテンシャルを変形させることにより、強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用Ｊを正にも負にもすることが可能であり、このことは金属探針５により強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向を書き換えることが十分できることを示している。
【００２１】
ちなみに図３は、表面ポテンシャル障壁の高さをｘ軸、非磁性金属層２の膜厚をｙ軸にとった時、強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用エネルギーＪ（ｚ軸）を表したものである。強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用Ｊの大きさは、非磁性金属層２の膜厚に大きく依存することがわかる。またこのＪは、強磁性金属層１の膜厚にも依存する。
【００２２】
図２に示したＡｕ６ＭＬ／Ｆｅ１２ＭＬ／Ａｕ６ＭＬ／Ｆｅにおいて、ポテンシャル障壁高さが４．３ｅＶ付近で、強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用エネルギーＪがほぼ０となっている。表面のポテンシャル障壁高さは仕事関数に対応する。この系の場合、最表面のＡｕの仕事関数は〜５．５ｅＶであるので、図３から推察されるように、非磁性金属層２のＡｕ膜厚を例えば７ＭＬにすると強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用Ｊの大きさはほぼ０となる。図２の非磁性金属層２のＡｕ膜厚が例えば６ＭＬの場合でも、最表面にＣｓやＢａなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属を塗布して仕事関数を下げ、ポテンシャル障壁高さを４．３ｅＶに設定することにより、Ｊの大きさが０となるようにすることができる。この状態では、強磁性金属層１と３との間には磁気的な相互作用は生じない。
【００２３】
この時、金属探針５を多層膜表面に近づけ、さらに金属探針５と多層膜４１との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると、ポテンシャル障壁の高さの大小を変化させることができるため、強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用Ｊの正負を変えることができる。例えば、金属探針の電位を正にすると、ポテンシャル障壁の高さを実効的に低くすることができ、逆に金属探針の電位を負にすると、ポテンシャル障壁の高さを実効的に高くすることが可能である。
【００２４】
図２に示すように、ポテンシャル障壁が低くなると磁気的交換相互作用Ｊが正になる場合、金属探針の電位を正にすれば、前述したように強磁性層１及び３の磁化が反平行の状態が安定となり、金属探針の電位を負にすれば、強磁性層１及び３の磁化が平行の状態が安定となる。強磁性金属層３には磁気異方性による保磁力があるため、金属探針５を除いて強磁性金属層１と３との間に働く磁気的交換相互作用Ｊがほぼ０となっても、書き込まれた磁化体積が十分大きければ保磁力のため書き込まれた磁化方向は保持される。
【００２５】
ポテンシャル障壁が変調され書き込みが可能となる領域は、主に探針５と多層膜表面との距離に依存する。探針−表面間距離が数ｎｍで十分大きい場合、ポテンシャル障壁が変調される領域はｎｍ以下となる。この時、図４に示す書き込み領域１５の体積Ｖ0における磁化の異方性エネルギーＫuＶ0（Ｋuは磁気異方性定数）は磁化の安定性の目安である６０ｋBＴよりも小さい。この６０ｋBＴという値は１０年程度にわたり記録磁化が安定である目安であるため、書き込み初期の短い時間（ｎｓ〜μｓ）で磁化が安定であるためには２０〜３０ｋBＴ程度であればよい。金属探針５は、スキャン方向１４に従い、磁化が安定となる体積Ｖ（ＫuＶ＞６０ｋBＴ）になるまで書き込みを続けていくが、磁化Ｍを持つ書き込み領域ｖが磁化が安定となる体積Ｖより小さい書き込み初期に、コイル１３に通電して磁極１２からアシスト磁場Ｈ（１１）を書き込み磁化方向に印加する。アシスト磁場を印加する領域面積は、磁化が安定となる体積Ｖに対応する面積程度である。また、アシスト磁場印加のタイミングは、書き込み電界印加のタイミングと同時もしくはそれ以前であればよく、書き込み領域が磁化が安定となる体積Ｖとなった時点でアシスト磁場は切ってもよい。
【００２６】
このアシスト磁場Ｈを印加することで磁化領域の磁化エネルギーはＭｖＨだけより安定になり、ＫuＶ0＋ＭｖＨ＞ＡｋBＴとすることができる。ここでＡの値は２０〜３０程度でよい。図５はこの様子を示したものである。図中斜線で示した部分がアシスト磁場Ｈを印加したことによる安定化エネルギーを示している。アシスト磁場がない場合、書き込み初期の磁気異方性エネルギーＫuＶ0は熱ゆらぎに対する安定性の目安であるＡｋBＴよりも小さいため、書き込まれた磁化情報が失われてしまう。しかし、アシスト磁場Ｈを印加することにより、磁気異方性エネルギーＫuＶ0＋ＭｖＨは熱ゆらぎに対する安定性の目安であるＡｋBＴ程度になるため、書き込み磁化を安定に保持することが可能である。
【００２７】
図６は、磁場アシストがある場合とない場合の、電界による磁化書き込みの磁化のヒステリシスカーブを示す。磁場アシストがある場合（ヒステリシスカーブ１６）はない場合（ヒステリシスカーブ１７）に比べて、書き込み電圧の閾値を小さくすることが可能である。例えば、媒体の磁化反転に必要な磁場強度の半分のアシスト磁場を印加する場合、書き込み電圧の閾値は、アシスト磁場なしの場合（ヒステリシスカーブ１７）に比べて半分程度にすることができる。
【００２８】
図１に示した磁気記録再生装置は、１つの金属探針５を用いて磁化情報の書き込みと読み取りを切り替えて行うものである。しかし、磁化情報の書き込みと読み取りは必ずしも同じ金属探針で行う必要はない。また、磁化情報の読み取りは、金属探針と磁気記録媒体との間に流れるトンネル電流以外の方法で行うことも可能である。
【００２９】
図７は、書き込み用の金属探針５とは別に、トンネル電流による読み取り用の金属探針８０をスライダ４５に具備した例を示す。この場合、金属探針５は書き込みだけを行えばよく、トンネル電流検出用の電位Ｅは金属探針８０に印加し、そのトンネル電流変化から磁化方向を読み取ることができる。このように書き込み用の金属探針５と読み取り用の金属探針８０を別々に用意することにより、情報の書き込みと読み出しを同時に行うことができる。
【００３０】
図８は、磁化情報の読み取り用の素子としてＧＭＲないしはＴＭＲ等の磁気抵抗効果素子８１をスライダ４５に具備した例を示す。磁気抵抗効果素子８１は、２枚の磁気シールド８７，８８の間に挟まれた形で形成される。この場合も、金属探針５は書き込みだけを行えばよく、磁気記録媒体に書き込まれた磁化情報は磁気抵抗効果素子８１の抵抗変化から読み出される。
【００３１】
図９は、磁性探針８２を磁化読み取り手段としてスライダ４５に具備した例を示す。磁性探針８２はカンチレバー８３の先端に具備されている。磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Magnetic Force Microscopy）としてよく知られているように、媒体の磁化方向に応じて磁性探針に働く力が異なるため、カンチレバー８３の先端に設けた磁性探針８２の変位が媒体の磁化方向に応じて変化する。磁性探針８２の変位は光てこ方式により検出することができる。すなわち、半導体レーザ８４から出射し、カンチレバー８３の背面で反射したレーザ光８５を光検出器８６で検出し、その検出強度変化から媒体の磁化方向を読み取ることが可能である。
【００３２】
［実施例２］
図１０は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４を積層した多層膜４１を有する。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されている。金属探針５と多層膜４１との間には、電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。また、金属探針５の近くに磁極１２が設けられ、コイル１３に通電することによって磁極１２から金属探針５の先端領域に磁場を発生することができる構造を有する。
【００３３】
実施例１と同様に、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜中に閉じ込められており、量子井戸状態７〜１０を形成する。強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子は量子井戸状態８のように非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子は量子井戸状態７のように多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子はそのスピンの向きに依存して量子井戸状態９ないしは１０のようにお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００３４】
保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、スイッチ６３又は６２を閉じて多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を変化させて情報を書き込むことが可能である。本実施例では、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると共に、磁極１２からアシスト磁場１１を書き込み磁化方向に印加する。
【００３５】
本実施例においても、実施例１と同様に、アシスト磁場がない場合、書き込まれた磁化情報が失われてしまうのに対し、磁極１２、コイル１３により書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加することで、書き込み時の磁化方向を安定化させることができる。
【００３６】
［実施例３］
図１１は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、軟磁性層１９、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４を形成した多層膜４１を有する。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。また、反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されているが、反強磁性層１８はなくてもよい。金属探針５と多層膜４１との間には、電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。また、金属探針５の近くに磁極２０が設けられ、コイル２１に通電することによって、金属探針５側の磁極から強磁性金属層３、強磁性金属層１及び軟磁性層１９を通って他方の磁極に戻る経路に沿って磁場を発生することができる構造を有する。
【００３７】
実施例１と同様に、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜中に閉じ込められており、量子井戸状態７〜１０を形成する。実施例１の強磁性金属層の磁化方向が膜面に平行だったのに対し、本実施例では、強磁性金属層の磁化方向は膜面に垂直になっている。例えば、強磁性金属層１及び３／非磁性金属層２の組み合わせがＣｏ／Ｐｄ，Ｃｏ／Ｐｔ，Ｆｅ／Ｐｔの場合は、磁化方向が膜面に垂直方向となる。
【００３８】
強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子は量子井戸状態８のように非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子は量子井戸状態７のように多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子はそのスピンの向きに依存して量子井戸状態９ないしは１０のようにお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００３９】
保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、スイッチ６３又は６２を閉じて多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を変化させて情報を書きこむことが可能である。本実施例では、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると共に、磁極２０からアシスト磁場２２を書き込み磁化方向に印加する。
【００４０】
本実施例においても、実施例１と同様に、アシスト磁場がない場合、書き込まれた磁化情報が失われてしまうのに対し、磁極２０、コイル２１により書き込み磁化方向にアシスト磁場２２を印加することで、書き込み時の磁化方向を安定化させることができる。
【００４１】
［実施例４］
図１２は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４が形成されており、金属探針５と多層膜４１との間には電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されているが、反強磁性層１８はなくてもよい。また、金属探針５の近くに磁極１２が設けられ、コイル１３に通電することによって磁極１２から金属探針５の先端領域に磁場を発生することができる構造を有する。
【００４２】
レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去によるリソグラフィーにより、図１２に示すように、保護膜４、強磁性層３、非磁性金属層２はドット状にパターニングされており、柱状のナノピラー２５，２６が形成されている。図示の例では非磁性金属層２までパターニングしているが、非磁性金属層２は必ずしもパターニングされていなくてもよい。また、強磁性層１まで、あるいは反強磁性層１８の層までパターニングしてもよい。また、ナノピラーはさらに複数個あってもよく、各ピラーが情報の記憶単位となっている。
【００４３】
図１３に、このナノピラー媒体の一部の鳥瞰図を示す。また図１４に、他のナノピラーの形成例を示す。図１４（ａ）は反強磁性層１８の層までパターニングした例、図１４（ｂ）は強磁性層１の層までパターニングした例、図１４（ｃ）は保護膜４と強磁性層３をパターニングした例をそれぞれ示している。各ピラー間は、アルミナ等の絶縁体もしくはＳｉ等の半導体により間隙が埋められていても良い。
【００４４】
図１２あるいは図１４に示すように、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、ナノピラー２５，２６中に閉じ込められており、量子井戸状態７〜１０を形成する。強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子は量子井戸状態８のように非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子は量子井戸状態７のように多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子はそのスピンの向きに依存して量子井戸状態９ないしは１０のようにお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００４５】
保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、スイッチ６３又はスイッチ６２を閉じて多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を書きこむことが可能である。本実施例では、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると共に、磁極１２からアシスト磁場１１を書き込み磁化方向に印加する。
【００４６】
本実施例においても、実施例１と同様に、アシスト磁場がない場合、書き込まれた磁化情報が失われてしまうのに対し、磁極１２、コイル１３により書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加することで、書き込み時の磁化方向を安定化させることができる。
【００４７】
［実施例５］
図１５は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、軟磁性層１９、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４が形成されており、金属探針５と多層膜４１は電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されているが、反強磁性層１８はなくてもよい。また、金属探針５の近くに磁極２０が設けられ、コイル２１に通電することによって、金属探針５側の磁極から強磁性金属層３、強磁性金属層１及び軟磁性層１９を通って他方の磁極に戻る経路に沿って磁場を発生することができる構造を有する。
【００４８】
本実施例においては、実施例４と異なり、強磁性金属層１，３の磁化方向は、基板面に対して垂直である。レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去によるリソグラフィーにより、保護膜４、強磁性層３、非磁性金属層２はドット状にパターニングされており、柱状のナノピラー２５，２６が形成されている。図示の例では非磁性金属層２までパターニングしているが、非磁性金属層２は必ずしもパターニングされていなくてもよい。また、強磁性層１まで、あるいは反強磁性層１８の層までパターニングしてもよい。。また、ナノピラーはさらに複数個あってもよく、各ピラーが情報の記憶単位となっている。
【００４９】
図１６に、他のナノピラーの形成例を示す。図１６（ａ）は反強磁性層１８の層までパターニングした例、図１６（ｂ）は強磁性層１の層までパターニングした例、図１６（ｃ）及び図１６（ｄ）は保護膜４と強磁性層３をパターニングした例をそれぞれ示している。図１６（ｄ）は、保護膜４が非磁性金属層２と接触している。各ピラー間は、アルミナ等の絶縁体もしくはＳｉ等の半導体により間隙が埋められていても良い。
【００５０】
図１５あるいは図１６に示すように、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、ナノピラー２５，２６中に閉じ込められており、実施例３で述べたように量子井戸状態を形成し、強磁性金属層１及び３の磁化の方向の平行／反平行で量子井戸を形成する電子の状態が異なる。保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、スイッチ６３又は６２を閉じて多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を書きこむことが可能である。本実施例では、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加すると共に、磁極２０からアシスト磁場２２を書き込み磁化方向に印加する。
【００５１】
本実施例においても、アシスト磁場がない場合、書き込まれた磁化情報が失われてしまうのに対し、実施例３と同様に、磁極１２、コイル１３により書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加することで、書き込み時の磁化方向を安定化させることができる。
【００５２】
［実施例６］
図１７は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４が形成されており、金属探針５と多層膜４１との間には電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されている。また、レーザ光源３３を備え、多層膜４１の金属探針５が対向している領域にレーザ光３０を照射できる構造になっている。
【００５３】
実施例１と同様に、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜中に閉じ込められており、量子井戸状態を形成する。強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子の状態は非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子の状態は多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子の状態はそのスピンの向きに依存してお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００５４】
保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、スイッチ６３又は６２を閉じて多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を書きこむことが可能である。
【００５５】
この時、探針５の先端近傍にレーザ光源３３からレーザ光３０を照射し、探針５と多層膜４１との間にプラズモンを誘起する。探針５と多層膜４１との間に局所的に誘起されたプラズモンにより、探針５の先端近傍の強磁性記録層３が加熱されるため、強磁性記録層３の保持力が局所的に低下する。このため、図１８に示すように、レーザ光ありの場合（ヒステリシス３１）とレーザ光なしの場合（ヒステリシス３２）を比べるとわかるように、レーザ光３０を照射することで探針５に印加する書き込み電圧を低減させることが可能である。強磁性層１及び３の磁化方向は面に並行でも垂直でもよい。また、媒体は、図１４や図１６に示すようなナノピラーでもよい。
【００５６】
［実施例７］
図１９は、本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図である。
本実施例の磁気記録媒体７０は、基板１００上に、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３、保護膜４が形成されており、金属探針５と多層膜４１の間にはスイッチ６３又は６２を介して電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加できるようになっている。ここで保護膜４は例えばＡｕのような非磁性物質であるが、なくてもよい。反強磁性層１８により、強磁性層１の磁化方向は一方向に固定されている。また、金属探針５の近くに磁極１２が設けられ、コイル１３に通電することによって金属探針の先端領域に磁場を発生することができる構造を有する。更に、レーザ光源３３を備え、多層膜４１の金属探針５が対向している領域にレーザ光３０を照射できる構造になっている。
【００５７】
実施例１と同様に、多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜中に閉じ込められており、量子井戸状態を形成する。強磁性金属層１及び３の磁化の方向が平行な場合は、その磁化と平行な電子スピンを持つ電子の状態は非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められるのに対し、磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子の状態は多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、強磁性金属層１及び３の磁化の方向が反平行な場合は、電子の状態はそのスピンの向きに依存してお互いに異なる膜中に閉じ込められる。
【００５８】
保護膜４の表面に金属探針５を近づけると、保護膜４と金属探針５のイメージポテンシャルが重なりあい、量子井戸電子を閉じ込めている実効的なポテンシャルが変形する。この時さらに、多層膜４１と金属探針５との間に電圧Ｅ0又は−Ｅ0を印加する。保護膜４の表面における閉じ込めポテンシャルが変化すると、量子井戸電子を閉じ込める境界条件が変化するため、量子井戸電子のエネルギー準位が変化する。この量子井戸準位のエネルギーが変化することにより、強磁性金属層１及び３の相対的な磁化の方向が変化する。これにより、強磁性層３の磁化方向を変化させて情報を書き込むことが可能である。この時、磁極１２から書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加するとともに、探針５の先端近傍にレーザ光３０を照射し、探針５と多層膜４１との間にプラズモンを誘起する。アシスト磁場１１の印加により書き込み時の磁化方向を安定化させることができ、また、探針５と多層膜４１との間に局所的に誘起されたプラズモンにより、探針５の先端近傍の強磁性記録層３が加熱されるため、強磁性記録層３の保持力が局所的に低下し、探針５に印加する書き込み電圧を低減させることが可能である。
【００５９】
本実施例においても、実施例１と同様に、アシスト磁場１１がない場合、書き込まれた磁化情報が失われてしまうのに対し、磁極１２、コイル１３により書き込み磁化方向にアシスト磁場１１を印加することで、書き込み時の磁化方向を安定化させることができる。ここで、強磁性層１及び３の磁化方向は面に並行でも垂直でもよい。また、磁気記録媒体７０は図１４や図１６に示すようなナノピラー構造の媒体でもよい。
【００６０】
［実施例８］
図２０は、本発明による磁気記録再生装置の一例の全体構成を示す概略図である。前述の各実施例で説明した多層膜４１、例えば、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３及び保護膜４から成る多層膜４１を、円板状の記録媒体４２として形成する。アーム４３の先端部に設けられたスライダ４５の下部には、多層膜４１に対向して、金属探針５とアシスト磁場印加用の磁極が設けられている。アーム４３は回転支持軸４４の周りに回動可能であり、アーム制御用モータ１６３により位置制御される。円板状の記録媒体４２を、スピンドルモータ１６１により回転軸１６０を中心に回転させると、通常の磁気ディスク装置の場合と同様に、スライダ４５は媒体表面から所定の距離だけ浮上する。従って、金属探針５は多層膜４１にほぼ一定の距離をもって対向配置される。
【００６１】
円板状記録媒体４２の基板表面と金属探針５との間に電圧を付与することにより、多層膜４１と金属探針との間に電界を加えれば、実施例１〜７で説明したように、多層膜４１に付与電圧に対応した磁化方向のドメインとして情報を記録させることができる。さらに、記録磁化方向と同じ方向のアシスト磁場を印加することで、実施例１で述べたように安定な書き込みをすることができる。ここで、多層膜４１、回転軸１６０、及び絶縁支持台１６２上に支持されているスピンドルモータ１６１は導電性があり、かつ電気的に接続されており、スピンドルモータ１６１もしくは回転軸１６０と接続された信号線１７０により電圧印加、トンネル電流検出を行うことができる。回転軸１６０部分に信号線１７０を接続する場合は、スピンドルモータ１６１と回転軸１６０とは電気的に絶縁されていてもよい。
【００６２】
書き込みデータはデータ信号処理装置１６７から書き込み制御信号１７５として電圧印加装置１６４に出され、電圧印加装置１６４は探針電圧１７４を探針５と多層膜４１との間に印加する。磁化情報の読み出しは、金属探針５と円板状記録媒体４２との間に流れるトンネル電流の大小によって読み取ることが可能である。これは、実施例１で述べたように、二つの強磁性層の相対的な磁化方向が平行か、反平行かによって、生じる量子井戸状態が異なるため、その量子準位のエネルギーすなわち記録領域の状態密度が磁化方向の平行、反平行で異なるためである。この状態密度の違いを金属短針５と円板状記録媒体４２との間に流れるトンネル電流の変化により読み取ることで、磁化方向を検出することが可能である。トンネル電流を流すための手段及びこれを検出する手段については、例えば、図２０に示す様に、探針５と多層膜４１との間に電圧を印加し、これに応じて流れる電流を検出するものとすればよい。なお、磁化情報の検出には、実施例１で述べたように、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等による磁気抵抗変化や、磁性探針の変位を利用しても良い。
【００６３】
読み取りデータ信号１７６は、データ信号処理装置１６７で信号処理され、必要に応じて入出力される。また、電流増幅検出装置／サーボ信号生成装置１６５は、検出されたサーボパターンからサーボ信号１７１を生成し、アーム４３のトラック位置を制御する。
【００６４】
以上述べたように、多層膜４１に対して金属探針５の電位を、記録すべき信号に対応して制御し、トンネル電流等により書き込まれた磁化方向を検出すれば、一般の磁気ディスク装置と同様の磁気記録再生装置が実現できる。
【００６５】
［実施例９］
図２１は、本発明による磁気記録再生装置の他の例の全体構成を示す概略図である。円板状記録媒体４２は、図１２、図１３に示したように、反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３及び保護膜４から成る多数のナノピラー２５，２６で構成され、これらナノピラーが記録媒体の記憶単位を構成するナノピラー媒体である。ただし、円板状記録媒体４２を構成する多層膜４１として、前述の各実施例同様、反強磁性層１８を持たないものとしても良い。図２１中には、円板状記録媒体４２の一部領域４６を拡大した領域４７にナノピラー４８が回転中心４９の周りに同心円上に配置されている状態を模式的に示す。アーム４３の先端部に設けられたスライダ４５の下部には、多層膜４１に対向して、金属探針５とアシスト磁場印加用の磁極が設けられている。円板状記録媒体４２の回転駆動機構、アーム４３の回転駆動機構、信号処理回路等の構成は、図示しないが、図２０と同様である。
【００６６】
本実施例の磁気記録再生装置も、アーム４３の先端に取り付けられたスライダ４５による揚力で金属探針５は円板状記録媒体４２と一定の間隔を維持し、金属探針５は所望の位置のナノピラー４８に磁化を書き込むことが可能である。一方、金属探針５によりナノピラー４８に書き込んだ磁化は、実施例８と同様に、トンネル電流の変化や磁気抵抗効果素子により読み取ることが可能である。
【００６７】
図２２は、トラック位置１５３に対してわずかずつずれたサーボ用ナノピラーパターン１５２におけるサーボ信号強度のトラック位置依存性を示している。サーボ信号は、金属探針５とナノピラー２８との間に流れるトンネル電流や磁気抵抗効果素子による抵抗変化を用いて発生することができる。このようなサーボ信号強度のトラック位置依存性を用いて、トラック位置制御をすることが可能である。
【００６８】
なお、ナノピラー媒体として、図１２にて説明した媒体以外に、図１４、図１５、図１６に示した媒体を用いることもできる。
【００６９】
［実施例１０］
図２３は、本発明による磁気記録再生装置の別の例の全体構成を示す概略図である。
本実施例の磁気記録再生装置は、実施例２で述べた反強磁性層１８、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３及び保護膜４から成る多層膜４１を用いた記録媒体５０と、ＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）装置やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）装置で一般に行なわれているトンネル電流もしくは光てこ方式を用いたフィードバック制御により金属探針５の位置制御機構を用いて構成した磁気記録装置である。記録媒体５０は実施例４〜５で述べたナノピラーから成る記憶単位から構成されていてもよい。また、反強磁性層１８を持たなくても良い。
【００７０】
記録媒体５０は固定されている。記録媒体５０の多層膜を形成した面には基板５１が対向して設けられる。基板５１には板バネ５３がＸ，Ｙ方向にそれぞれ複数個設けられている。それぞれの板バネ５３の先端部には図１もしくは図１１に示したような金属探針５及び磁極が設けられている。基板５１は、可動機構５２により記録媒体５０の平面（Ｘ−Ｙ方向）内及びその垂直（Ｚ）方向に移動することができる。基板５１を記録媒体５０に対して相対的に移動する範囲は、最大、Ｘ方向、Ｙ方向の金属探針５が、隣の金属探針５がデータの書き込みあるいは読み出しをする記憶領域５４の前までである。図２４には、一個の金属探針の走査する記憶領域５４を１つの升目によって示している。
【００７１】
制御線５５により、記憶媒体５０と選択された所望の金属探針５との間に電界を記録すべき信号に応じて選択的に印加し、かつ書き込み磁化方向にアシスト磁場を印加することにより、記憶媒体５０に、記録信号に応じた方向の磁化を安定に書き込むことができる。記憶媒体５０に書き込まれた磁化の方向は、実施例８で述べたようにトンネル電流の大小により読み取ることができる。
【００７２】
このように記録媒体５０の記録領域を分割し、複数の金属探針がそれぞれの記録領域を分担することによって記録媒体への記録・再生を行う。入力信号がシリアル信号の場合には、既存のシリアル・パラレル変換回路によってシリアル信号をパラレル信号に変換し、複数の金属探針によって同時に書き込みを行う。複数の金属探針が再生した信号はパラレル・シリアル変換器によってシリアル信号に変換されて、後段の信号処理回路に伝達される。金属探針５と記録媒体５０の多層膜との間の距離の制御については、例えば、特開平１１−７３９０６号公報の実施例ＶＩ，ＶＩＩに例示されるように、光てこ式のＡＦＭに用いられる機構を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による磁気記録再生装置の一例の要部を示す概念図。
【図２】表面ポテンシャル障壁高さの関数としての磁気的交換相互作用エネルギーの計算例を示す図。
【図３】表面ポテンシャル障壁高さ（ｘ）及び非磁性層の膜厚（ｙ）の関数としての磁気的交換相互作用エネルギー（ｚ）の計算例を示す図。
【図４】磁化反転領域とアシスト磁場を示す概念図。
【図５】アシスト磁場による磁気エネルギーの安定化を示す概念図。
【図６】アシスト磁場による書き込み電圧の低減を示す概念図。
【図７】スライダの構成例を示す概念図。
【図８】スライダの構成例を示す概念図。
【図９】スライダの構成例を示す概念図。
【図１０】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図１１】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図１２】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図１３】ナノピラー媒体の一部の鳥瞰図。
【図１４】他のナノピラーの形成例を示す図。
【図１５】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図１６】他のナノピラーの形成例を示す図。
【図１７】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図１８】レーザ光照射による書き込み電圧の低減を示す概念図。
【図１９】本発明による磁気記録再生装置の他の実施例の要部を示す概念図。
【図２０】本発明による磁気記録再生装置の一例の全体構成を示す概略図。
【図２１】本発明による磁気記録再生装置の他の例の全体構成を示す概略図。
【図２２】回転記録媒体のサーボパターンを示す図。
【図２３】本発明による磁気記録再生装置の別の例の全体構成を示す概略図。
【図２４】各探針の走査する領域を示す図。
【符号の説明】
【００７４】
１…強磁性金属層、２…非磁性金属層、３…強磁性金属層、４…保護膜、５…金属探針、６…電流計、７〜１０…量子井戸状態、１１…アシスト磁場、１２…磁極、１３…コイル、１５…書き込み領域、１８…反強磁性層、１９…軟磁性層、２０…磁極、２１…コイル、２２…アシスト磁場、２５，２６…ナノピラー、３０…レーザ光、３３…レーザ光源、４１…多層膜、４２…円板状記録媒体、４３…アーム、４４…アーム回転軸、４５…スライダ、４８…ナノピラー、４９…媒体回転軸、５０…記録媒体、５１…基板、５２…可動機構、５３…板バネ、５４…記憶領域、５５…制御線、６１，６２，６３…スイッチ、７０…磁気記録媒体、８０…検出用金属探針、８１…磁気抵抗素子、８２…磁性探針、８３…カンチレバー、８４…半導体レーザ、８５…レーザ光、８６…光検出素子、８７、８８…磁気シールド、１００…基板、１５２…サーボ用ナノピラー、１６０…回転軸、１６１…スピンドルモータ、１６２…絶縁支持台、１６３…アーム制御用モータ、１６４…電圧印加装置、１６５…電流増幅検出／サーボ信号生成装置、１６６…レーザ制御装置、１６７…データ信号処理装置、１７０…信号電流、１７１…サーボ信号、１７２…レーザ制御参照信号、１７３…レーザ制御信号、１７４…探針電圧、１７５…書き込み制御信号、１７６…読み取りデータ信号
【図１】
2006065927.tif 000003
【図２】
2006065927.tif 000004
【図３】
2006065927.tif 000005
【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】
2006065927.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006065927.tif 000012
【図１１】
2006065927.tif 000013
【図１２】
2006065927.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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