(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキルミオンの生成及び消去が可能な薄層状の磁性体と、
薄層状の前記磁性体の二次元平面の端部を囲む非磁性体と、
前記磁性体の第１面に対向して、前記磁性体の前記第１面に第１磁場を印加可能である薄層状の磁場発生部と
を備え、
薄層状の前記磁性体の平面の大きさが、幅をＷｍ、高さをｈｍとすると、薄層状の前記磁性体に生成するスキルミオンの直径λに対し、
２λ＞Ｗｍ＞０．５・λ、かつ、
２λ＞ｈｍ＞０．５・λ
となるサイズを有する記憶媒体。
【請求項２】
前記磁場発生部は、
前記第１磁場を前記磁性体に印加して前記磁性体を強磁性状態にする、
請求項１に記載の記憶媒体。
【請求項３】
前記磁性体は、カイラル磁性体、ダイポール磁性体、フラストレート磁性体、または、磁性材料と非磁性材料からなる積層構造のいずれかからなる、請求項１または２に記載の記憶媒体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の記憶媒体と、
磁気ヘッドと
を備え、
前記磁気ヘッドは、
薄層状の前記磁性体の前記第１面とは反対の面である第２面に対向して、前記第２面に第２磁場を印加可能であるコイル部を含み、
前記コイル部にパルス電流を流すことができる電流回路と、
前記磁気ヘッドを移動することができる駆動部と
を有する、
記録装置。
【請求項５】
前記第２磁場を、薄層状の前記磁性体の端部を含む予め定められた端部領域Ａに印加する、請求項４に記載の記録装置。
【請求項６】
前記コイル部が薄層状の前記磁性体の前記第２面に前記第２磁場を印加する磁場印加領域Ｂは、前記磁性体の前記第２面の端部領域Ａを含み、
前記端部領域Ａの幅をＷａとし、高さをｈａとし、前記磁性体の幅をＷｍすると、
Ｗａ＝Ｗｍ、かつ、λ≧ｈａ＞０．２５・λ
であり、
前記磁気ヘッドを移動することにより、前記磁性体に印加する前記磁場印加領域を任意に設定可能である、
請求項４または５に記載の記録装置。
【請求項７】
前記コイル部が発生する第２磁場は、前記第１磁場とは略逆方向に向かう前記第２磁場を前記第１磁場の強度より弱く前記磁性体に印加することにより、スキルミオンを生成する、
請求項４から６のいずれか一項に記載の記録装置。
【請求項８】
前記コイル部が薄層状の前記磁性体の前記第２面に前記第２磁場を印加する磁場印加領域Ｂは、前記磁性体の前記第２面の端部領域Ａを含み、
前記端部領域Ａの幅をＷａとし、高さをｈａとし、前記磁性体の幅をＷｍすると、
Ｗａ＝Ｗｍ、かつ、λ≧ｈａ≧０．６・λ
であり、
前記磁気ヘッドを移動することにより、前記磁性体に印加する前記磁場印加領域を任意に設定可能である、
請求項４から７のいずれか一項に記載の記録装置。
【請求項９】
前記コイル部が、前記第１磁場の強度より弱く、前記第１磁場と略順方向に向かう第２磁場を前記磁性体に印加することにより、
生成した前記スキルミオンを消去する、
請求項８に記載の記録装置。
【請求項１０】
複数の前記磁性体を離間して平面状に備え、
複数の前記磁性体において、隣接する前記磁性体の間の最短距離をＤｙとすると、前記コイル部が薄層状の前記磁性体の前記第２面に前記第２磁場を印加する磁場印加領域Ｂの高さｈｂは、
２Ｄｙ＋２．５・λ＞ｈｂ＞０．２５・λ
を満たし、
隣接する前記磁性体の間の最短距離をＤｘとすると、前記磁場印加領域Ｂの幅Ｗｂは、
２Ｄｘ＋２．５・λ＞Ｗｂ＞０．２５・λ
を満たし、
前記コイル部が、前記第１磁場とは略逆方向に向かう前記第２磁場を前記第１磁場の強度より弱く前記磁性体に印加することにより、前記磁性体にスキルミオンを生成する、
請求項４から９のいずれか一項に記載の記録装置。
【請求項１１】
複数の前記磁性体を離間して平面状に備え、
複数の前記磁性体において、隣接する前記磁性体の間の最短距離をＤｙとすると、前記コイル部が薄層状の前記磁性体の前記第２面に前記第２磁場を印加する磁場印加領域Ｂの高さｈbは、
２Ｄｙ＋３．２・λ＞ｈｂ＞０．６・λ
を満たし、
隣接する前記磁性体の間の最短距離をＤｘとすると、前記磁場印加領域Ｂの幅Ｗbは、
２Ｄｘ＋３．２・λ＞Ｗｂ＞０．６・λ
を満たし、
前記コイル部が、前記第１磁場とは略逆方向に向かう前記第２磁場を前記第１磁場の強度より弱く前記磁性体に印加することにより、前記磁性体にスキルミオンを消去する、
請求項４から１０のいずれか一項に記載の記録装置。
【請求項１２】
請求項４から１１の何れか一項に記載の記録装置を搭載したデータ処理装置。
【請求項１３】
請求項４から１１のいずれか一項に記載の記録装置を搭載したデータ記録装置。
【請求項１４】
請求項４から１１の何れか一項に記載の記録装置を搭載した通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキルミオンを生成可能な薄層状の磁性体記憶媒体を用いた記憶媒体、当該記憶媒体を用いた記録装置、および当該記録装置を搭載したデータ処理装置、データ記録装置および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の磁気モーメントをデジタル情報として利用する磁気素子が知られている。当該磁気素子は、情報保持時に電力を要さない不揮発性メモリの要素として機能するナノスケールの磁気構造を有する。当該磁気構造は、ナノスケールの磁気構造による超高密度性等の利点から大容量情報記憶媒体としての応用が期待され、エレクトロニクスデバイスのメモリデバイスとして、その重要度が増している。【０００３】
大容量記録装置としてのハードディスクに対する記憶量の要求もとどまるところを知らない。数百ギガから数テラビットまでと、ハードディスクその記憶容量は増加の一途である。現在、ハードディスクの記憶ビットを担う磁気ドメインのサイズは数１００ｎｍレベルまで微小化しつつある。【０００４】
こうした状況下で、本願の発明者らは、外部磁場のもとでカイラル磁性体にスキルミオン磁気構造をもつ材料を見出し、この磁気構造体を用いた記憶媒体を提案した（特許文献１）。【０００５】
スキルミオンは、中心部に印加した磁場に対して反平行の磁気モーメントを有し、周辺部においては印加した磁場に対して平行な磁気モーメントを有する、渦巻状の磁気構造を備えている。【０００６】
スキルミオンは、直径が１〜１００ｎｍのナノスケールサイズの磁気構造を有する。それゆえ、膨大なビット情報を極細密化して記憶できる大容量記憶媒体として応用することが期待されている。また、スキルミオンは、磁場により生成、消去の可能性をもつ磁気構造体でもある。【０００７】
こうした特徴から、スキルミオン記憶媒体は、要求される記憶容量が増加の一途をたどるデータ記憶媒体およびデータ記録装置の性能限界にブレークスルーを与える技術の根幹を担うものとして期待されている。【０００８】
ハードディスクの記憶媒体の高密度化に対する要求から、磁気情報を記録する磁性体ドットが非磁性体によって区分けされた磁性体ドットを用いる、ビットパターンドメディア技術が提案されている（特許文献２）。ビットパターンドメディア技術を用いると高価なホトリソグラフィ装置を用いることなく、低コストの製造方法で非磁性体によって区分けされた磁性体ドットが数１０ｎｍのピッチで形成可能になる。【０００９】
図１３は、ビットパターンメディア技術を使って作製した、磁性体ドットパターン６１２を有するハードディスク６００の一部を示す図である。１つの磁性体ドットパターン６１２が二値の磁気情報を記憶する単位である。非磁性体は、軟磁性体６０４上において、磁性体ドットパターン６１２を囲む。なお、図１３において、非磁性体の形状、および、非磁性体と磁性体ドットパターンとの境界については、図１３において明示していない。ハードディスク６００は、一定のピッチの磁性体ドットパターン６１２を有する。磁性体ドットパターン６１２は、ディスク上の記録トラック６０２を構成する。【００１０】
各磁性体ドットパターン６１２は、なるべく低磁界で磁性体ドットパターンの磁気モーメントの向きを所望の向きに制御することが望まれる。また、一旦磁気モーメントの向きが定まったら、外乱に対して磁気モーメントの向きが保持できる特性が必要である。この目的の為に、磁性体ドットパターン６１２は、上部軟磁性体６１６と下部硬磁性体６１４との積層構造を有し、かつ、非磁性体がその周囲を囲む構造とする。【００１１】
上部軟磁性体６１６においては、磁気ヘッドから発生する磁界に容易に応答して、その磁気モーメントは揃う。これに伴い、下部硬磁性体６１４の磁気モーメントは、上部軟磁性体６１６と下部硬磁性体６１４との界面での磁気交換相互作用により、上部軟磁性体６１６の磁気モーメントの方向に向く。下部硬磁性体６１４の磁気モーメントは、外部の熱ゆらぎには簡単には応答しない安定性を保持できる程度の体積を有する。それゆえ、磁性体ドットパターン６１２は、磁気モーメントを保持する。このようにして大規模化要求を満たす記憶媒体を実現する。【００１２】
しかし、記録密度向上のために、相互に隣接する記録トラック６０２間のピッチは狭くなる傾向にある。その結果、書き込みヘッドの記録磁界の漏れ磁界が、書き込み対象の記録トラック６０２‐１に隣接する他の記録トラック６０２‐２のデータを消去するというサイドイレーズ（ｓｉｄｅ  ｅｒａｓｅ）の問題が生じる。積層構造の磁性体ドットは上部軟磁性体６１６を有するので、比較的容易に小さい記録磁界で磁化が反転する。それゆえ、書き込み対象の記録トラック６０２‐１に隣接する他の記録トラック６０２‐２の磁性体ドットパターン６１２の磁気情報が消失する問題が生じ得る。さらに、磁性体ドットパターン６１２を記録トラック６０２のトラック方向にも微細化するに従い、トラック方向においてもサイドイレーズが発生する問題がある。【００１３】
また、磁性体ドットパターン６１２のサイズを小さくして記録密度を向上させる要求に従い、下部硬磁性体６１４の体積も小さくなる傾向にある。下部硬磁性体６１４の磁気モーメントを保持するエネルギーは、自身の体積に比例した磁気モーメントの保持力しかない。磁性体ドットパターン６１２の体積を減少させていくと、下部硬磁性体６１４の磁気モーメントはやがて熱揺らぎに抗することができなくなる。これにより、磁気モーメントが反転してしまう不良も発生する。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１４−０８６４７０
［特許文献２］特開２０１３−１９６７４７
［非特許文献］
[非特許文献１]永長  直人、十倉  好紀、"Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｋｙｒｍｉｏｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、英国、Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ、２０１３年１２月４日、Ｖｏｌ．８、ｐ８９９−９１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
磁気記憶媒体であるハードディスク６００において、磁性体ドットパターン６１２は高密度化することが要求されている。そこで、高密度化した磁性体ドットパターン６１２を有するハードディスク６００において、サイドイレーズを防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様においては、スキルミオンの生成及び消去が可能な薄層状の磁性体と、薄層状の磁性体を囲む非磁性体と、磁性体の第１面に対向して、磁性体の第１面に第１磁場を印加可能である磁場発生部とを備え、薄層状の磁性体の平面の大きさが、幅をＷｍ、高さをｈｍとすると、薄層状の磁性体に生成するスキルミオンの直径λに対し、２λ＞Ｗｍ＞０．５・λ、かつ、２λ＞ｈｍ＞０．５・λとなるサイズを有する、記憶媒体を提供する。【００１６】
また、本発明の第２の態様においては、記憶媒体と、磁気ヘッドとを備え、磁気ヘッドは、薄層状の磁性体の第１面とは反対の面である第２面に対向して、第２面に第２磁場を印加可能であるコイル部を含み、コイル部にパルス電流を流すことができる電流回路と、磁気ヘッドを移動することができる駆動部とを有する、記録装置を提供する。【００１７】
また、本発明の第３の態様においては、記録装置を搭載したデータ処理装置を提供する。【００１８】
また、本発明の第４の態様においては、記録装置を搭載したデータ記録装置を提供する。【００１９】
また、本発明の第５の態様においては、記録装置を搭載した通信装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】磁性体３２中の磁気モーメントのナノスケール磁気構造体であるスキルミオン４０の一例を示す模式図である。
【図２】ヘリシテイγが異なるスキルミオン４０を示す図である。
【図３】磁気ディスク１０および磁気ヘッド２０を備えるスキルミオン４０の記録装置１００を示す模式図である。
【図４】スキルミオン４０の生成のシミュレーション条件である、カイラル磁性体の磁気相図を示す図である。
【図５】スキルミオン４０の生成のシミュレーション条件である、磁性体３２の端部領域Ａの磁場強度Ｈａの時間依存性を示す図である。
【図６】スキルミオン４０の生成のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】複数の磁性体３２のドットと磁場印加領域Ｂとの関係を示す模式図である。
【図８】スキルミオン４０の消去のシミュレーション条件である、カイラル磁性体の磁気相図および磁性体３２の端部領域Ａでの磁場強度Ｈａの時間依存性を示す図である。
【図９】スキルミオン４０の消去のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】データ処理装置３００を示す模式図である。
【図１１】データ記録装置４００を示す模式図である。
【図１２】通信装置５００の構成例を示す模式図である。
【図１３】ビットパターンメディア技術を使って作製した、磁性体ドットパターン６１２を有するハードディスク６００の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明している特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２２】
スキルミオンを生成できる磁性体の一例としてカイラル磁性体がある。カイラル磁性体は、外部磁場の印加がない場合の磁気モーメント配置が、磁気モーメントの進行方向に対して螺旋上に回転する磁気秩序相を伴う磁性体である。外部磁場を印加することにより、カイラル磁性体はスキルミオンが存在する状態を経て強磁性相となる。
【００２３】
図１は、磁性体３２中のナノスケール磁気構造体であるスキルミオン４０の一例を示す模式図である。図１において、各矢印は、スキルミオン４０における磁気モーメントの向きを示す。ｘ軸およびｙ軸は互いに直交する軸であり、ｚ軸はｘｙ平面に直交する軸である。
【００２４】
磁性体３２は、ｘ‐ｙ平面に平行な平面を有する。磁性体３２の当該平面上に配置されたあらゆる向きを向く磁気モーメントは、スキルミオン４０を構成する。本例では、磁性体３２に印加する磁場の向きはプラスｚ方向である。この場合に、本例のスキルミオン４０の最外周の磁気モーメントは、プラスｚ方向に向く。
【００２５】
スキルミオン４０において磁気モーメントは最外周から内側へ向けて渦巻状に回転していくように配置される。さらに磁気モーメントの向きは、当該渦巻き状の回転に伴い徐々にプラスｚ方向からマイナスｚ方向へ向きを変える。
【００２６】
スキルミオン４０は中心から最外周の間において、磁気モーメントの向きが連続的にねじれる。つまり、スキルミオン４０は、磁気モーメントの渦巻き構造を有するナノスケール磁気構造体である。スキルミオン４０が存在する磁性体３２が薄い板状固体材料の場合、スキルミオン４０を構成する磁気モーメントはその厚さ方向では同じ向きである。すなわち板の深さ方向（ｚ方向）には表面から裏面まで同じ向きの磁気モーメントからなる。スキルミオン４０の直径λとは、スキルミオン４０の最外周の直径を指す。本例において最外周とは、図１に示した外部磁場と同一の方向を向く磁気モーメントの円周を指す。
【００２７】
スキルミオン数Ｎｓｋは、渦巻き構造を有するナノスケール磁気構造体であるスキルミオン４０を特徴づける。スキルミオン数は、以下の［数１］及び［数２］で表現することができる。［数２］において、磁気モーメントとｚ軸との極角Θ（ｒ）はスキルミオン４０の中心からの距離ｒの連続関数である。極角Θ（ｒ）は、ｒを０から∞まで変化させたとき、πからゼロまでまたはゼロからπまで変化する。
【００２８】
［数１］
0006450390.tif 000002
【００２９】
［数２］
0006450390.tif 000003
【００３０】
［数１］において、ｎ（ｒ）は、位置ｒにおけるスキルミオン４０の磁気モーメントである。［数２］において、ｍはボルテシテイ、γはヘリシテイである。［数１］および［数２］から、Θ（ｒ）がｒをから∞まで変化させ、πからゼロまで変化するときＮｓｋ＝−ｍとなる。
【００３１】
図２は、ヘリシテイγが異なるスキルミオン４０を示す模式図である。特に、スキルミオン数Ｎｓｋ＝−１の場合の一例を図２に示す。図２（Ｅ）は、磁気モーメントｎの座標のとりかた（右手系）を示す。なお、右手系であるので、ｎｘ軸およびｎｙ軸に対してｎｚ軸は、紙面の裏から手前の向きに取る。図２（Ａ）から図２（Ｅ）において、濃淡は磁気モーメントの向きを示す。
【００３２】
図２（Ｅ）における円周上の濃淡で示す磁気モーメントは、ｎｘ−ｎｙ平面上の向きを有する。これに対して、図２（Ｅ）における円中心の最も薄い濃淡（白）で示す磁気モーメントは、紙面の裏から手前の向きを有する。円周から中心までの間の各位置の濃淡で示す磁気モーメントのｎｚ軸に対する角度は、中心からの距離に応じてπからゼロととる。図２（Ａ）から図２（Ｄ）における各磁気モーメントの向きは、図２（Ｅ）において同一の濃淡で示す。なお、図２（Ａ）から図２（Ｄ）におけるスキルミオン４０の中心のように、最も濃い濃淡（黒）で示す磁気モーメントは、紙面手前から紙面の裏への向きを有する。図２（Ａ）から図２（Ｄ）における各矢印は、磁気構造体の中心から所定の距離における磁気モーメントを示す。図２（Ａ）から図２（Ｄ）に示す磁気構造体は、スキルミオン４０と定義できる状態にある。
【００３３】
図２（Ａ）（γ＝０）において、スキルミオン４０の中心から所定の距離における濃淡は、図２（Ｅ）の円周上の濃淡と一致している。このため、図２（Ａ）において矢印で示した磁気モーメントの向きは、中心から外側に放射状に向いている。図２（Ａ）（γ＝０）の各磁気モーメントに対して、図２（Ｂ）（γ＝π）の各磁気モーメントの向きは、図２（Ａ）の各磁気モーメントを１８０°回転した向きである。図２（Ａ）（γ＝０）の各磁気モーメントに対して、図２（Ｃ）（γ＝−π／２）の各磁気モーメントの向きは、図２（Ａ）の各磁気モーメントを−９０度（右回りに９０度）回転した向きである。
【００３４】
図２（Ａ）（γ＝０）の各磁気モーメントに対して、図２（Ｄ）（γ＝π／２）の各磁気モーメントの向きは、図２（Ａ）の各磁気モーメントを９０度（左回りに９０度）回転した向きである。なお、図２（Ｄ）に示すヘリシテイγ＝π／２のスキルミオンが、図１のスキルミオン４０に相当する。
【００３５】
図２（Ａ）〜（Ｄ）に図示した４例の磁気構造は異なるように見えるが、トポロジー的には同一の磁気構造体である。図２（Ａ）〜（Ｄ）の構造を有するスキルミオンは、一度生成すると安定して存在し、外部磁場を印加した磁性体３２中で情報伝達を担うキャリアとして働く。
【００３６】
図３は、磁気ディスク１０および磁気ヘッド２０を備えるスキルミオン４０の記録装置１００を示す模式図である。スキルミオン４０の記憶媒体としての磁気ディスク１０は、スキルミオン４０が生成および消去が可能な薄層状の磁性体３２を有する。磁性体３２の周囲には、薄層状の磁性体３２を囲む非磁性体を設ける。なお、非磁性体の形状、および、非磁性体と磁性体３２との境界については、図３において明示していない。非磁性体は、磁性体３２の二次元平面である第１面３４と第２面３６との間の端部を少なくとも囲む。非磁性体は、磁性体３２の端部に加えて、第１面３４および／または第２面３６に接してさらに設けられてもよい。
【００３７】
薄層状の磁性体３２は、ｚ方向の長さに対して相対的に大きく、ｘ‐ｙ方向に広がった矩形形状の平面を有する。磁性体３２は、マイナスｚ方向の表面である第１面３４と、プラスｚ方向の表面である第２面３６とを有する。なお、本明細書において、磁性体３２のｚ方向における長さを磁性体３２の厚みと称する。磁性体３２は、スキルミオン４０の直径λの１０倍以下程度の厚みを有してよい。磁性体３２は、厚さが５００ｎｍ以下である薄層状の磁性体材料であってよい。
【００３８】
また、本明細書において、磁性体３２のｘ方向における長さを磁性体３２の幅と称し、磁性体３２のｙ方向における長さを磁性体３２の高さと称する。薄層状の磁性体３２の幅をＷｍとし、高さをｈｍとする。本例では、磁性体３２のｘ‐ｙ平面における大きさは、生成するスキルミオン４０の直径λに対し、幅：２λ＞Ｗｍ＞０．５・λ、かつ、高さ：２λ＞ｈｍ＞０．５・λとなるサイズを有する。上記の幅および高さの数値範囲は、単一のスキルミオン４０を薄層状の磁性体３２に生成するために最適化した数値範囲である。
【００３９】
記録装置１００において、複数個の薄層状の磁性体３２を、同一平面上に配置する。図３においては、１つのトラックにおける２つの磁性体３２だけを図示している。しかしながら、実際の磁気ディスク１０は、複数のトラックを有し、各トラックは複数の磁性体３２を有する。
【００４０】
薄層状の磁性体３２は、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）またはスパッター等の技術を用いて形成してよい。本明細書の例において、磁性体３２はカイラル磁性体である。磁性体３２は、ＦｅＧｅまたはＭｎＳｉ等により形成してよい。また、磁性体３２は、カイラル磁性体、ダイポール磁性体、フラストレート磁性体、または、磁性材料と非磁性材料からなる積層構造のいずれかからなるものであってよい。
【００４１】
磁気ディスク１０は、薄層状の磁場発生部５０を有する。薄層状の磁場発生部５０は、磁性体３２の第１面３４に対向する。薄層状の磁場発生部５０は、磁性体３２の第１面３４に対して第１磁場を印加する。当該第１磁場は、例えば磁性体３２を強磁性状態とする磁場強度を有する、プラスｚ方向の磁場である。磁場発生部５０は、ヘキサフェライト、ＧＧＧ（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＹＩＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｉｒｏｎ  Ｇａｒｎｅｔ）、または、希土類磁石などの強磁性体であってよい。なお、本例においては１つの薄層状の磁場発生部５０を用いるが、これに限らず、複数の磁場発生部５０を用いることもできる。
【００４２】
磁気ディスク１０は、磁場発生部５０と複数の磁性体３２とを有する。磁場発生部５０は、磁性体３２の磁気モーメントの向きを同一方向に決定づける。磁場発生部５０が磁性体３２に対して定常的に磁場を印加する点は、現在既知である軟磁性体および強磁性体からなる積層構造の磁性体ドットパターンを用いたハードディスクメモリ（特許文献２）と異なる点である。
【００４３】
また、現在既知であるハードディスクメモリ（特許文献２）においては、磁性体ドットパターンは自らの保持力のみで磁気モーメントを保持しなくてはならない。磁性体ドットパターンの保持力は、磁性体ドットの体積に比例する。つまり、磁性体ドットの体積が大きいほど保持力も大きいが、体積が小さいほど保持力も小さくなる。つまり、磁性体ドットは、体積が小さいほど磁気モーメントの情報を消失しやすい。
【００４４】
これに対し、本例の磁気ディスク１０の場合、磁性体３２は一様に向きが同一の磁気モーメントを有する。さらに磁性体３２は、磁性体３２の一部の空間にのみトポロジー的効果に起因する螺旋構造の磁気モーメントであるスキルミオン４０を有する。スキルミオン４０の磁気モーメントは、トポロジー的に安定である。またスキルミオン４０は、磁性体３２中に磁性不純物があっても安定して存在できる。すなわち、スキルミオン４０は、外部からの磁界の擾乱を受けても、安定に存在できる。磁性体３２はスキルミオン４０を有する程度の大きさは必要であるが、磁性体３２中にスキルミオン４０を一旦生成すると、スキルミオン４０は安定して磁性体３２中において保持することができる。つまり、一定サイズの磁性体３２において、磁気モーメントの情報が意図せずに消失することは無い。すなわち、従来方式は磁気モーメントの正負の向きを記憶情報として用いるが、本例の磁気ディスク１０の場合は記憶媒体としての磁性体３２の磁気モーメントの向きの基本構造は磁場発生部５０により固定であるので原理的にサイドイレーズは発生しない。生成したスキルミオン４０は上にみたように一度生成すると、隣接した磁性体３２からの磁界による影響からも安定して存在できる。
【００４５】
これにより、従来方式のサイドイレーズに弱い磁気媒体の欠点を一掃し、磁気情報を安定して保持することができる。磁性体３２のサイズは、ほぼスキルミオン４０のサイズ程度であるとよい。スキルミオン４０のサイズが１０ｎｍ程度以下の小さい磁性体ドットであっても、スキルミオン４０を磁性体３２中において安定に保持することができる。スキルミオン４０を発生させることができれば、磁性体３２のサイズはいくら小さくても良い。
【００４６】
本件は、従来技術の延長と一線を画す画期的な発明である。従来の磁気媒体の場合は、微少サイズになればなるほど、磁性体ドットパターン自身の磁気モーメントの保持力は弱まる。また、従来の磁気媒体において、磁性体ドットパターンのサイズを微少化すると、サイドイレーズ効果により記憶情報を担っている磁気モーメントの向きを不安定化させることになる。これに対して、スキルミオン４０の磁気モーメントは磁性体３２中においてトポロジー的に安定であるので、磁気モーメントの保持力、外部から磁界の擾乱に対する耐性、およびサイドイレーズに対する耐性において有利な効果を有する。
【００４７】
また、スキルミオン４０は安定して存在するため、スキルミオン記憶媒体はデータリテンション（保持）性能を大幅に向上することができる。
【００４８】
記録装置１００の磁気ヘッド２０は、電流回路２４を有する。電流回路２４は、磁気ディスク１０の表面に対してマイナスｚ方向とプラスｚ方向との磁場を発生するべく、コイル部２２を有する。本例のコイル部２２は、コイル部２２の中心に位置する空洞に、軟磁性体２３を有する。コイル部２２は、磁性体３２の第１面３４とは反対の面である第２面３６に対向する。軟磁性体２３は、コイル部２２が発生する磁場をｚ方向において効率よく導く。これにより、コイル部２２から磁性体３２の第２面３６に対して、第２磁場を印加する。
【００４９】
磁気ヘッド２０は、磁性体３２に印可する磁場発生領域Ｂの位置を精度良く制御できる。磁気ヘッド２０は複数のコイル部２２を有してもよい。なお、磁気ヘッド２０は、高速に回転する磁気ディスク１０と磁気ヘッド２０との間の空間を、空気層等を用いて一定の間隔に保持できる構造を有してよい。記録装置１００は、磁気ヘッド２０を±ｙ方向に移動させることができる駆動部２７をさらに有する。駆動部２７は、磁気ヘッド２０を±ｙ方向の適切な位置に移動させる。例えば、駆動部２７は、磁場印加領域Ｂが磁性体３２の端部領域Ａを包含するように、コイル部２２を±ｙ方向の適切な位置に移動させる。駆動部２７は、コイル部２２を移動することにより、磁性体３２に対して印加する磁場印加領域Ｂを任意に設定可能である。なお、端部領域Ａおよび磁場印加領域Ｂについては後述する。
【００５０】
磁気ヘッド２０の外部であって記録装置１００内に設けられたパルス電流源が、電流回路２４にパルス電流を印加する。パルス電流源はプラス方向のパルス電流、マイナス方向のパルス電流を任意のタイミングで印可できる。プラス方向のパルス電流をコイル部２２に流すことにより、コイル部２２は、磁性体３２の第２面３６に対してマイナスｚ方向のパルス磁場を印加する。この場合、第２磁場は、第１磁場と逆方向である。これに対して、マイナス方向のパルス電流をコイル部２２に流すことにより、コイル部２２は、磁性体３２の第２面３６に対してプラスｚ方向のパルス磁場を印加する。この場合、第２磁場は、第１磁場と同じプラスｚ方向である。
【００５１】
磁気ヘッド２０のコイル部２２から磁気ディスク１０へ印加する第２磁場を、磁場印加領域Ｂとする。磁場印加領域Ｂは、１つの磁性体３２の端部領域Ａよりも広い領域を有する。磁場印加領域Ｂは、１つの磁性体３２の端部領域Ａを含む領域に設ける。端部領域Ａは、磁性体３２のプラスｙ方向の端部を含む予め定められた領域である。本願の発明者は、磁場印加領域Ｂが磁性体３２の端部領域Ａを含むようにすることが、スキルミオン４０の生成に重要であることを発見した。磁場印加領域Ｂは、磁性体３２を囲んで設ける非磁性体の一部の領域にも設けてよい。磁性体３２の端部領域Ａにおける磁場強度をＨａとする。なお、Ｈａは、磁場発生部５０が印加する第１磁場と磁気ヘッド２０のコイル部２２が印加する第２磁場とのベクトル和である。
【００５２】
電流回路２４においてパルス電流源がプラス方向のパルス電流を印可する場合は、コイル部２２がマイナスｚ方向に第２磁場を発生する。なお、磁性体３２に対しては、磁場発生部５０が第１磁場を定常的にプラスｚ方向に印加する。この場合、第２磁場と第１磁場とは反平行となるので、磁場強度Ｈａは相対的に弱まる。これに対して、電流回路２４においてパルス電流源がマイナス方向のパルス電流を印可する場合は、コイル部２２がプラスｚ方向に第２磁場を発生する。この場合、第２磁場と第１磁場とはともにｚ方向に平行となるので、磁場強度Ｈａは相対的に強まる。次に、カイラル磁性体中でのスキルミオン４０の生成を詳細に実施例で実証する。
【００５３】
[実施例１]
実施例１においてスキルミオンの生成のシミュレーション実験結果を示す。スキルミオンの運動は下記の方程式で記述することができる。以下、下記の方程式を数値的に解く。
【００５４】
［数３］
0006450390.tif 000004
【００５５】
［数４］
0006450390.tif 000005
【００５６】
ここで、Ｂｒｅｆｆ=−(１/（ｈΓ）)（∂Ｈ/∂Ｍｒ）により、[数３]と[数４]とを関連付けることができる。Γ＝ｇμＢ/ｈ(＞０)は磁気回転比である。ｈはプランク定数である。Ｄｍはジャロンスキー・守谷相互作用の大きさである。Ｍｒは磁気モーメントを示す。Ｍｒはスカラー量Ｍと単位ベクトル量ｎ（ｒ）との積である。Ｈａは磁場印加領域Ａの磁場強度である。上記［数３］，[数４］中、×は外積を示す。
【００５７】
ここで、[数４]で示したＨなるハミルトニアンはカイラル磁性体の場合である。ダイポール磁性体やフラストレート磁性体、および磁性材料と非磁性材料との積層構造からなる磁性体に関してはこのＨの表現をそれぞれの磁性体を記述するものに置換すればよい。
【００５８】
なお、ダイポール磁性体は、磁気双極子相互作用が重要な磁性体である。フラストレート磁性体は、磁気不整合状態を好む磁気的相互作用の空間構造を含む磁性体である。また、磁性材料と非磁性材料との積層を有する磁性体は、磁性材料の非磁性材料に接する磁気モーメントを非磁性材料のスピン軌道相互作用により変調した磁性体である。次に、本実施例でのシミュレーションの実験条件を図４に示す。
【００５９】
図４は、スキルミオン４０生成のシミュレーション条件である、カイラル磁性体の磁性相磁気相図を示す図である。カイラル磁性体は、磁場強度Ｈｓｋでらせん磁性相からスキルミオン結晶相（ＳｋＸ）になり、さらに強い磁場強度Ｈｆでスキルミオン結晶相（ＳｋＸ）から強磁性相になる磁性体である。当該スキルミオン結晶相（ＳｋＸ）においては、複数のスキルミオン４０が最密構造に整列してｘ‐ｙ平面内に発生する。本実施例で用いるカイラル磁性体はＤｍ＝０．１８・Ｊ、Ｍ＝１、α＝０．０４である。Ｄｍはジャロンスキー・守谷相互作用の大きさである。なお以下では、磁性体の磁気交換相互作用の大きさをＪとして、この量で規格した値で各種の物理量を記述する。
【００６０】
低磁場ではらせん状の磁気モーメントの磁気構造をもつらせん磁性相から磁場強度Ｈｓｋ＝０．００７５Ｊで、スキルミオン結晶相（ＳｋＸ）になる。このときのスキルミオン４０の直径をλとすると、λはＪとＤを用いて以下の［数５］のように表すことができる。
【００６１】
［数５］
0006450390.tif 000006
【００６２】
ここでａは磁性体３２の格子定数である。Ｄｍ＝０．１８・Ｊのカイラル磁性体ではλ〜５０ａである。磁性体３２の格子定数ａが５Åの場合、λは約２５ｎｍである。ジャロシンスキー・守谷相互作用の大きさを示す物理定数であるＤｍは物質固有の物理定数であるので、［数５］により、スキルミオン４０の直径λは物質に固有の定数となる。スキルミオン４０の直径λは非特許文献１に記載のように、例えばＦｅＧｅでは７０ｎｍであり、ＭｎＳｉでは１８ｎｍである。なおさらに、本実施例で用いるカイラル磁性体では、磁場強度Ｈｆ＝０．０２５２・Ｊで強磁性相になる。
【００６３】
図５は、スキルミオン４０の生成のシミュレーション条件である、磁性体３２の端部領域Ａの磁場強度Ｈａの時間依存性を示す図である。
【００６４】
まず、シミュレーション実験は、磁場発生部５０から磁性体３２としてのカイラル磁性体に第１磁場を印加して、磁性体３２の端部領域Ａの磁場強度ＨａをＨｆより大きい磁場強度として、カイラル磁性体が強磁性相になっている状態から開始する。つまり、カイラル磁性体にはスキルミオン４０が存在せず、１つのカイラル磁性体中において磁気モーメントの向きは全てプラスｚ方向である強磁性状態となる。磁場発生部５０の第１磁場は、具体的には磁場強度Ｈ１＝０．０３・Ｊとする。この磁場強度は、強磁性体材料の厚さを調整することにより容易に得ることができる。
【００６５】
次に、電流回路２４においてパルス電流源が電流回路２４にパルス電流を印可する。パルス電流は、上昇、下降時間を１０００（１／Ｊ）とし、最大電流印可時間を１０００（１／Ｊ）とする台形パルス形状とする。プラス方向のパルス電流の印可は第１磁場の強度より弱く第１磁場とは略逆方向に向かう第２磁場を、マイナスｚ方向に発生させる。当該第２磁場を磁性体３２に印加することにより、磁場印加領域Ａの磁場強度Ｈａが減少する。なお上述したように、磁場印加領域Ａは、スキルミオン４０を生成するカイラル磁性体の端部を含む必要がある。本明細書において、第１磁場とは略逆方向に向かう第２磁場とは、少なくとも第１磁場と逆方向のベクトル成分を含む磁場を意味する。勿論、第２磁場は、第１磁場に対して完全に逆方向のベクトル成分を含む磁場であってよい。
【００６６】
第２磁場は、ｔ＝１０００（１／Ｊ）でＨａ＝０．０１・Ｊの大きさとなるように印加する。時間ｔの単位は１／Ｊである。以下同様である。その後、ｔ＝２０００（１／Ｊ）まで、Ｈａ＝０．０１・Ｊの一定の磁場強度を保持する。その後、パルス電流源からのパルス電流を徐々に少なくして、ｔ＝３０００（１／Ｊ）で第２磁場の印加を停止する。このとき、Ｈａ＝０．０３・Ｊとなる。この条件で、［数３］および［数４］を用いてシミュレーション実験を実施する。
【００６７】
図６は、スキルミオン４０の生成のシミュレーション結果を示す図である。図２と同様に、図６の（１）〜（４）において、濃淡は磁気モーメントの向きを示す。磁性体３２はカイラル磁性体であり、幅Ｗｍ、高さｈｍである。磁性体３２の端部領域Ａを含むように、磁場印加領域Ｂを設定する。本明細書において、磁性体３２の端部領域Ａの高さをｈａ、幅をＷａとする。本例では、ｈａ＝２５ａ＝０．５・λであり、幅Ｗａは磁性体３２の幅Ｗｍとする。
【００６８】
図６において（１）〜（３）は、（１）ｔ＝０（１／Ｊ）、（２）ｔ＝１５００（１／Ｊ）、（３）ｔ＝２８００（１／Ｊ）の時間でのシミュレーション結果である。（２）ｔ＝１５００（１／Ｊ）の時間で、端部領域Ａの磁場強度はＨａ=０．０１・Ｊとする。磁性体３２のプラスｙ方向の端部からスキルミオン４０が生成し始める。ｔ＝３０００（１／Ｊ）では、スキルミオン４０は磁性体３２の中央部分に移動し、安定する。このように、コイル部２２からの磁場印加時間は３０００（１／Ｊ）でスキルミオン４０を生成できる。図５の条件におけるｔ＝０（１／Ｊ）からｔ＝３０００（１／Ｊ）までの時間３０００（１／Ｊ）が、スキルミオン４０の書込み時間に相当する。なお、磁性体３２の端部領域Ａの大きさは、Ｗａ＝Ｗｍ、かつ、λ≧ｈａ＞０．２５・λとしてよい。上記の幅および高さの数値範囲は、単一のスキルミオン４０を薄層状の磁性体３２に生成するために最適化した数値範囲である。
【００６９】
図７は、複数の磁性体３２のドットと磁場印加領域Ｂとの関係を示す模式図である。磁気ディスク１０は、複数の磁性体３２を離間してｘ‐ｙ平面状に備える。磁気ディスク１０は、隣接して設けた複数の記録トラック６０を有する。各記録トラック６０には、複数の磁性体３２のドットを離間して配置する。１つの記録トラック６０において、各磁性体３２は一定のピッチとする。本例では、磁性体３２同士の最短距離はＤｘである。第１記録トラック６０‐１において磁性体３２はＷｍ＋Ｄｘのピッチとなる。磁性体３２は矩形形状であるので、第１記録トラック６０‐１において、なお、各記録トラック間において磁性体３２間のピッチの値は異なってよい。また本例では、隣接する２つの記録トラック６０において、隣接する矩形形状の磁性体３２の間の最短距離をＤｙで一定であるとする。
【００７０】
記録装置１００においては、磁気ヘッド２０のコイル部２２に対して相対的に磁気ディスク１０をプラスｘ方向に移動する。これにより、各記録トラック６０の各磁性体３２に対してマイナスｚ方向から磁場印加領域Ｂに磁場を印加しつつ、磁場印加領域Ｂをマイナスｘ方向に走査することができる。記録装置１００は、各磁性体３２のプラスｙ方向の端部領域Ａを含むように、磁場印加領域Ｂを走査する。
【００７１】
第１記録トラック６０‐１および第２記録トラック６０‐２は、すでにスキルミオン４０を生成し終わった状態である。スキルミオン４０を生成した磁性体３２とスキルミオン４０生成していない磁性体３２とが、二値情報における１と０とに相当する情報をそれぞれ有するとしてよい。第３記録トラック６０‐３は、磁場印加領域Ｂを走査していくことにより各磁性体３２にスキルミオン４０を生成する記録トラック６０である。スキルミオン４０を生成する場合には、コイル部２２は第２磁場をマイナスｚ方向に発生させる。これに対して、スキルミオン４０を生成しない場合には、コイル部２２は第２磁場を発生させない。
【００７２】
磁場印加領域Ｂにより磁性体３２にスキルミオンを生成する場合、該当する磁性体３２と異なる磁性体３２にスキルミオンを生成してはならないそれゆえ、磁場印加領域Ｂのサイズには上限値、下限値がある。磁性体３２のサイズの高さｈｍは２λ＞ｈｍ＞０．５・λである。スキルミオンを生成する場合の磁性体３２の端部領域Ａの大きさは、λ≧ｈａ＞０．２５・λである。したがって、磁場印加領域Ｂの高さの上限値ｈｂｍａｘは、隣接する±ｙ方向のトラックの磁性体３２にスキルミオンを生成してはならないことから、０．２５・λ＋Ｄｙ＋ｈｍ＋Ｄｙ＋０．２５・λ＞ｈｂｍａｘである。ｈｍは最大２・λであるから、２Ｄｙ＋２．５・λ＞ｈｂｍａｘである。磁場印加領域Ｂの高さの下限値ｈｂｍｉｎはｈｂｍｉｎ＞０．２５・λである。以上から磁場印加領域Ｂの高さｈｂは［数６］となり、磁場印加領域Ｂの幅Ｗｂは［数７］となる。
［数６］
0006450390.tif 000007
［数７］
0006450390.tif 000008
【００７３】
磁場印加領域Ｂの幅Ｗは、書き込み時間（本例では１０００（１／Ｊ））とディスクの単位時間当たりの回転数とから決定する。磁場印加領域Ｂの幅Ｗの最小値は磁性体３２の幅Ｗｍである。なお、磁気ディスク１０は円板形状であるので、各記録トラック６０上の磁気ヘッド２０の速度は磁気ディスク１０の外周部にいくほど速くなる。このような磁気ディスク１０と磁気ヘッド２０の位置との調整には、既存の磁気ヘッドの制御手法を用いることができる。
【００７４】
［実施例２］
図８は、スキルミオン４０の消去のシミュレーション結果を示す図である。端部領域Ａの磁場強度Ｈａの時間依存性を示す図である。まず初めに、磁性体３２としてのカイラル磁性体には、磁場発生部５０が第１磁場を印加し、磁気ヘッド２０のコイル部２２からは第２磁場を印加しない。これにより、端部領域Ａの磁場強度ＨａはＨｆより大きい磁場強度に保つことができる。ここでは、磁性体３２はスキルミオン４０を保持している状態にある。磁性体３２の端部領域Ａを含むように、磁場印加領域Ｂを設定する。磁性体３２の端部領域Ａの高さをｈａ、幅をＷａとする。本例では、ｈａ＝３０ａ＝０．６・λであり、幅Ｗａは磁性体３２の幅Ｗｍとする。
【００７５】
次に、電流回路２４においてパルス電流源からマイナス方向のパルス電流を徐々に流して、第１磁場の強度より弱く第１磁場とは略順方向に向かう第２磁場をプラスｚ方向に発生させる。当該第２磁場を磁性体３２に印加することにより、端部領域Ａの磁場強度Ｈａは、第１磁場と第２磁場との和となり徐々に増加する。本明細書において、第１磁場とは略順方向に向かう第２磁場とは、少なくとも第１磁場と同じ方向のベクトル成分を含む磁場を意味する。勿論、第２磁場は、第１磁場に対して完全に同じ方向のベクトル成分を含む磁場であってよい。
【００７６】
第２磁場を、ｔ＝１０００（１／Ｊ）でＨａ＝０．０５・Ｊとなるように印加する。その後、ｔ＝２０００（１／Ｊ）まで、Ｈａ＝０．０５・Ｊの一定の磁場強度を保持する。その後、パルス電流源からのマイナス方向のパルス電流を徐々に小さくして、ｔ＝３０００（１／Ｊ）で第２磁場の印加を停止する。このとき、Ｈａ＝０．０３・Ｊとなる。この条件で、［数３］および［数４］を用いてシミュレーション実験を実施する。
【００７７】
図９は、スキルミオン４０の消去のシミュレーション結果を示す図である。図２と同様に、図９の（１）〜（４）において、濃淡は磁気モーメントの向きを示す。図９において（１）〜（３）は、（１）ｔ＝０（１／Ｊ）、（２）ｔ＝２２００（１／Ｊ）、（３）ｔ＝４０００（１／Ｊ）の時間でのシミュレーション結果である。端部領域Ａの高さｈａは、ｈａ＝３１ａとした（ａは磁性体３２の格子定数）。（１）ｔ＝０（１／Ｊ）ではスキルミオン４０が磁性体３２の中央部に安定して存在する。（２）ｔ＝２２００（１／Ｊ）には、磁場印加領域Ａから逃げ出すようにスキルミオン４０がマイナスｙ方向に移動する。（３）ｔ＝４０００（１／Ｊ）では、スキルミオン４０が磁性体３２の端部に移動して消失する。このようにｔ＝０（１／Ｊ）からｔ＝３０００（１／Ｊ）までの時間３０００（１／Ｊ）が、スキルミオン４０の消去時間に相当する。スキルミオン４０を消去するべく、磁気ヘッド２０のコイル部２２が形成する磁性体の端部領域Ａの位置が重要である。磁性体３２の高さｈｍの大きさがλとする。磁性体の端部領域Ａの高さｈａが磁性体の中心ｈａ＝０．５・λの場合、スキルミオン４０を消去することができない。磁性体の端部領域Ａの高さｈａがｈａ≧０．６・λの場合、スキルミオン４０を消去できる。上記の幅および高さの数値範囲は、単一のスキルミオン４０を消去するために最適化した数値範囲である。
【００７８】
磁場印加領域Ｂを磁性体３２にスキルミオンを消去する場合、該当する磁性体３２と異なる磁性体３２にスキルミオンを消去してはならない。それゆえ、磁場印加領域Ｂのサイズには上限値、下限値がある。磁性体３２のサイズの高さｈｍは２λ＞ｈｍ＞０．５・λである。スキルミオンを消去する場合の磁性体３２の端部領域Ａの大きさは、λ≧ｈａ≧０．６・λである。したがって、磁場印加領域Ｂの高さの上限値ｈｂｍａｘは、隣接する±ｙ方向のトラックの磁性体３２にスキルミオンを消去してはならないから、ｈｂｍａｘ＞０．６・λ＋Ｄｙ＋ｈｍ＋Ｄｙ＋０．６・λである。ｈｍは最大２λであるから、ｈｂｍａｘ＞２Ｄｙ＋３．２・λである。磁場印加領域Ｂの高さの下限値ｈｂｍｉｎはｈｂｍｉｎ＞０．６・λである。以上から磁場印加領域Ｂの高さｈｂは［数８］となり、磁場印加領域Ｂの幅Ｗｂは［数９］となる。
［数８］
0006450390.tif 000009
［数９］
0006450390.tif 000010
【００７９】
上述した実施例１および実施例２においては、磁気ヘッド２０のコイル部２２からの磁場印加による、磁気ディスク１０上でのスキルミオン４０の生成および消去のためのシミュレーション実験を示した。そして、スキルミオン４０の生成および消去のための設計ルールを明らかにした。
【００８０】
ここで注意すべきは、スキルミオン４０の書き込みおよび、消去に要する時間は、サブナノ秒と極めて高速であることである。スキルミオン４０の書き込みおよび消去に要する時間は、ｔ＝１０００からｔ＝２０００までの時間ｔ＝１０００（１／Ｊ）で十分であることを示している。ｔ＝０（１／Ｊ）からｔ＝３０００（１／Ｊ）までの時間３０００（１／Ｊ）はおおよそ１ｎｓｅｃに相当する。したがって、約０．３ナノ秒で書き込み、消去が可能である。また、ここで示した設計ルールはスキルミオンメモリ素子を設計するための基本ルールを定めたもので極めて重要である。この設計ルールは、磁性体の磁性を特徴づける磁気交換相互作用Ｊと、スキルミオン４０の直径λの二つの量で規格化した量として表現することができる。λは［数５］においてジャロシンスキー・守谷相互作用の大きさＤｍと関係づけることができる。
【００８１】
したがって、この基本ルールは各種のカイラル磁性体に適用可能な設計ルールであり、多くのカイラル磁性体への適用範囲は広い。なお、ここに述べたカイラル磁性体での実施例での結論は定性的にはダイポール磁性体やフラストレート磁性体或いは磁性材料と非磁性材料との積層を有する磁性体でも変更をきたさない。このように、本願発明は、スキルミオン４０を生成、消去可能な記憶媒体及び記録装置１００の最適の設計指針を与える。
【００８２】
図１０は、データ処理装置３００を示す模式図である。データ処理装置３００は、記録装置１００と、プロセッサ３１０とを備える。記録装置１００は、図１から図９において説明したスキルミオン４０の記録装置１００である。プロセッサ３１０は、例えばデジタル信号を処理するデジタル回路を有する。プロセッサ３１０は、記録装置１００へのデータの書き込み、および、記録装置１００からのデータの読み出しの少なくとも一方の機能を有する。
【００８３】
図１１は、データ記録装置４００を示す模式図である。データ記録装置４００は、記録装置１００と、入出力装置４１０とを備える。データ記録装置４００は、例えばメモリデバイスである。記録装置１００は、図１から図９において説明したスキルミオン４０の記録装置１００である。入出力装置４１０は、記録装置１００への外部からのデータの書き込み、および、記録装置１００からデータを読み出して外部に出力する機能の少なくとも一方を有する。
【００８４】
図１２は、通信装置５００の構成例を示す模式図である。通信装置５００は、例えば携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末等の、外部との通信機能を有する装置全般を指す。通信装置５００は携帯型であってよく、非携帯型であってもよい。通信装置５００は、記録装置１００と、通信部５１０とを備える。記録装置１００は、図１から図９において説明したスキルミオン４０の記録装置１００である。通信部５１０は、通信装置５００の外部との通信機能を有する。通信部５１０は、無線通信機能を有してよく、有線通信機能を有してよく、無線通信および有線通信の双方の機能を有していてもよい。通信部５１０は、外部から受信したデータを記録装置１００に書き込む機能、記録装置１００から読み出したデータを外部に送信する機能、および、記録装置１００が記憶した制御情報に基づいて動作する機能の少なくとも一つを有する。
【００８５】
スキルミオン４０は、直径が１ｎｍ〜１００ｎｍとナノスケールのサイズを有する磁気モーメントをもつ極微細構造であり、膨大なビット情報を極細密化できる大容量記憶媒体として応用することができる。よって、スキルミオン４０は磁気ハードディスク用記憶媒体として利用できる。スキルミオン記憶媒体は電気的に書き込みと消去を行うことができる。そして、この書き込みと消去に要する時間もナノ秒以下である。こうした高密度大規模不揮発性磁気媒体を用いることで、ハードディスクに用いる大規模情報の高速記憶処理能力を大幅に向上させる。
【００８６】
また、画像記録装置やテレビジョン受像機にスキルミオン４０を用いたメモリを搭載すれば、記憶可能な動画のデータ量を飛躍的に増やすことができる。また、スキルミオン４０を用いたメモリは磁気メモリであるが故に、宇宙空間に飛び交う高エネルギー素粒子に対して高い耐性をもっている。電子に伴う電荷を記憶保持媒体として使うフラッシュメモリと大きく異なる長所を有する。このため宇宙空間飛行装置などの記憶媒体として重要である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  磁気ディスク、２０  磁気ヘッド、２２  コイル部、２３  軟磁性体、２４  電流回路、２７  駆動部、３２  磁性体、３４  第１面、３６  第２面、４０  スキルミオン、５０  磁場発生部、６０  記録トラック、１００  記録装置、３００  データ処理装置、３１０  プロセッサ、４００  データ記録装置、４１０  入出力装置、５００  通信装置、５１０  通信部、６００  ハードディスク、６０２  記録トラック、６０４  軟磁性体、６１２  磁性体ドットパターン、６１４  下部硬磁性体、６１６  上部軟磁性体
【図１】
0006450390.tif 000011
【図２】
0006450390.tif 000012
【図３】
0006450390.tif 000013
【図４】
0006450390.tif 000014
【図５】
0006450390.tif 000015
【図６】
0006450390.tif 000016
【図７】
0006450390.tif 000017
【図８】
0006450390.tif 000018
【図９】
0006450390.tif 000019
【図１０】
0006450390.tif 000020
【図１１】
0006450390.tif 000021
【図１２】
0006450390.tif 000022
【図１３】
0006450390.tif 000023