(57)【要約】【課題】記録密度向上を図るため磁区の微小化が望まれている。磁区の微小化には磁極と磁極とのギャップ間隔を小さくする方法があるが、現状では、ギャップ形成は成膜技術に依存しているため、小さくても数１０〜１００ｎｍであることが一般的に知られている。このような、磁極と磁極とのギャップ間隔の問題を解決した高密度情報記録法を提供する。【構成】磁気ヘッドの磁極と磁極とのギャップ間隔が原子層間隔であることを特徴とするナノテクノロジーによる情報記録再生方法。ナノシートが情報記録媒体として用いられる。ナノシートは１原子層または数原子層である。ナノシート１枚毎に情報を磁気記録し、各ナノシートを積層させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヘッドの磁極と磁極とのギャップ間隔が原子層間隔であることを特徴とするナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項２】
磁気ヘッドと磁気媒体との間隔が原子層間隔以下であることを特徴とするナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項３】
ナノシートを情報記録媒体として用いることことを特徴とする請求項１または２記載のナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項４】
ナノシートは１原子層または数原子層であることを特徴とする請求項３記載のナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項５】
ナノシート１枚毎に情報を磁気記録し、各ナノシートを積層させることを特徴とする請求項３または４記載のナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項６】
磁気記録する１枚のナノシートを磁性体とし、積層する各シート間に磁気記録していないナノシートをシートとシートの接合またはシートの保護に用いることを特徴とする請求項５記載のナノテクノロジーによる情報記録再生方法。
【請求項７】
請求項１ないし６記載のいずれかの方法で記録した信号を再生させるために、磁気ヘッドまたは磁気センサを磁気媒体に接近または接触させて媒体からの磁力から再生信号を得ることを特徴とする記録信号の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対的に移動可能な磁気ヘッドと磁気記録媒体を用いる磁気記録方法に関し、特に、ナノテクノロジーによる情報記録再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、磁気記録の原理を模式的に示す斜視図である。磁気ヘッド１を相対走行する磁気媒体２に接近させ磁気記録する。図２は、磁気ヘッド１と磁気媒体２との関係を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド１からは磁力線３が発生し、この磁力線３が磁気媒体２を磁化させることで磁気記録できる。図３（ａ）に、磁気ヘッドの構造を示す。ヘッド部４の先端と反対側にはコイル６が巻かれている。ヘッド部４の先端には、図３（ｂ）に示すように、磁極と磁極とのギャップ５（ギャップ間隔２ｇ）がある。
磁気ヘッドは磁気コアの対向面にスパッタリング等の薄膜形成技術で成膜された金属磁性膜同士をギャップスペーサーを挟んで突き合わせることでギャップが形成されている。
【０００３】
エレクトロニクス分野の急速な進展に伴い、磁気ハードディスクや磁気テープ等の磁気記録媒体における記録情報量の高密度化が進んでいる。記録密度は１０Ｇビット／（インチ）２（ビット長０．１μｍ程度）を超えるレベルに達している。このような高密度化に対応して、磁気ヘッドのギャップ間隔を０．１μｍ程度（〜ビット長）にしたものが知られている。
さらに、カーボンナノチューブなどのナノ物質を使った情報記録法など、原子、分子レベルで化学的に情報を記録することにより情報記録の高密度化を図る方法が提案されている（Ｃ．Ｗ．Ｂａｕｓｃｈｌｉｃｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ．”ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｔｒａｇｅ  ｏｆ  Ｄａｔａ”Ｎａｎｏ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．８，ｐｐ．１−５（１９９７））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
記録密度向上を図るため磁区の微小化が望まれている。磁区の微小化には磁極と磁極とのギャップ間隔を小さくする方法があるが、現状では、ギャップ形成は成膜技術に依存しているため、小さくても数１０〜１００ｎｍであることが一般的に知られている（例えば、特開平９−２８８８０９号公報）。数原子層厚（数ｎｍ）の成膜は所々に膜になっていない部分が発生したり、欠陥ができたりするので好ましくない。また、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などで数ｎｍの膜厚の成膜ができたとしても発生する磁界は小さくなり、ヘッドを磁気記録媒体の表面により接近させなくてはならないため、現状技術ではヘッドと媒体の接触破壊が懸念されるので高速書き込み、読み出しには対応できない。
したがって、本発明は、このような磁極と磁極とのギャップ間隔の問題を解決した高密度情報記録法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来の磁気記録技術に新しいナノ物質である剥離ナノシート（以下「ナノシート」という）を組み込んだり、利用したりすることにより上記の課題を解決し情報の高密度化が可能であることを見出した。このナノシートとは、自己組織化と呼ばれる反応により形成され、二次元方向に無限に近い周期構造を持つのに対して厚み方向にはわずかな原子数層で構成されており、新しいタイプの無機高分子または超微粒子ナノマテリアルである。
【０００６】
すなわち、本発明は、磁気ヘッドの磁極と磁極とのギャップ間隔が原子層（１層〜数層）間隔であることを特徴とするナノテクノロジーによる情報記録再生方法である。
【０００７】
また、本発明は、磁気ヘッドと磁気媒体との間隔が原子層間隔以下であることを特徴とするナノテクノロジーによる情報記録再生方法である。
磁気ヘッドと磁気媒体の距離は原子層（１層〜数層）間隔であることが望ましいが、磁気ヘッドを磁気媒体に接触させることでも同様の効果が得られる。
【０００８】
また、本発明は、ナノシートを情報記録媒体として用いることことを特徴とする上記のナノテクノロジーによる情報記録再生方法である。
【０００９】
さらに、本発明は、上記のいずれかの方法で記録した信号を再生させるために、磁気ヘッドまたは磁気センサを磁気媒体に接近または接触させて媒体からの磁力から再生信号を得ることを特徴とする記録信号の再生方法である。
【００１０】
本発明の高密度磁気記録方法は、磁気ヘッドと磁気媒体を使用するものであるが、本発明の方法では、磁気ヘッドのギャップが、原子層間隔になっている点が従来技術と異なる。また、従来技術では磁気ディスクなどの媒体に磁気記録するが、本発明の方法ではナノシートに磁気記録する。さらに、この磁気記録されたナノシートを積層させることが従来技術と異なる。
【００１１】
【作用】
図４には、図３（ｂ）で示したＸ−Ｙ座標での磁場のＸ方向分布を示す。図５には、同様にＹ方向の磁場分布を示す。図４、図５ともに、パラメータＹ／２ｇを指標に磁場分布７、８を下記の計算式（「光と磁気の記録技術」矢野宏、柴田順二監修  精密工学会）に基づき計算した。Ｈｇ  はＵｏ／ｇでギャップ内部の最も強い磁場を表し、ギャップ内磁場とよばれる。
【００１２】
【式１】
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【００１３】
磁場の強度は、図４ではＸが０．５ｇ以内で大きく、図５ではＸが０．５ｇ近傍で大きくなっている。これより、ギャップ間隔２ｇを原子層間隔まで狭くすると磁場最大の個所も原子層間隔以内に存在することが分かる。
【００１４】
本発明の方法によれば、トラック幅１μｍ、記録間隔０．５ｎｍとするとナノシート１枚（１ｉｎｃｈ２）に１６１Ｇ  Ｂｉｔｅ（バイト）記録できる。記録済ナノシートの積層間隔１ｎｍ、積層高さ１ｉｎｃｈとすると立方体（１ｉｎｃｈ３）に４．１×１０９Ｇ  Ｂｉｔｅ（バイト）記録可能である。本一冊１００Ｍ  Ｂｉｔｅ（バイト）情報容量とすると立方体（１ｉｎｃｈ３）に４．１×１０１０冊（４１０億冊）本相当の情報を記録可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図６に、本発明の磁気ヘッドを示す。磁極９、磁極１０の間がギャップ１２であるが、原子層間隔まで狭くするためのギャップスペーサとして、例えば、ナノシート１１を挟んである。ナノシート１１はなくても同様の効果が得られる。ナノシートがない場合、原理的には電子顕微鏡を見ながら磁極間のギャップを微小なアクチュエータのハンドリング操作で徐々に小さくすることが方法として考えられる。
【００１６】
磁気ヘッドと磁気媒体１４との間隔１３は原子層間隔であるが、０（接触）でも同様の効果が得られる。従来技術では磁気ヘッドと磁気媒体は空気力学的に浮上量を数１０ｎｍに保っように媒体を高速に回転させ，その上に磁気ヘッドが配置されて相対的に走行するようになっている。本発明においてはスライダの設計によって数ｎｍ〜接触まで設定することができる。
【００１７】
本発明で使用されるナノマテリアルであるナノシートは物質・材料研究所が開発したチタニア超薄膜（特開２００１−２７００２２号公報）やぺロブスカイト構造を持つニオブ酸化物、電極材料として用いられるマンガン酸化物など多様な組成・構造・物性をもつ剥離ナノシート（「ＮＩＭＳ  ＮＯＷ」２００１，ＮＯＶ，佐々木）の合成法と同様の方法を用いて製造することができる。
この方法は、自己組織化と呼ばれる反応を利用する方法であり、その累積反応は反対電荷を有するナノ物質間に働く静電相互作用が駆動力となり、一方のナノ素材が基板表面をモノレイヤーで覆うと反応が自己停止し、次のステップでは反対電荷の素材の吸着が行われることを動作原理とするものである。例えば、酸化チタンナノシートが分散したコロイド溶液とカチオン性有機ポリマー溶液の濃度、ｐＨ等を適切に調整した後、各溶液に石英ガラス等の基板を数十分ずつ浸漬する操作を反復すると、それぞれの成分がサブナノ〜ナノメータ単位の厚みで繰り返す多層超薄膜がレイヤーバイレイヤーで成長する。この手法は穏やかな水溶液反応を上手にコントロールすることで分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）に匹敵するナノ構造制御を可能とすることが特徴である。また、高真空技術、高度ビーム技術に支えられたＭＢＥ法に比べて省エネルギー、低コストである点も大きな利点である。
この剥離ナノシートの材料にγＦｅ２Ｏ３、ＮｉＣｏ、ＮｉＺｎ、ＭｎΖｎなどの物質を用いて磁性を持たせることが可能である。また、積層させることができる。
【００１８】
磁気記録媒体として用いるナノシートは必ずしも１原子層である必要はなく数原子層であっても同様の効果が得られる。ナノシート１枚毎に情報を磁気記録し、各ナノシートを積層させる。磁気記録する１枚のナノシートは磁性体であるが、積層する各シート間に磁気記録していないナノシートをシートとシートの接合またはシートの保護に用いることでも、同様の効果が得られる。なお、磁気媒体はナノシートでなく通常使われる磁気媒体でも適用可能である。また、磁気記録したナノシートを積層させなくても１枚のみのナノシートで情報記録媒体として用いることができる。
【００１９】
このナノシート１枚毎に情報を磁気記録した後、積層させる。本発明の方法では、最終的に立方体形状（または直方体）物質に情報が記録されることになるところが従来技術と異なる。最終的な形状はその他に円柱状やシートを厚くした形状など各種考えられる。
【００２０】
図７に、磁気記録する信号ラインを示した。トラック幅１５（１〜数μｍ程度）、記録間隔１６（原子層間隔程度）で磁気記録することが可能である。図７中の矢印１７、１８は磁化方向を示しており、情報ビット０、１に相当する。磁化方向は、磁気媒体に対して水平方向と垂直方向の２種類が可能である。
【００２１】
図８に、磁性ナノシート２０に磁気記録した様子を示す。信号ライン１９に磁気信号が記録されている。
【００２２】
図９の（ａ）に、磁気記録したナノシートを積層させた原子配列構造の断面を模式的に示す。また、図９（ｂ）に、同じく積層させた構造を斜視図で模式的に示す。磁気記録した磁性ナノシート２１を原子間隔２３で積層させてある。ナノシート２２は磁性ナノシート２１同士の積層を強化させるためのナノシートであり、原子間隔２４で配置されている。ナノシート２２はナノシート２１と別種の原子で構成されていても良い。また、記録されたナノシート２１の保護に用いることができる。また、ナノシート２２はなくても同様の効果が得られる。ナノシ一卜２１、２２は原子１層でなくても複数層１シートでもよい。またナノシートト２１、２２は複数の種類の原子で構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、磁気記録の原理を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、磁気ヘッド１と磁気媒体２との関係を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、磁気ヘッドの構造を示す側面図、図３（ｂ）は磁気ヘッドの先端のギャップの拡大図である。
【図４】図４は、図３（ｂ）で示したＸ−Ｙ座標での磁場のＸ方向分布を示すグラフである。
【図５】図５は、図３（ｂ）で示したＸ−Ｙ座標での磁場のＹ方向分布を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の方法における磁気ヘッドと磁気媒体の部分拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の方法において磁気記録する信号ラインを模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、磁性ナノシートに磁気記録した様子を模式的に示す斜視図である。
【図９】図９の（ａ）は、磁気記録したナノシートを積層させた原子配列構造を模式的に示す断面図であり、図９（ｂ）は同じく積層させた構造を模式的に示す斜視図である。
【図１】
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【図２】
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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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