(57)【要約】【課題】ハードディスクの高密度での書き込み、読み出しの困難な磁界に代えて、金属探針により書き込み、読み取りを可能とした情報記憶装置を提供すること。【解決手段】磁性金属層／非磁性金属／磁性金属層を含む少なくとも３層薄膜構造を形成し、この多層膜表面に金属探針をナノメートルオーダの距離に近付ける。金属探針と多層膜表面との間の距離、印加電圧を変化させることにより、多層膜中に生じる量子井戸状態を変化させ、磁性金属層間の相対的な磁化を変化させる。磁化情報の読み取りには、磁性金属層間の相対的な磁化方向の変化による量子井戸準位の変化に伴う金属探針と多層膜との間に流れるトンネル電流の変化を利用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの金属探針と、該金属探針に対面する強磁性金属層／非磁性金属層／強磁性金属層を含む多層膜から成り、前記金属探針と前記多層膜との距離をほぼ一定に維持し、且つ、前記金属探針と多層膜との電界を制御して、前記強磁性金属層の少なくとも一つの磁化方向を変化させることを特徴とする磁化制御方法。
【請求項２】
前記多層膜の前記金属探針の対面している面と反対側に反強磁性層を設けた請求項１記載の磁化制御方法。
【請求項３】
少なくとも一つの金属探針と、該金属探針に対面する強磁性金属層／非磁性金属層／強磁性金属層を含む多層膜から成り、前記金属探針と前記多層膜との距離をほぼ一定に維持し、且つ、前記金属探針と多層膜との電界を制御して、前記強磁性金属層の少なくとも一つの磁化方向を変化させて、電界に対応した情報を記録することを特徴とする情報記録装置。
【請求項４】
少なくとも一つの金属探針と、該金属探針に対面する強磁性金属層／非磁性金属層／強磁性金属層を含む多層膜から成り、前記金属探針と前記多層膜との距離をほぼ一定に維持し、且つ、前記金属探針と多層膜との電界を制御して、前記強磁性金属層の少なくとも一つの磁化方向を変化させて、電界に対応した情報を記録するとともに、前記金属探針と前記多層膜との間にトンネル電流を流すための電圧を印加して、前記情報に対応した電界による磁化方向の変化に対応したトンネル電流の変化により、記録された情報を読み取ることを特徴とする情報記録装置。
【請求項５】
前記多層膜が円板状記録媒体として形成されて回転させられるものであり、前記多層膜に対向して設けられる金属探針が、一端が回転可能に支持され他端側が円板状記録媒体に延伸されたアームの先端部に設けられるとともに、アームの先端部には、さらにスライダーが設けられ、該スライダーにより前記金属探針と前記多層膜との距離をほぼ一定に維持し、且つ、前記金属探針と多層膜との電界を制御して、前記強磁性金属層の少なくとも一つの磁化方向を変化させて、電界に対応した情報を記録するとともに、前記金属探針と前記多層膜との間にトンネル電流を流すための電圧を印加して、前記情報に対応した電界による磁化方向の変化に対応したトンネル電流の変化により、記録された情報を読み取る請求項４記載の情報記録装置。
【請求項６】
前記トンネル電流に代えて、前記アームの先端部に設けられたＧＭＲ素子もしくはＴＭＲ素子により記録された情報を読み取る請求項５に記載の情報記録装置。
【請求項７】
前記一つの金属探針に代えて、所定の間隔で配列された複数の金属探針を備え、該複数の金属探針に対面する強磁性金属層／非磁性金属層／強磁性金属層を含む多層膜から成り、前記金属探針と前記多層膜との距離をほぼ一定に維持し、且つ、前記金属探針と多層膜との電界を制御して、前記強磁性金属層の少なくとも一つの磁化方向を変化させて、前記複数の金属探針ごとに電界に対応した情報を記録するとともに、前記金属探針と前記多層膜との間にトンネル電流を流すための電圧を印加して、前記複数の金属探針ごとに前記情報に対応した電界による磁化方向の変化に対応したトンネル電流の変化により、記録された情報を読み取る請求項４記載の情報記録装置。
【請求項８】
前記多層膜の前記金属探針に対面する強磁性金属層が記録される情報単位に空間的に分割された領域とされている請求項３ないし７のいずれかに記載の情報記録装置。
【請求項９】
前記多層膜の前記金属探針の対面している面と反対側に反強磁性層を設けた請求項３ないし７のいずれかに記載の情報記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁化情報の書き込みおよび読み取りを行なう方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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界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はさらなる高密度記録を求められている。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していくと、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、従来の磁気ヘッドに代わる書き込み手法が求められている。
【０００３】
一方、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に代表される不揮発性磁化を用いた固体メモリにおいても、従来の電流を用いた磁化書き込み手法では、微細化に伴い消費電力が増大することが知られている。
【０００４】
これら電流により生じる磁場を用いた磁化書き込み手法に代わる手法として、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ない、書き込みを行なう手法であるが、書き込み電流しきい値が１０７Ａ／ｃｍ２と大きいため、消費電力を小さくすることが本質的に困難である。
【０００５】
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１によれば、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２によれば、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／強磁性体金属の三層構造の内部に、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。
【０００６】
また、例えば、特許文献１によれば、強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の三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、高密度記録が可能であり、かつ消費電力の低い技術として有望である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１９６６６１号公報
【特許文献２】
特開平１１−７３９０６号公報
【非特許文献１】
Ｍａｔｔｓｏｎｅｔ  ｅｔ  ａｌ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ７１，  １８５  （１９９３）
【非特許文献２】
Ｃｈｕｎ−Ｙｏｅｌ  Ｙｏｕｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  ８７，  ５２１５  （２０００）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の三層構造の内部ないしは外部に半導体層、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、内部に半導体層もしくは絶縁層を設ける場合はその厚さが２ｎｍ程度以下と極めて薄くなければならない。また、外部に半導体層を設ける場合でも、膜厚に敏感な量子井戸状態を利用するため、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る。このような構造を安定に作製することは極めて困難である。
【０００９】
さらに、Ｇｅの半導体層を設けることにより界面のポテンシャルを制御しようとする特許文献１の開示技術では、強磁性金属層間の磁気的交換相互作用の正負を反転させるまでには至っていない。
【００１０】
本発明は、これら従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、作製が困難な半導体等のポテンシャル制御層を強磁性体金属／非磁性金属／強磁性体金属の三層構造に接して設けず、かつ電界により磁化を制御する方法、およびそれを用いた情報記憶装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、強磁性金属／非磁性金属／強磁性金属の少なくとも３層薄膜構造を持つ多層膜における量子化電子状態を多層膜表面に近づけた金属探針により制御する。この３層薄膜構造の外側に例えばＡｕの保護膜があってもよい。
【００１２】
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、金属探針を近付ける。金属探針をこの多層膜に０〜１０ｎｍオーダに近付け、さらに電界を印加すると、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、強磁性金属間に働く交換相互作用の正負を変化させることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図を参照して本発明による金属探針による電界印加による磁化制御の原理を説明する。
【００１４】
（実施例１）
実施例１を図１から図３を参照して説明する。図１は、実施例１の磁気記憶板５０とこれに対面して設けられる金属探針５およびその制御関連の構成を示す概念図である。磁気記憶板５０は基板１００上に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よりなる多層膜４１より構成されている。多層膜４１の保護膜４の面に対向して、１ｎｍレベル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、いわゆる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針と同様に保持、制御される。概要を示せば、下記のようである。金属探針５は板バネ６の先端に固着されており、板バネ６の他端はピエゾ素子１６の可動端に固着されている。ピエゾ素子１６の他端は、ホルダ１１の一部に固着されている。ホルダ１１のピエゾ素子１６が固着されている端部と反対側の面は、図にハッチングで示す装置の固定部に固着される。ホルダ１１のピエゾ素子１６が固着されている端部側には、半導体レーザ１２とポジションセンサ１３とが備えられる。
【００１５】
半導体レーザ１２の照射するレーザ光線は前記金属探針５を保持している板バネ６の背面で反射されて、ポジションセンサ１３で検出される。半導体レーザ１２とポジションセンサ１３とは、保護膜４と金属探針５との距離に応じて電圧ｅを出力する関係に配置される。この電圧ｅと目標電圧ｅ０とが加算回路１４に図に示すように、逆符号で加えられる。１５は積分動作を持った制御回路であり、加算回路１４から与えられる誤差電圧が零になるまで出力を変化させる。いま、制御回路１５の入力電圧が零となって、その状態の制御回路１５の出力に応じた状態にピエゾ素子１６があるとき、目標電圧ｅ０を増加させると、その分だけ制御回路１５の出力は増大して、ピエゾ素子１６が伸びる。その結果ポジションセンサ１３の受けるレーザ光線の位置が変わり、電圧ｅが増大する。電圧ｅの増大分と目標電圧ｅ０の増加分が等しくなると、制御回路１５の積分動作は止まり、その状態で安定する。すなわち、目標電圧ｅ０を多層膜４１の保護膜４の面と金属探針５との距離（１ｎｍ）に対応した値に選択すれば、両者の距離を１ｎｍに保った状態になる。
【００１６】
保護膜４と金属探針５との距離が１ｎｍレベルにあるときは、両者間に吸引力が作用するから、磁気記憶板５０の位置が変わったとき、保護膜４と金属探針５との距離が大きくなれば、金属探針５が多層膜４１の面に追従するように移動する。このとき、ポジションセンサ１３が受ける半導体レーザ１２の照射するレーザ光線の位置の変位に応じてポジションセンサ１３から出力される電圧ｅが増大する。逆に、保護膜４と金属探針５との距離が小さくなれば、金属探針５が多層膜４１の面に押し上げられるように移動する。このとき、ポジションセンサ１３が受ける半導体レーザ１２の照射するレーザ光線の位置の変位に応じてポジションセンサ１３から出力される電圧ｅが減少する。この増加、減少に応じて、ピエゾ素子１６が伸び、または、縮小するから、保護膜４の面と金属探針５との距離は、所定値に維持される。保護膜４と金属探針５との距離の制御にはトンネル電流を用いても良く、距離制御用の探針を以下に述べる電界制御用の金属探針５とは別に用意しても良い。
【００１７】
多層膜４１の強磁性金属層１および３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，等の強磁性単体金属またはそ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であるが、保護膜４は無くてもよい。
【００１８】
多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、多層膜４１中に閉じ込められており、図１に模式的に示す量子井戸状態７〜１０を形成する。
【００１９】
図１の右半分の領域は、強磁性金属層１および３の磁化の方向が太い矢印のように平行な場合であり、この場合には、その磁化と平行な細い矢印のような電子スピンを持つ電子の状態は参照符号８のように非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められる。これに対し、磁化と反平行な細い矢印のような電子スピンを持つ電子の状態は参照符号７のように多層膜４１中の全体に閉じ込められる。
【００２０】
一方、図１の左半分の領域は、強磁性金属層１および３の磁化の方向が反平行な場合であり、この場合には、電子の状態はそのスピンの向きに依存して参照符号９で示すように、膜１〜２中に閉じ込められ、あるいは、参照符号１０で示すように、膜２〜３中に閉じ込められる。
【００２１】
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および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を近付けると、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合い、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。
【００２２】
一方、保護膜４の面と金属探針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または−Ｅ０を印加できるようにしている。すなわち、スイッチ１７または１８を選択的にオンとして電圧Ｅ０または−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。
【００２３】
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および３の相対的な磁化の方向が変化する。強磁性金属層がＣｏで非磁性金属層がＰｔの場合は、磁化方向が膜面に垂直方向であるが、同様に量子井戸準位を制御することが可能である。
【００２４】
図２は、保護膜４がない場合の多層膜４１の表面におけるポテンシャル障壁の高さ（ｅＶ）を金属探針５と多層膜４１の表面との距離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Ｊの大きさを計算例を示す図である。ポテンシャル障壁の高さを変化させることで、強磁性金属層１／非磁性金属層２／強磁性金属層３中に生じる量子井戸状態の閉じ込め条件が、界面での反射位相の変化を通じて変化する。ここで強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３はそれぞれＦｅ，Ａｕ，Ｆｅであり、各膜厚は、１．４３ｎｍ，２．０４ｎｍ，１．４３ｎｍである。
【００２５】
磁気的交換相互作用Ｊが正の場合は、強磁性金属層１および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。多層膜表面の仕事関数、金属探針５と多層膜４１表面との間の距離や電界を変化させることで、多層膜表面のポテンシャル障壁高さを０ｅＶ以上の適当な値に設定することが可能である。金属探針５と多層膜４１の表面との距離や電界を変化させることで、強磁性金属層３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、かつ、０．１ｍＪ／ｍ２程度の交換結合エネルギーの変化は強磁性金属層３の磁化の保持力を十分上回るものである。すなわち、金属探針５により強磁性金属層１および３の相対的な磁化の方向を書き換えることが十分可能であると言える。
【００２６】
図２において、ポテンシャル障壁高さが４．８ｅＶ付近において、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がほぼ零となっている。強磁性金属層３を鉄とすると、鉄の仕事関数は、ほぼ４．８ｅＶであるためＪはほぼ零になっている。
【００２７】
図１において、針が無くても既に４．８ｅＶになっているため、ポテンシャル障壁高さが４．８ｅＶ付近となるようにして、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がほぼ零となる範囲内で、目標電圧ｅ０を変化させて、金属探針５を多層膜４１表面に近付ける。この状態で、スイッチ１７または１８を選択的にオンとして電圧Ｅ０または−Ｅ０を印加する。スイッチ１７をオンとして、金属探針５の電位を正（電圧Ｅ０）にすると、ポテンシャル障壁の高さが実効的に低くなるために強磁性金属層１および３の相対的な磁化の方向は反平行な状態が安定となる。一方、スイッチ１８をオンとして、金属探針５の電位を負（電圧−Ｅ０）にすると、ポテンシャル障壁の高さが実効的に高くなるために強磁性金属層１および３の相対的な磁化の方向は平行な状態が安定となる。
【００２８】
図３は、このように金属探針５の電位Ｖを変化させたときの強磁性金属層１および３の相対的な磁化Ｍの方向を示す図である。強磁性金属層３には保持力があるため、磁化Ｍには図３のようなヒステリシスが生じ、金属探針５の電位Ｖを変化させることで磁化方向の書き込みをすることが可能である。図では、電圧Ｖが−Ｅ０で平行状態での記憶、電圧ＶがＥ０で反平行状態での記憶であることを示している。
【００２９】
なお、この書き込みは、金属探針５が多層膜４１表面に対して、ポテンシャル障壁高さが４．８ｅＶ付近となる位置に保持された状態で行なわれる。したがって、磁気記憶板５０の位置が変わったとき、すなわち、記憶領域のアドレスが変わったために、金属探針５がその書き込み位置に無い状態になっても、ポテンシャル障壁の高さは変わらないから、書き込み結果が影響を受けることは無い。
【００３０】
図２を参照して分かるように、ポテンシャル障壁高さが２．９ｅＶ付近においても、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はほぼ零である。したがって、ポテンシャル障壁高さが２．９ｅＶ付近でも、上述した、ポテンシャル障壁高さが４．８ｅＶ付近における電圧による書き込みおよびその記憶の保持作用を実現することができる。この場合にも、その書き込み位置に金属探針５がなくなっても、ポテンシャル障壁の高さが２．９ｅＶから変わらないように多層膜４１の表面の仕事関数を制御することが必要である。
【００３１】
上述の説明は、保護膜４がない場合についてのものであるが、保護膜４がある場合も、同様の結果を得ることができる。例えば、保護膜４がある場合は、磁気的交換相互作用Ｊがほぼ零となるようなポテンシャル障壁高さになるように各膜厚を設定するか、もしくは多層膜表面の仕事関数を制御する。多層膜表面の仕事関数の制御は、ＣｓやＢａ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属やそれらの酸化物などを多層膜表面に付着させることにより可能である。
【００３２】
（実施例２）
実施例２を図４を参照して説明する。図４と図１とを対比して容易に分かるように、実施例２においては、磁気記憶板５０は基板１００上に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よりなる多層膜４１の他に、基板１００と強磁性金属層１との間に反強磁性層５１が形成されている点においてのみ異なる。
【００３３】
実施例２においても、実施例１と同様に、図４の右半分の部分に示すように、強磁性金属層１および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参照符号８で示すように、非磁性金属層２中にほぼ閉じ込められる。磁化と反対方向の電子スピンを持つ電子の状態は参照符号７で示すように、多層膜４１中の全体に閉じ込められる。一方、図４の左半分の部分に示すように、強磁性金属層１および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参照符号９で示すように、膜１〜２中に閉じ込められ、あるいは、参照符号１０で示すように、膜２〜３中に閉じ込められる。
【００３４】
実施例２においては、反強磁性層５１が形成されているので、強磁性金属層１の磁化の方向が固定される点において実施例１と異なるだけで、金属探針５による書き込み実施例１と同じである。
【００３５】
（実施例３）
実施例３を図５を参照して説明する。実施例３では、保護膜４および強磁性層３は、各層の形成時にレジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去等の半導体製造技術によるリソグラフィー技術により、図５に示すように、保護膜４および強磁性層３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５３、５４が形成されている。ここで、非磁性金属層２、強磁性層１および反強磁性層１１も含めたナノピラーとしても良いが、ナノピラー形成による記憶特性の向上にはあまり貢献しない。
【００３６】
図５と図４とを対比して容易に分かるように、実施例３においては、個々の記憶単位となる領域がドット状にパターニングされており、記憶領域対応の柱状のナノピラー５３、５４が形成されている点においてのみ実施例２と異なる。ここで、ナノピラーと言うのは、平面上の大きさがｎｍ単位の直径あるいは四角のレベルの柱、と言う意味である。実施例３も、実施例１と同様、反強磁性層１１を持たないものとしても良い。
【００３７】
多層膜４１中のフェルミ準位近傍の電子は、実施例１および２で説明したと同様に、量子井戸状態を形成するが、実施例３では、これらがナノピラー５３、５４中に閉じ込められる点において実施例１および２とは異なる。形成した量子井戸状態がナノピラー５３、５４中に閉じ込められるので、隣接した記憶領域の影響を受けにくくなり、記憶特性は向上する。
【００３８】
ナノピラーは、現在の磁気記憶ディスクの記憶フォーマットに対応できるように、配列されて構成されるのが良い。また、各ピラー間は、図に示すように、間隙が残った形でも良いが、アルミナ等の絶縁体もしくはＳｉ等の半導体のように、磁性を持たない材料により間隙が埋められているのが良い。間隙が残った形では、記憶ビットの移動に応じて金属探針５がナノピラー間を渡るとき、金属探針５がこの間隙に追従する形となるから、金属探針５あるいはナノピラーを損傷する可能性があるので、移動速度を抑制されることになる。
【００３９】
（実施例４）
図６に実施例４の磁気記録装置の構成の概要を斜視図で示す。前述の各実施例の、反強磁性層５１、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３および保護膜４から成る多層膜４１を円板状記録媒体２０として形成する。多層膜４１に対向して設けられる金属探針５はアーム２３の先端部に設けられたスライダー２２の下部に取り付けられる。２４はアーム２３の回転支持軸である。一般の磁気ディスクと同様、円板状記録媒体２０をモータにより回転中心２１を軸として回転させると、スライダー２２は所定の距離だけ浮上する。したがって、金属探針５は多層膜４１に対向して、実施例１から３で説明したと同様に、ほぼ一定の距離をもって多層膜４１に対向する。
【００４０】
円板状記録媒体２０の基板側を導電性とし、金属探針５にアーム２３を介して電圧を付与することにより、実施例１から３で説明したと同様に、多層膜４１に電界を加えれば、多層膜４１に磁化方向の形で磁気記録を持たせることができる。円板状記録媒体２０の回転の制御と、金属探針５の位置の制御を、一般の磁気ディスクと同様に制御し、金属探針５の電位を記録信号に対応して制御すれば、一般の磁気ディスクと同様の磁気記録装置が実現できる。
【００４１】
一方、金属探針５により円板状記録媒体２０に書き込んだ磁化方向は、金属探針５と円板状記録媒体２０との間に流れる微少なトンネル電流によって読み取ることが可能である。これは、実施例１から３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円板状記録媒体２０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。図６には、トンネル電流を流すための手段およびこれを検出する手段について、具体的に例示しないが、例えば、図１に示す情報記録のための電圧源Ｅ０と同様に、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良い。
【００４２】
なお、実施例４の磁気記録装置でも、前述の各実施例同様、反強磁性層５１を持たないものとしても良いことは言うまでもない。
【００４３】
（実施例５）
図７に実施例５の磁気記録装置の構成の概要を斜視図で示す。図７において、２５はＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）である。他は実施例４のものと同じである。実施例５は、前述の実施例４における円板状記録媒体２０の磁化方向の読み取りをＧＭＲ素子に流す電流変化により行なう点において実施例４と異なるのみである。円板状記録媒体２０に対する金属探針５による磁化方向の書き込みは実施例４と同じである。ここで、ＧＭＲ素子２５の代わりにＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）を用いても良いことは言うまでもない。
【００４４】
なお、実施例５の磁気記録装置でも、前述の各実施例同様、反強磁性層５１を持たないものとしても良いことは言うまでもない。
【００４５】
（実施例６）
図８に実施例６の磁気記録装置の構成の概要を斜視図で示す。実施例６は、図６に示した実施例４の円板状記録媒体２０を実施例３（図５）で述べた反強磁性層５１、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３および保護膜４から成るナノピラー状の記憶単位５３，５４で構成した例を示すものであり、その他の構成要素は実施例４と同じである。図８中には、円板状記録媒体２０の一部領域２６を拡大した領域２７にナノピラー２８が回転中心２１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。
【００４６】
実施例６でも、アーム２３の先端に取り付けられたスライダー２２による揚力で金属探針５は円板状記録媒体２０と一定の間隔を維持するものであり、金属探針５は任意の位置のナノピラー２８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２８に書き込んだ磁化方向は、金属探針５とナノピラー２８との間に流れる微少なトンネル電流によって読み取ることが可能である。もっとも、実施例５のように、アーム２３の先端にＧＭＲ素子２５またはＴＭＲ素子を取り付けて、これで円板状記録媒体２０のナノピラー２８の磁化方向の読み取りをするものとしても良い。
【００４７】
なお、実施例６の磁気記録装置でも、前述の各実施例同様、反強磁性層５１を持たないものとしても良いことは言うまでもない。
【００４８】
（実施例７）
図９に実施例７の磁気記録装置の構成の概要を斜視図で示す。実施例７は、実施例２、３で述べた反強磁性層５１、強磁性金属層１、非磁性金属層２、強磁性金属層３および保護膜４から成る多層膜４１を用いた記録媒体４０と、実施例１から３で採用した金属探針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４０は実施例６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。
【００４９】
記録媒体４０は固定されている。記録媒体４０の多層膜４１を形成した面には基板３１が対向して設けられる。基板３１には板バネ６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６の先端部には金属探針５が設けられている。基板３１は可動機構３５により記録媒体４０の平面（Ｘ−Ｙ方向）内およびその垂直（Ｚ）方向に移動することができる。基板３１を記録媒体４０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単位の一つ前までである。ここでは、金属探針５と記録媒体４０の多層膜４１との距離の制御は省略したが、例えば、特許文献２の実施例ＶＩ，ＶＩＩに例示される光てこ式のＡＦＭによるものとすることができる。
【００５０】
各金属探針５には、電線３３と、信号処理回路３４が接続されており、記憶媒体４０と金属探針５との間に電界を印加することにより、記憶媒体４０の磁化方向の書き込みを行なうことができる。記憶媒体４０に書き込まれた磁化方向は、実施例４と同様、トンネル電流の変化により読み取ることができる。
【００５１】
なお、実施例７の磁気記録装置でも、前述の各実施例同様、反強磁性層５１を持たないものとしても良いことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、電界による高密度、低消費電力、非接触の磁化記録方法および装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の磁気記憶板５０とこれに対面して設けられる金属探針５およびその制御関連の構成を示す概念図。
【図２】保護膜４がない場合の多層膜４１の表面におけるポテンシャル障壁の高さ（ｅＶ）を金属探針５と多層膜４１の表面との距離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Ｊの大きさを計算例を示す図。
【図３】金属探針５の電位Ｖを変化させたときの強磁性金属層１および３の相対的な磁化Ｍの方向を示す図。
【図４】図１に示す磁気記憶板５０に反強磁性層５１を形成した磁気記憶板５０の例を示す図。
【図５】図４に示す磁気記憶板５０の保護膜４および強磁性層３をドット状にパターニングした例を示す図。
【図６】本発明による実施例４の磁気記録装置の構成の概要を示す斜視図。
【図７】本発明による実施例５の磁気記録装置の構成の概要を示す斜視図。
【図８】本発明による実施例６の磁気記録装置の構成の概要を示す斜視図。
【図９】本発明による実施例７の磁気記録装置の構成の概要を示す斜視図。
【符号の説明】
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…板バネ、７…量子井戸状態、８…量子井戸状態、９…量子井戸状態、１０…量子井戸状態、１１…ホルダ、１２…半導体レーザ、１３…ポジションセンサ、１４…加算回路、１５…制御回路、１６…ピエゾ素子、１７，１８…スイッチ、２１…媒体回転軸、２２…スライダー、２３…アーム、２４…アーム回転軸、２５…ＧＭＲ（ＴＭＲ）読み出し素子、２６…記憶媒体の一部、２７…記憶媒体２６の拡大部、２８…ナノピラー、３０…記憶媒体、３１…探針基板、３２…金属探針、３３…電線、３４…信号処理回路、３５…可動機構、４０…記憶媒体、４１…多層膜、５０…磁気記憶板、５３，５４…柱状のナノピラー、１００…基板。
【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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