(57)【要約】【課題】  電子のスピン依存散乱を利用して、高密度・大容量の磁性記録媒体およびデータ再生装置及びデータ再生方法を提供する。【解決手段】  半導体チップ１１１ａに非磁性金属層１１３がキャッピングされて形成されたショットキー接合を通じて熱電子を放出する探針１１１と、基板１１５ｄと、第１磁性層１１５ｃと、非磁性層１１５ｂと、第１磁性層１１５ｃの磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層１１５ａと、を備える磁性記録媒体１１５と、探針１１１が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部１１７と、第１および第２磁性層１１５ａ，１１５ｃの磁化方向が平行状態または反平行状態であることによって相違する電流値を検出して磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部１１９と、を備えることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上部に位置する第１磁性層と、
前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、
前記非磁性層の上部に位置し、磁化方向が前記第１磁性層の磁化方向に対し平行方向または反平行方向となるように変化する第２磁性層と、を備えることを特徴とする磁性記録媒体。
【請求項２】
前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項３】
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項４】
前記第１および第２磁性層は、層の一部または全体がパターニングされたことを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項５】
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなる薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項６】
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項７】
前記非磁性層は、非磁性金属層であることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項８】
前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングするオキサイド層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の磁性記録媒体。
【請求項９】
前記非磁性層は、オキサイド層であることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項１０】
前記第１磁性層の下部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項１１】
前記第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁性記録媒体。
【請求項１２】
半導体チップに非磁性金属層がキャッピングされたショットキー接合を通じて熱電子を放出する探針と、
基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、
前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、
前記第１および第２磁性層の磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相違する電流値を示す電流が検出されて前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えること、を特徴とするデータ再生装置。
【請求項１３】
熱電子を放出する半導体チップを備える探針と、
基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、
前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、
前記第１および第２磁性層の磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相違する電流値を示す電流が検出されて前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置。
【請求項１４】
電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層がキャッピングされた半導体チップを備える探針と、
基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、
前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、
前記第１および第２磁性層の磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相違する電流値を示す電流が検出されて前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置。
【請求項１５】
前記第１磁性層の下部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項１６】
前記第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項１７】
前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項１８】
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層であることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項１９】
前記第１および第２磁性層は、層の一部または全体がパターニングされたことを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項２０】
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなる薄膜層であることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項２１】
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項２２】
前記非磁性層は、非磁性金属層であることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のうち何れか１項に記載のデータ再生装置。
【請求項２３】
電子を放出する導電性チップを備える探針と、
基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層と、前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層と、を備える磁性記録媒体と、
前記探針が電子を放出するように電圧を印加する制御部と、
前記第１および第２磁性層の磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相違する電流値を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置。
【請求項２４】
電子を放出する導電性チップを備える探針と、
基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層と、前記オキサイド層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に対して平行方向または反平行方向に磁化した第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、
前記探針が電子を放出するように電圧を印加する制御部と、
前記第１および第２磁性層の磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相違する電流値を示す電流が検出されて前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置。
【請求項２５】
前記第１磁性層の下部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項２６】
前記第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項２７】
前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項２８】
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層であることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項２９】
前記第１および第２磁性層は、層の一部または全体がパターニングされたことを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項３０】
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなる薄膜層であることを特徴とする 請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項３１】
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のデータ再生装置。
【請求項３２】
探針を通じて熱電子を磁性記録媒体に注入する第１段階と、
前記熱電子が前記磁性記録媒体の第１および第２磁性層の平行または反平行した磁化方向に沿って散乱されて生成する電流を検出する第２段階と、
前記電流が基準値を超えれば第１二進値に設定し、基準値以下であれば第２二進値に設定して前記磁性記録媒体のデータを再生する第３段階と、を含むことを特徴とするデータ再生方法。
【請求項３３】
前記磁性記録媒体は、
基板と、
前記基板の上部に位置する第１磁性層と、
前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、
前記非磁性層の上部に位置し、磁化方向が前記第１磁性層の磁化方向に対し平行方向または反平行方向となるように変化する第２磁性層と、を備えることを特徴とする請求項３２に記載のデータ再生方法。
【請求項３４】
前記磁性記録媒体は、
前記第１磁性層の下部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載のデータ再生方法。
【請求項３５】
前記磁性記録媒体は、
前記第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項３３記載のデータ再生方法。
【請求項３６】
前記探針は、ショットキー接合をなすように非磁性金属層がキャッピングされた半導体チップを有することを特徴とする請求項３２に記載のデータ再生方法。
【請求項３７】
前記探針は、電子がトンネリングして熱電子に形成されるオキサイド層がキャッピングされた半導体チップを有することを特徴とする請求項３２に記載のデータ再生方法。
【請求項３８】
前記探針は、熱電子を放出する半導体チップを有することを特徴とする請求項３２に記載のデータ再生方法。
【請求項３９】
前記磁性記録媒体は、
前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載のデータ再生方法。
【請求項４０】
前記探針は、導電性チップを有することを特徴とする請求項３９に記載のデータ再生方法。
【請求項４１】
前記非磁性層は、電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層であることを特徴とする請求項３３に記載のデータ再生方法。
【請求項４２】
前記探針は、導電性チップを有することを特徴とする請求項４１に記載のデータ再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性記録媒体および磁性記録媒体のデータ再生装置およびデータ再生方法に係り、さらに詳細には電子のスピン依存散乱を利用した磁性記録媒体および磁性記録媒体のデータ再生装置およびデータ再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のデータ記録・再生装置において磁性記録媒体を記録媒体として使用する場合、大きく２つの方法により磁性記録媒体のデータが再生される。まず、第一の方法は、磁性記録媒体から放出される磁場を検出する方法であり、第二の方法は光磁気効果を利用する方法である。近年、磁性記録媒体における記録密度の向上に伴って、データ記録の最小単位であるビットのサイズが小さくなることによって生じる種々の技術的な問題点が、前記した二つの方法において指摘されている。
【０００３】
例えば、磁性記録媒体から放出される磁場を検出してデータを再生する第一の方法のおいては、ビットのサイズが減少するのにあわせて磁場センサのサイズも縮小させる研究が進まれているが限界が存在する。また、ビットのサイズが小さくなることは、検出される出力信号の感度も低下することになり、再生時に信号強度を増幅させるにも限界がある。そして、光磁気効果を利用した第二の方法においては、光の波長によってビットの集積度が制限されるため、記録密度の向上に限界がある。
以上述べた、従来技術の技術的な問題点を克服するために、スピン分極された電子を使用するデータ記録・再生装置および方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
図１は前記特許文献１に開示されたデータの記録装置を示す断面図である。図１を参照して、特許文献１に開示されたデータ記録装置について説明する。
従来のデータ記録装置は、制御装置１、チップ２ｂを有するスピン分極された電子ソース４０、エキストラクタ４、コリメータ６，７，９、静電型レンズ１０，１１，１２および、絶縁素子５，８を備える。前記データ記録装置は、また、ブランキング素子１３、精密なマイクロ偏向器１４，１５、電子検出器１６、データ記録層１７および基板１８を備える。
【０００５】
制御装置１は、Ａｄｄｒｅｓｓ ＩｎおよびＤａｔａ Ｉｎを介して外部装置からの制御信号およびデータを受信し、プロトコルに基づき処理した後、Ａｄｄｒｅｓｓ ＯｕｔおよびＤａｔａ Ｏｕｔを介して外部装置に応答信号およびデータを再び送信する。
【０００６】
電子ソース４０は、スピン分極された電子３を放出し、このスピン分極された電子３は、チップ２ｂにより集束される。
エキストラクタ４は、スピン分極された電子３をチップ２ｂから抽出し、コリメータ６，７，９はスピン分極された電子３をスピン分極された電子ビーム１９にコリメートする。
静電型レンズ１０，１１，１２は、スピン分極された電子ビーム１９をフォーカシングする。
マイクロ偏向器１４，１５は、内部に生成される磁場の作用により電子ビーム１９を、偏向させ、データが記録されるデータ記録層１７上に照射にさせる。
【０００７】
データ記録層１７は、複数の整列領域２２を含み、絶縁体２８によってデータ記録層１７から絶縁される導電部材２７を備える。
制御装置１で出力された電圧Ｖ1は、電子ソース４０に印加され、スピン分極された電子３を放出させる。次に、印加される電圧Ｖ2〜Ｖ5によりスピン分極された電子ビーム１９には、所望の特性が与えられる。そして、制御装置１から出力された電圧Ｖ6〜Ｖ8は、静電型レンズ１０，１１，１２に印加され、スピン分極された電子ビーム１９が通過するレンズ開口部分に電場を生成する。次に、電圧Ｖ12〜Ｖ19は、制御装置１によってスチグマトール素子２５の一端に印加される。
【０００８】
制御装置１から電子ソース４０に印加される信号Ｓ19により、電子３のスピン分極方向が決定される。そして、マイクロ偏向器１４，１５に印加される信号Ｓ2〜Ｓ17により電子ビーム１９が偏向される。さらに、制御装置１からブランキング素子１３に信号Ｓ1を印加し、信号Ｓ18，Ｓ20を交互に検出することによりデータが再生されることになる。
【０００９】
前記した特許文献１に開示されたデータの記録・再生装置においては、電子ビームの径を微小に絞った上で特定のデータ記録領域に照射させる必要から、駆動電圧を高精度に調節する必要があり、装置に高度の制御性が要求される。さらに、データの記録領域は、非伝導性を有していることから、電子ビームが照射しても出力される検出信号の感度が弱く検出が難しい。
【特許文献１】米国特許第６,３０４,４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した問題点を改善するためのものであって、電子のスピン依存散乱現象を利用した高密度・大容量の磁性記録媒体と、探針により電子を注入することにより前記磁性記録媒体に記録されたデータを高速に再生するデータ再生装置およびデータ再生方法と、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を達成するために本発明は、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置し、磁化方向が前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行するように変化する第２磁性層と、を備えることを特徴とする磁性記録媒体を提供する。
【００１２】
前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有する。
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層、あるいは層の一部または全体がパターニングされうる。
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなりうる。
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなりうる。
前記非磁性層は、非磁性金属層、あるいはオキサイド層である。
前記第１磁性層の下部または第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えうる。
前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングするオキサイド層をさらに備えうる。
【００１３】
前記課題を達成するために本発明は、半導体チップに非磁性金属層がキャッピングされたショットキー接合を通じて熱電子を放出する探針と、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行した磁化方向を有する第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、前記第１および第２磁性層の磁化方向の平行または反平行状態によって変化する前記記録媒体の電流を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置を提供する。
【００１４】
前記課題を達成するために本発明は、また、熱電子を放出する半導体チップを備える探針と、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行した磁化方向を有する第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、前記第１および第２磁性層の磁化方向の平行または反平行配列によって変化する前記基板からの出力電流を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置を提供する。
【００１５】
前記課題を達成するために本発明は、また、電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層がキャッピングされた半導体チップを備える探針と、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向と平行または反平行した磁化方向を有する第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、前記探針が熱電子を放出するように電圧を印加する制御部と、前記第１および第２磁性層の磁化方向の平行または反平行状態によって変化する前記記録媒体の電流を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置を提供する。
【００１６】
前記第１磁性層の下部または第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えうる。
ここで、前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有する。
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層、あるいは層の一部または全体がパターニングされうる。
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなりうる。
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなりうる。
前記非磁性層は、非磁性金属層である。
【００１７】
前記課題を達成するために本発明は、また、電子を放出する導電性チップを備える探針と、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行した磁化方向を有する第２磁性層および、前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層と、を備える磁性記録媒体と、前記探針が電子を放出するように電圧を印加する制御部と、前記第１および第２磁性層の磁化方向の平行または反平行状態によって変化する前記記録媒体の電流を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置を提供する。
【００１８】
前記課題を達成するために本発明は、また、電子を放出する導電性チップを備える探針と、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層と、前記オキサイド層の上部に位置して前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行した磁化方向を有する第２磁性層と、を備える磁性記録媒体と、前記探針が電子を放出するように電圧を印加する制御部と、前記第１および第２磁性層の磁化方向の平行または反平行状態によって変化する前記記録媒体の電流を検出して前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生する測定部と、を備えることを特徴とするデータ再生装置を提供する。
【００１９】
前記第１磁性層の下部または第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えうる。
前記第１および第２磁性層は、水平磁気異方性または垂直磁気異方性を有する。
前記第１および第２磁性層は、連続的な薄膜層、あるいは層の一部または全体がパターニングされうる。
前記第１および第２磁性層は、ビットがナノ粒子よりなりうる。
前記第１および第２磁性層は、複数の磁性層よりなりうる。
【００２０】
本発明はまた、前記課題を達成するために、探針を通じて熱電子を磁性記録媒体に注入する第１段階と、前記熱電子が前記磁性記録媒体の第１および第２磁性層の平行または反平行した磁化方向によって散乱されて生成する電流を検出する第２段階と、前記電流が基準値を超えれば第１二進値に設定し、基準値以下であれば第２二進値に設定して前記磁性記録媒体のデータを再生する第３段階と、を含むことを特徴とするデータ再生方法を提供する。
【００２１】
ここで、前記磁性記録媒体は、基板と、前記基板の上部に位置する第１磁性層と、前記第１磁性層の上部に位置する非磁性層と、前記非磁性層の上部に位置して、磁化方向が前記第１磁性層の磁化方向に平行または反平行するように変化する第２磁性層と、を備える。
【００２２】
前記磁性記録媒体は、前記第１磁性層の下部または第２磁性層の上部に非磁性金属層をさらに備えうる。
前記探針は、ショットキー接合をなすように非磁性金属層がキャッピングされた半導体チップを有するか、または電子がトンネリングして熱電子に形成されるオキサイド層がキャッピングされた半導体チップを有しうる。または、前記探針は熱電子を放出する半導体チップを有しうる。
【００２３】
この場合、前記磁性記録媒体は、前記第２磁性層の上部に電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層をさらに備えうる。
前記探針が導電性チップを有する場合、前記非磁性層は電子がトンネリングして熱電子に変化するオキサイド層を有しうる。
前記探針は、導電性チップを有しうる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の磁性記録媒体は、第1および第２磁性層の磁化方向の関係を平行状態または反平行状態となるように形成させて大容量のメモリとなるように構成される。そして、探針を利用するデータ再生装置においては、この探針のサイズによってデータの集積度（記録密度）が主に決定される。本発明のデータ再生装置およびデータ再生方法は、探針から第２磁性層の表面に熱電子を注入した後、検出される電流値が、スピン依存散乱現象により二値的に分別される現象を利用するものである。よって、データ再生装置に備わる探針が、サイズをナノメータレベルとして、さらに、探針に電子の注入する機能を付加して形成されれば、数ナノメータサイズのビットデータが読取れて、かつ、製造の容易な探針となる。また、電流検出方式であるので、高速にデータを再生でき、周辺回路および全体システム構成が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第1実施形態）
以下、本発明の実施形態における磁性記録媒体、データ再生装置およびデータ再生方法に関し、図面を参照して詳細に説明する。
図２は本発明の第１実施形態における磁性記録媒体およびこれを再生するデータ再生装置を簡略に示す構成図である。
【００２６】
第１実施形態における磁性記録媒体は、基板１１５ｄと、この基板１１５ｄの上面に積層され、水平磁気異方性の連続ビットを有する第１磁性層１１５ｃと、この第１磁性層１１５ｃの上面に積層される非磁性金属層１１５ｂと、この非磁性金属層１１５ｂの上面に積層され、第１磁性層１１５ｃの磁化方向に対し、平行方向または反平行方向に磁化した水平磁気異方性の連続ビットを有する第２磁性層１１５ａとを備える。ここで、非磁性金属層１１５ｂは接地されている。さらに、第１および第２磁性層１１５ｃ，１１５ａは、一部または全体がパターニングされうる。そして、基板１１５ｄは半導体基板である。
【００２７】
第１実施形態における磁性記録媒体を再生するデータ再生装置は、半導体チップ１１１ａに非磁性金属層１１３がキャッピングされ、ショットキー接合が形成されている探針１１１と、この探針１１１が熱電子を放出するように探針１１１に所定の電圧を印加する制御部１１７と、探針１１１を介して熱電子が磁性記録媒体１１５に注入され、このときの電流値を検出して磁性記録媒体１１５に記録されたデータを再生する測定部１１９と、を備える。ここで、半導体チップ１１１ａは、カンチレバー１１１ｂの先端に位置し、探針１１１は、制御部１１７の信号によって移動する。
【００２８】
探針１１１に陰極を連結すれば、陰極から放出される電子が探針１１１の半導体チップ１１１ａに注入される。そして、半導体チップ１１１ａと半導体チップ１１１ａの頭部にキャッピングされた非磁性金属層１１３との間がショットキー接合されていることにより、半導体チップ１１１ａと非磁性金属層１１３との界面にはエネルギ障壁すなわちショットキー障壁が形成される。一方で、半導体チップ１１１ａから放出された電子は、前記ショットキー障壁を通過すると、フェルミエネルギ準位より１ｅＶ程度高いエネルギを有する非平衡な熱電子に変換される。次に、この熱電子は、探針１１１から放出され磁性記録媒体１１５の表面に注入される。そして、この熱電子は、散乱しながら磁性記録媒体１１５を通過するが、この散乱の程度は、この熱電子のスピン状態と第１および第２磁性層１１５ｃ，１１５ａの磁化方向との関係に左右される。
【００２９】
これは、第１および第２磁性層１１５ｃ，１１５ａを通過する熱電子の散乱は、この熱電子の運動量だけでなくエネルギ変化が伴う弾性または非弾性散乱を呈することによる。そして、熱電子のスピンと磁性記録媒体１１５の磁化方向とが同じである場合は、散乱が少ないが、磁化方向が相異なる場合には散乱が増大して熱電子のエネルギが顕著に減少する。一方、第１磁性層１１５ｃと基板１１５ｄとの界面にはエネルギ障壁が形成されており、散乱を多く繰り返した熱電子は前記エネルギ障壁を越えられず、散乱の繰返しが少ない熱電子は前記エネルギ障壁を越えることが可能である。このため、検出される電流は、相異する二値の電流量として表わされることになる。
【００３０】
第１磁性層１１５ｃと第２磁性層１１５ａとの特定ビットが互いに平行方向に磁化している場合は、一方向にスピン方向がそろった熱電子が第１磁性層１１５ｃと第２磁性層１１５ａとを全て通過するので測定部１１９で検出される電流量が多くなる。これに対し、第１磁性層１１５ｃと第２磁性層１１５ａとの特定ビットが互いに反平行方向に磁化している場合は、全ての熱電子は各々そのスピンとは磁化方向が反対である磁性層を通過するので散乱により測定部１１９で検出される電流量は減少する。そして、測定部１１９で検出される電流量が所定基準値より大きい場合に第1二進値「１」とし、基準値より小さな場合に第２二進値「０」とするか、または値を逆に設定すれば、磁性記録媒体１１５の所定領域に記録されたデータが再生される。ここで、磁性記録媒体上のデータの再生は、磁性記録媒体の磁化の方向が互いに逆方向であっても実行可能である。
【００３１】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態による磁性記録媒体とこれを再生するデータ再生装置とを簡略に示す構成図である。
図３に示すように、本発明の第２実施形態による磁性記録媒体１２５は、基板１２５ｄの上面に第１磁性層１２５ｃ、非磁性金属層１２５ｂおよび、第２磁性層１２５ａが順に積層されており、第１および第２磁性層１２５ｃ，１２５ａは垂直磁気異方性を有する連続的な薄膜層に形成される。ここで、第１および第２磁性層１２５ｃ，１２５ａは、一部または全体がパターニングされうる。
【００３２】
本発明の第２実施形態によるデータ再生装置は、本発明の第１実施形態によるデータ再生装置と同様に探針１２１と、この探針１２１に電圧を印加する機能およびカンチレバー１２１ｂの位置を移動させる信号を出力する機能を有する制御部１１７と、磁性記録媒体１２５を通過する熱電子の散乱程度によって変わる電流量を検出してデータを再生する測定部１１９と、を備える。ただし、第１実施形態によるデータ再生装置に備わる探針１１１と比較して、探針１２１は、ショットキー接合の代わりにチップ１２１ａの頭部にオキサイド層１２３が薄くキャッピングされて、電子がこのオキサイド層１２３をトンネリングすることによって熱電子が生成する点において相異する。
【００３３】
本発明の第２実施形態によるデータ再生装置を利用してデータを再生する方法も、本発明の第１実施形態によるデータ再生装置と同様に、第１磁性層１２５ｃと第２磁性層１２５ａとの磁化方向が平行状態または反平行状態であるかに依存する熱電子の電流量を検出する方法を利用する。すなわち、特定のスピン状態の熱電子に関し、第１磁性層１２５ｃと第２磁性層１２５ａとの磁化方向が平行状態にある場合は散乱の程度が小さく、第１磁性層１２５ｃと第２磁性層１２５ａとの磁化方向が反平行状態にある場合は散乱の程度が大きくなる。このような散乱程度によって測定される電流量を二値的に取り扱うことにより１または０のデータに対応させて磁性記録媒体１２５に記録されたデータを再生する。なお、電流の方向が逆方向に印加されていたとしても、磁性記録媒体のデータを同様にして再生することができる。
【００３４】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態による磁性記録媒体とこれを再生するデータ再生装置とを簡略に示す構成図である。
図４に示すように、本発明の第３実施形態による磁性記録媒体１３５は、基板１３５ｄと、この基板１３５ｄの上面に順に積層される第１磁性層１３５ｃ、非磁性金属層１３５ｂおよび、第２磁性層１３５ａを備える。
第１磁性層１３５ｃおよび第２磁性層１３５ａは、本発明の第１および第２実施形態の磁性記録媒体１１５，１２５における場合と異なり、連続的な薄膜層ではないナノ粒子がビートを形成しており、垂直磁気異方性を有している。ナノ粒子を有する第１および第２磁性層１３５ｃ，１３５ａは、真空蒸着法または化学的な方法を通じて形成される。
【００３５】
ここで、化学的な方法とは、例えば、Ｐｔ（ａｃａｃ）2（ａｃａｃ＝acetylacetonate，ＣＨ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）をジオールに還元させ、Ｆｅ（ＣＯ）5を高温で分解してＦｅＰｔナノ粒子を形成した後、熱処理を通じてＦｅＰｔ磁性層を形成する方法により第１および第２磁性層１３５ｃ，１３５ａを形成することである。
【００３６】
本発明の第１〜第３実施形態による磁性記録媒体１１５，１２５，１３５の第１磁性層１１５ｃ，１２５ｃ，１３５ｃの下部または第２磁性層１１５ａ，１２５ａ，１３５ａの上面には非磁性金属層がさらに形成されてもよい。また、本発明の第１〜第３実施形態による磁性記録媒体１１５，１２５，１３５の第１磁性層１１５ｃ，１２５ｃ，１３５ｃまたは第２磁性層１１５ａ，１２５ａ，１３５ａは複数の磁性層で形成されていてもよい。
【００３７】
本発明の第３実施形態によるデータ再生装置は、半導体チップ１３１ａとこの半導体チップ１３１ａが末端に設けられたカンチレバー１３１ｂを有する探針１３１とを備える。制御部１１７と測定部１１９との機能は、本発明の第１および第２実施形態によるデータ再生装置で前述した通りである。なお、電流の方向が逆方向に印加されていたとしても、磁性記録媒体のデータを同様にして再生することができる。
【００３８】
制御部１１７は、探針１３１に所定電圧を印加することによって、フェルミエネルギ準位よりエネルギが高い熱電子をチップ１３１ａから放出させるものである。そして、第１磁性層１３５ｃおよび第２磁性層１３５ａを通過する熱電子の散乱の程度は、ナノ粒子からなる各ビットの磁化方向が平行状態であるか、または反平行状態であるかによって相異する。本発明の第３実施形態によるデータ再生装置を利用したデータ再生方法は、本発明の第１および第２実施形態によるデータ再生装置を利用したデータ再生方法と同じである。
【００３９】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態による磁性記録媒体とこれを再生するデータ再生装置とを簡略に示す構成図である。
図５に示すように、本発明の第４実施形態による磁性記録媒体は、基板１４５ｄと、この基板１４５ｄの上面に順に積層される第１磁性層１４５ｃと、非磁性金属層１４５ｂと、第２磁性層１４５ａと、オキサイド層１４４とを備える。
第１磁性層１４５ｃおよび第２磁性層１４５ｄは、水平磁気異方性を有して薄膜層の一部がパターニングされている。オキサイド層１４４は電子がトンネリングして熱電子に生成されるトンネルとして機能する。
【００４０】
本発明の第４実施形態によるデータ再生装置は、導電性チップ１４１ａとカンチレバー１４１ｂとを備える探針１４１を備える。そして、導電性チップ１４１ａを通じて放出される電子はオキサイド層１４４をトンネリングするとエネルギが増加して熱電子に変化する。なお、制御部１１７と測定部１１９の機能は、本発明の第１および第２実施形態によるデータ再生装置で前述したものと同じであり、磁性記録媒体１４５に記録されたデータを再生する方法も同じである。
【００４１】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態による磁性記録媒体およびこれを再生するデータ再生装置を簡略に示す構成図である。
図６に示すように、本発明の第５実施形態による磁性記録媒体は、基板１５５ｄと、この基板１５５ｄの上面に積層される第１磁性層１５５ｃと、この第１磁性層１５５ｃの上面に積層されるオキサイド層１５４と、このオキサイド層１５４の上面に積層される第２磁性層１５５ａとを備える。ここで、第１磁性層１５５ｃおよび第２磁性層１５５ａにおいて、垂直磁気異方性を有する薄膜層の一部は、パターニングして形成されている。
【００４２】
本発明の第５実施形態による磁性記録媒体を再生するデータ再生装置は、図５に示された第４実施形態のデータ再生装置に同じである。第５実施形態によるデータ再生装置によりデータを再生する方法は、第４実施形態のデータ再生装置における方法と同様であり、導電性チップ１４１ａを通じて放出される電子はオキサイド層１５４をトンネリングするとエネルギが増加して熱電子に変化する。なお、制御部１１７と測定部１１９との機能は、本発明の第１および第２実施形態によるデータ再生装置で前述したものと同じであり、磁性記録媒体１５５に記録されたデータを再生する方法も同じである。
【００４３】
本発明の第１〜第４実施形態による磁性記録媒体は、第１および第２磁性層を複数の磁性薄膜層で構成させることが可能であり、前述したような同じデータ再生方法を適用して所定の基準値より大きい電流値を１（または０）に設定し、基準値より小さな電流値を０（または１）に設定できる。
【００４４】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは本発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されなければならない。
例えば、当業者ならば、本発明の技術的思想によって複数の磁性層の平行状態または反平行状態によって電子がスピン散乱されることによって検出される電流値を、二値的ではなく、マルチレベルに検出可能にして大容量のデータを記録できる。よって、本発明の技術的範囲は説明された実施形態によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、平行方向または反平行方向に磁化した少なくとも二つの磁性層を備える磁性記録媒体を提供し、探針から放出される熱電子を前記磁性記録媒体に注入させて、電子のスピン依存散乱現象によって電流値の相異する電流を検出することによって前記磁性記録媒体に記録されたデータを再生するデータ再生装置およびデータ再生方法に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来のデータ記録装置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による磁性記録媒体およびデータ再生装置を示す構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態による磁性記録媒体およびデータ再生装置を示す構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態による磁性記録媒体およびデータ再生装置を示す構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態による磁性記録媒体およびデータ再生装置を示す構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態による磁性記録媒体およびデータ再生装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１１      探針
１１１ａ    半導体チップ
１１１ｂ    カンチレバー
１１３      非磁性金属層
１１５      磁性記録媒体
１１５ａ    第２磁性層
１１５ｂ    非磁性金属層
１１５ｃ    第１磁性層
１１５ｄ    基板
１１７      制御部
１１９      測定部
【図１】
2004199857.tif 000003
【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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