(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱アシスト磁気記録のための近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）と、光を照射することによって該近接場トランスデューサを加熱するための光源とを含み、ＮＦＴが高耐熱性プラズモニック遷移金属窒化物のみを含む１以上のセラミックプラズモニック材料とキャップ層とを含み、当該キャップ層が誘電性二元化合物からなり、当該キャップ層は近接場の放射熱伝達を向上する装置において、
前記近接場トランスデューサのプラズモニック材料が、不活性ガス環境で作動するように密閉されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記１以上のセラミックプラズモニック材料が、ＴｉＮＸ、ＺｒＮＸ、ＨｆＮＸ、ＴａＮＸ、ＶＮＸ、ＴｉＡｌＸＮｙ、ＴｉＺｒＸＮｙ（式中、「ｘ」および「ｙ」は０〜１である）およびこれらの組合せを含む金属窒化物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記セラミックプラズモニック材料が、高耐熱性プラズモニック材料であり、該高耐熱性プラズモニック材料が熱源としてかつ磁気層を直接加熱するための磁場増強部材として機能することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記キャップ層が酸化バリアであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光源と前記セラミックプラズモニック材料との間にセラミックプラズモン導波路部分をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記導波路部分がテーパ状誘電性導波路であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
データ保存のために局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を用いて熱アシスト磁気記録を行う方法であって、
導波路を通して、高耐熱性プラズモニック遷移金属窒化物のみを含むセラミックプラズモニック材料から作製されたナノ構造体端部と該セラミック材料を被覆する誘電性材料からなる保護層とを含む近接場トランスデューサへと光線を送ること、
該ナノ構造体端部において、表面プラズモンにより局所加熱を発生させること、および該近接場トランスデューサの加熱された端部と記録ディスクとの間に空気潤滑面を介してインターフェースを形成させることにより、磁気記録を可能とする方法において、
保護層の厚さは窒化物材料の酸化を防ぐために、０．１〜２５ｎｍである
ことを含む方法。
【請求項８】
前記セラミックプラズモニック材料が、ＴｉＮＸ、ＺｒＮＸ、ＨｆＮＸ、ＴａＮＸ、ＶＮＸ、ＴｉＡｌＸＮｙ、ＴｉＺｒＸＮｙ（式中、「ｘ」および「ｙ」は０〜１である）およびこれらの組合せを含む金属窒化物を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記局所加熱の作動機構が、照射熱の集束、ナノスケール伝導加熱、および光閉じ込めの３つすべての組合せであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
近接場トランスデューサは導波路に取り付けられ、保護層は上記導波路に取り付けられた近接場トランスデューサの反対側において近接場トランスデューサを被覆している、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
保護層が近接場の放射熱伝達を向上する、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
保護層が炭窒化チタンの層である、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
保護層はＡｌＮ又はＳｉＮである、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
保護層は誘電性二元化合物である、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年６月７日に出願された米国特許仮出願第６１／８３２，６８９号および２０１４年２月１３日に出願された米国特許仮出願第６１／９３９，５６３号に基づく優先権を主張するものであり、これらの文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明はプラズモニクス分野に関し、具体的には、生物センシング、化学センシング、医薬、光通信、イメージング、光捕集、エネルギー変換、データ保存、ナノ加工、およびその他の用途における、ＨＡＭＲ（熱アシスト磁気記録）のためのプラズモニクスに関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズモニクスは、金属中で自由電子プラズマと光とが結合することにより生じる電荷振動の表面波に基づき、これはプラズモンと呼ばれる。プラズモンは一般的に電磁場の著しい増強を伴い、これは様々な用途に応用する際の重要な特徴となっている。
【０００４】
プラズモンは、金属表面または負の誘電率（動作スペクトル領域内においてε＜０）を有する他の材料の表面のみに見られ、表面プラズモンと呼ばれることが多い。したがって、金属（または動作スペクトル領域内においてε＜０の他の材料）は、プラズモン装置に必須の構成要素であり、プラズモン装置に使用される金属の光学特性によってその装置の性能が決まる。しかし、金属は光損失が大きいという特徴があり、それによって現在のプラズモン装置の性能が制限されている。
【０００５】
金および銀は、金属の中でも光損失が最も小さいため、プラズモン装置に使用する金属として従来選択されてきた。しかしながら、金および銀は、その特性に関して様々な問題を有するため、プラズモン装置を作製したりプラズモン装置に一体化させる材料として最も適するものではない。第１の問題点としては、金および銀の光損失は小さいものの、無視できるものではないことが挙げられる。金では、可視領域においてバンド間吸収が生じるため光損失が比較的大きくなる。また、金および銀は、特定の用途に適するようにその光学特性を適合、調整または調節することができない。第２の問題点として、プラズモン装置で必要とされることが多い超薄膜またはナノ構造を金および銀を使用して作製することが難しいことが挙げられる。また、これらの金属をナノスケールレベルでパターニングすると、さらなる光損失が生じる。第３の問題点として、金および銀は高温下で熱に不安定であり、特にナノ構造化した場合にこれは顕著である。第４の問題点として、銀は化学的に不安定であり、様々な用途（例えばセンシング）において問題が生じることが挙げられる。第５の問題点として、金および銀はいずれもＣＭＯＳと適合せず、ＣＭＯＳを用いたナノ電子装置とプラズモン装置との一体化が難しいことが挙げられる。
【０００６】
金および銀に関してこのような問題があることから、プラズモニクスを科学知識から実用可能な技術へと発展させることには大きな制約がある。したがって、プラズモニクス技術をさらに発展させるために、新たなプラズモニック材料が必須である。
【０００７】
Ｚｈａｏら（以下「Ｚｈａｏ」）による米国特許第８，４２７，９２５号は、新たなプラズモニック材料を使用した技術の一例である。プラズモニック材料の機能は、ナノ粒子の大きさやナノ粒子間の距離などのナノスケールレベルでの特徴に左右される。ＺｈａｏはＴｉＮなどの成分を金に加えることによって機械的安定性を向上させているが、本発明では、機械的安定性の向上のみならず、ナノ要素が長期間にわたって自体の形状を保つとともに、光学的に安定して機能するというさらなる改良を加えている。このような本発明の特徴は、単なる機械的安定化以上の改良を実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】目的の部分のみを示したハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の概略図である。
【０００９】
【図２】スライダを保持するヘッド／ジンバルアセンブリの概略図である。
【００１０】
【図３】ＨＡＭＲを使用したＨＤＤの読取り／書込みヘッドの重要な部品である。
【００１１】
【図４】近接場トランスデューサと導波路とのインターフェースの概略図である。
【００１２】
【図５】ＮＦＴの先端部として採用可能な２種の設計（ａ）および（ｂ）である。
【００１３】
【図６】近接場光の集束および局所加熱のためのプラズモン開口またはプラズモニックナノ粒子もしくはプラズモニックナノ構造である。
【００１４】
【図７（ａ）】半径１５ｎｍの球状プラズモニックナノ粒子の吸収断面積を示すグラフである。
【００１５】
【図７（ｂ）】特定の１種類の球状ＴｉＮナノ粒子の二極磁場分布である。
【００１６】
【図８】酸化防止保護層で覆われたセラミックプラズモン近接場トランスデューサである。この構造は、光結合を向上させるために導波路の端部に取り付けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）のための装置であって、セラミックプラズモニック材料で作製された近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）と光源とを含み、近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）が、２５ｎｍ未満の厚さの外層で保護されていることを特徴とする装置を開示する。この外層は、ＮＦＴを酸化、応力および熱から保護し、それによって、ＮＦＴの利用効率が向上し、使用寿命が延びる。本明細書に開示されるプラズモニック材料には、金属窒化物、金属ホウ化物、金属酸化物および金属炭化物が包含され、該金属としては、チタン、亜鉛、アルミニウム、バナジウムなどが挙げられる。本発明のいくつかの実施形態において、セラミックプラズモニック材料は、高耐熱性プラズモニック材料であり、磁場増強部材および熱源として機能する。実施形態のいずれにおいても、本発明において使用されるセラミック材料は、１００℃を超える温度に耐えるものである。好ましい実施形態においては、該セラミック材料は１００℃を超える温度で上記装置に焼結接合される。いくつかの実施形態において、キャップ層は複数の層からなる。別の実施形態において、上記装置の光源と上記セラミック材料との間に導波路が設置される（テーパ状誘電性導波路であってもよい）。この導波路は、ＮＦＴの保護層と同様の保護層をさらに含んでいてもよい。ＮＦＴをさらに保護するために、いくつかの実施形態においては、セラミック材料を不活性ガス環境に密閉する。本願は、開示されているＨＡＭＲ用装置を使用する方法も請求するものである。開示されている装置および方法の作動機構は、照射熱の集束、ナノスケール伝導加熱、光閉じ込め、およびこれらの組合せに基づく。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
用語の定義
本明細書において「セラミック材料」または「セラミックプラズモニック材料」は、金属および／または非金属の化合物と定義され、このような化合物として、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物が挙げられるが、これらに限定されない。特に、格子間侵入型セラミック材料および共有結合型セラミック材料は高耐熱性であることが知られており、熱アシスト磁気記録に必要とされる作動条件を満たすものである。本明細書に記載されているように、プラズモニック材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｌなどの任意の元素で構成されていてもよい。あるいは、プラズモニック材料は、セラミック材料、すなわち二元素または三元素からなる不定比化合物で構成されていてもよく、二元素からなる不定比化合物としては、ＴｉＮｘ、ＺｒＮｘ、ＨｆＮｘ、ＴａＮｘ、ＶＮｘ、ＴｉＳｉ２−ｘ（式中、ｘおよびｙは０〜１である）が挙げられ、三元素からなる不定比化合物としては、ＴｉＡｌｘＮｙおよびＴｉＺｒｘＮｙ（式中、ｘおよびｙは０〜１である）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１９】
本明細書において「照射熱の集束」は、熱源から照射された赤外線周波数領域の電磁放射線の空間的集中と定義される。
【００２０】
本明細書において「ナノスケール伝導加熱」は、電子およびフォノンによる熱伝導と定義される。
【００２１】
本明細書において「光閉じ込め」は、光学周波数領域のレーザーにより生成された伝搬電磁波またはエバネッセント電磁波の空間的集中と定義される。
【００２２】
本発明は、機械的安定性の向上のみならず、ＮＦＴを含むナノ要素が自体の形状および光学特性を同じ状態に保つことを可能にした点において、先行技術よりも優れている。従来、最も融点の高い材料を使用したとしても、作動温度が上昇すると酸化による特性の低下が見られたため、本発明の上記特徴は先行技術による単なる機械的安定性の向上よりも優れたものである。ＴｉＮは、高融点や耐食性を有するにもかかわらず、約３５０℃において酸化が起こる（例えばN. C. Saha and H. G. Tompkins, "Titanium nitride oxidation chemistry: An xray photoelectron spectroscopy study," Journal of Applied Physics 72, 3072-3079 (1992)およびH. G. Tompkins, "The initial stages of the oxidation of titanium nitride," Journal of Applied Physics 71, 980-983 (1992)を参照されたい）。
【００２３】
ＨＡＭＲ装置の作動温度は３００〜５００℃と予想され、この温度範囲では、遷移金属からなる窒化物のプラズモニック特性は酸化によっていずれ低下する。先行技術においては、ＴｉＮおよびＺｒＮは機械的に強く、高融点を有するため、近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）プラズモンアンテナとして使用することができると述べられている。しかしながら、先行技術では、温度が上昇するにつれてこのような材料は高度に活性化するという、酸化過程における問題については言及されていない。１００ｎｍ（以下の）オーダーの寸法を有するナノアンテナでは、酸化によってその性能が大きな影響を受け、最終的に装置が故障する。本発明は、保護層（「キャップ層」）または１以上のキャップ層を含む複数の層をさらに設けることによって、先行技術の設計を改良したものである。本発明は、ＴｉＮ材料（または他の金属セラミックプラズモニック材料もしくは金属間化合物セラミックプラズモニック材料）からなるアンテナをＨＡＭＲのためのＮＦＴに使用することを可能としたものであり、本発明によって、このような装置の使用寿命が延び、性能が向上する。
【００２４】
先行技術の方法は、磁気層の磁場増強に基づき、これによって最終的に温度が上昇する。本発明によれば、ＴｉＮおよびこれに類似した材料を使用することによって、これらの粒子自体による熱吸収を磁場増強に匹敵させることができる。したがって、加熱したアンテナを、磁場増強のためだけでなく熱源としても使用することができ、問題とされていたアンテナの温度上昇を所望の作動機構とすることができる。この結果、物理的動作特性が変化し、小さな粒子では熱吸収が磁場増強を上回るという簡単な理由から、小さな粒子も装置に適合させることが可能となる。磁場増強を主とする方法を用いる場合は、粒子が小さいと、磁場増強が低下し、温度が上昇してしまうという好ましくない結果となることには注意されたい。また、ＮＦＴに使用する粒子を小さくすればするほど、より高密度な情報記録が可能となる。
【００２５】
金と同様の光学特性を有するプラズモニック材料の代替の１つとして、窒化チタン（ＴｉＮ）が挙げられる。窒化チタンは、非常に高い融点（＞２７００℃）を有する最も硬い材料の１つである。ＴｉＮは、ＣＭＯＳに適合性があり、生体適合性を有し、高品質のエピタキシャル超薄膜またはナノ構造フィルムとして成長させることができる。ＴｉＮは、これらの利点を有することから、より優れたプラズモニック材料であるといえる。ＴｉＮは、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を助ける働きをすることが実証されており、また、ＴｉＮナノ構造は、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を示す。
【００２６】
本発明のプラズモニック材料は、ＴｉＮに加えて、他の種類の二元素からなる不定比化合物をいくつか含んでいてもよく、このような不定比化合物として、ＺｒＮｘ、ＨｆＮｘ、ＴａＮｘ、ＶＮｘ、ＴｉＳｉ２−ｘが挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明のプラズモニック材料は、ＴｉＡｌｘＮｙおよびＴｉＺｒｘＮｙなどの三元素からなる不定比化合物を含んでいてもよい。本発明で使用される不定比化合物はセラミック類を形成するものであり、さらに、金属の窒化物および金属間化合物の窒化物と定義され、これには、あらゆる金属の組合せを包含する金属窒化物（例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＴｉＺｒＮなど）が含まれる。したがって、本願全体を通して、本明細書に記載される化合物、これらと同じ種類に属する他の化合物、およびこれらの任意の組合せは、ＴｉＮの代わりに使用することができ同様の機能を発揮する。
【００２７】
ＴｉＮナノ粒子における局在表面プラズモン共鳴（「ＬＳＰＲ」）の強度は、金ナノ粒子におけるものと同等であると予測されるが、７５０ｎｍ付近の長波長領域に生じると考えられる。この領域は、生物学的用途および医学的用途に使用される生物学的透過窓（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ  ｗｉｎｄｏｗ）に相当する。この領域は、市販されている多くの半導体レーザーまたはＬＥＤ光源の作動スペクトルでもある。このスペクトル領域の光による現象を利用した医学的用途やその他の用途が多数存在する。ＬＳＰＲはこのような現象の１つであり、本発明の中心をなす現象である。プラズモンを伴う用途の多くは金属ナノ粒子におけるＬＳＰＲを利用している。ＬＳＰＲによって、ナノ粒子周辺の電磁場が複数回増強され、ＬＳＰＲが存在しない状態よりも多くの放射線がこの金属粒子に吸収される。このように、光学的放射線がナノ粒子に過剰量吸収されると、ナノ粒子の周辺が局所的に加熱される（すなわち「表面プラズモンによる局所加熱」）。ＴｉＮナノ粒子は、生体適合性および熱安定性を有し、かつ加熱性能が比較的高いことから、金ナノ粒子の代替として好適に使用できる。実験および数値実験が行われており、それらの結果から、加熱を伴う用途での生物学的窓において、ＴｉＮは金よりも良好に機能することが示されている。
【００２８】
ＬＳＰＲによる局所加熱を利用することによって、データ記憶装置の面密度を大幅に上昇させてもよい。磁気記録ハードディスクは、将来的に熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）技術を使用することが提案されている。磁気記録では、ハードディスク上のナノ粒子を選択的に磁化することが必要とされる。しかしながら、現在のハードディスクの動作速度は磁化速度による制約を受けている。さらに、ハードディスクの記憶容量および性能は、磁化領域のサイズによる制約を受けている。これらの制約を克服する方法の１つとして、保磁力の高い（すなわち磁性の変化に対する抵抗力の高い）記録媒体を使用し、磁化される領域を局所的に熱することが挙げられる。セラミック材料を使用する局所加熱を行うと、ビット格納領域のサイズが縮小され、それによって記憶容量が大きくなる。さらに、セラミック材料を使用して局所加熱を行うと、磁化速度が速くなることにより、動作速度が（少なくとも、金または銅を使用したＨＡＭＲ装置と比較して）速くなる。ＨＡＭＲは書き込み動作に先立って記憶媒体の加熱を必要とするため、ＨＡＭＲ装置に使用する材料の熱的性能に関する特性は重要である。したがって、局所加熱はＨＡＭＲ技術において重要な要素であり、このような用途において、表面プラズモンによる局所加熱は理想的な方法の１つであるといえる。このような用途においては、金属ナノ粒子を用いたＬＳＰＲが有用である。また、熱的安定性および機械的耐久性を備えかつＣＭＯＳに適合する金属のナノ粒子がこのような用途に必要とされる。また、市販の注入ダイオードのレーザー波長の近傍で生じるＬＳＰＲは、ＨＡＭＲ装置の一体化に有用である。ＴｉＮは、熱的安定性および機械的耐久性を備えかつＣＭＯＳに適合する材料の１つである（本明細書において、別の材料も開示される）。ＴｉＮベースのプラズモンＨＡＭＲ装置を実装することによって従来のＨＡＭＲ技術をさらに進歩させることができる。
【００２９】
プラズモニクスに基づいたＨＡＭＲ技術の実装の詳細を図１〜図６に示す。図１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の重要な部品を示す鳥瞰図であり、具体的には、磁気記録ディスク１、データを保存するトラック２、アクチュエータアーム３、ボイスコイルモータアセンブリ４、スピンドル５、およびヘッド／ジンバルアセンブリ６を示す。
【００３０】
図２は、ヘッド／ジンバルアセンブリのさらに重要な部品を示す側面図である。スライダ７がジンバル８により支持されている。スライダ／ジンバルアセンブリは、ディンプル１０を介してバー９にぶら下がった状態で配置されている。スライダ７の底部は空気潤滑面（ＡＢＳ）であり、スライダ７は磁気記録ディスク表面１から浮上量１１の高さで位置している。
【００３１】
図３は、スライダ内に位置するヘッドユニットをさらに詳細に示した拡大側面図である。ヘッドは、浮上量補正システム用ヒーター１２、後部シールド１３、読取りヘッド１４、リターンポール周囲の書込みコイル１５、およびライトポール１６から成る。磁性ナノ粒子を加熱するために使用される光路１７は、導波路であってもよく、自由空間光伝送に基づいたものであってもよい。また、十分な強さを有するレーザー光源から光を誘導してもよい。近接場トランスデューサ（ＮＦＴすなわちナノアンテナ）１８は、このようにして照射された光を元に局所的な加熱を引き起こす。
【００３２】
図４は、ＮＦＴ１８、導波路（または自由空間光伝送に基づく導光路）のコア１９、および磁性ナノ粒子を加熱するために使用される光路１７の概略図を示す。光は導波路を通って進み、ＮＦＴ１８に到達し、局所的な加熱を引き起こす。その後、ＮＦＴ１８は、ＡＢＳ（空気潤滑面）とインターフェースを形成する。
【００３３】
ＡＢＳとインターフェースを形成するＮＦＴの先端部は、図５ａに示すようにテーパ状の導波路部分を用いて形成することもできる。テーパ状の先端部２０（例えば近接場光学顕微鏡の先端部）は、誘電性の先端部であり、通常、金属被覆２１を有している。この円錐部は、先端にプラズモニック材料からなる端部２２を有する。図５ｂに示すように、ＮＦＴは別の構成であってもよい。図５ｂでは、導波路のコアはテーパ状の先端部を有しておらず、代わりにプラズモニック材料からなる端部２２のみが存在する。このプラズモニック材料２２および金属被覆２１は、図８に示すような酸化防止保護層でさらに覆われていてもよい。
【００３４】
照射光をＮＦＴに結合させる導波路は、プラズモニック材料で形成されていてもよく、通常、本明細書に記載のセラミックプラズモニック材料を１以上含む。前記テーパ状セラミックプラズモン導波路自体を集束先端部として使用してもよく、この場合、導波路の端部がＮＦＴとしての機能を果たす。このような態様において、酸化防止層（「キャップ層」）をさらに設けることを包含するセラミックプラズモンＮＦＴに関する本開示は、テーパ状セラミックプラズモン導波路に同様に適用してもよい。
【００３５】
ＮＦＴの端部におけるプラズモニック材料の構造および設計は様々であってよい。図６は、ＮＦＴの端部として機能することが可能な、プラズモン開口またはプラズモニック材料からなるナノ粒子／ナノ構造体の設計のいくつかの例を示す。それぞれの構造には様々な利点と欠点がある。奇数番号の設計２３、２５、２７、２９、３１は、穴／誘電性保持部が金属製シート上に形成されたプラズモン開口である。偶数番号の設計２４、２６、２８、３０、３２は、誘導体上にプラズモニック材料からなるナノ構造体を形成した、上記奇数番号の各設計と対をなす（すなわちバビネの補正板として機能する）設計である。
【００３６】
図７（ａ）は、半径１５ｎｍの球状プラズモニックナノ粒子の吸収断面積を示す。４００℃および８００℃でＡｕおよびＴｉＮの薄膜を成長させて、誘電率を測定し、吸収断面積を正確に算出した。その結果、Ａｕと比較してＴｉＮは優れた吸収効率を有することが示された。ＴｉＮは不定比化合物であることから、共鳴強度やスペクトル位置の異なる粒子を得ることも可能である。
【００３７】
図７（ｂ）は、（８００℃で成長させた）球状ＴｉＮナノ粒子を、この粒子のピーク波長である波長５６０ｎｍにおいて測定した二極磁場分布を示す。
【００３８】
図８は、光結合を増強するために導波路Ａの端部に取り付けた構造を示す。図８において、セラミックプラズモニック材料からなる近接場トランスデューサＢは、酸化防止保護層（例えばキャップ層）Ｃで覆われている。この設計で使用されているセラミックプラズモニック材料は、高温に耐えられることが知られている。例えば、他の遷移金属窒化物および遷移金属炭化物の多くと同様に、ＴｉＮは高耐熱性材料であるとされている。これらの材料は他の様々な用途において保護被覆として使用できるものの、空気中や酸素を含む他の環境に暴露されると酸化を受けやすく、これは高温下において特に顕著である。プラズモニックセラミックからなるナノ構造体では、ＮＦＴ全体の寸法がナノメートルスケールであり、さらに該ナノ構造体の比表面積が大きく、作動体積に対する酸化層の体積比が大きいことから（例えば、G. N. Komratov, "The oxidation kinetics of titanium carbide, nitride, and carbonitride powders in air," Powder Metallurgy and Metal Ceramics 36, 510-514 (1997)を参照されたい）、熱アシスト磁気記録（または熱アシスト記録）の作動温度において酸化がより起こりやすいことが予想される。プラズモニックセラミックの利点としては、被覆層またはキャップ層として設計に利用した場合に酸化防止能を発揮する他のセラミックとともに簡便に成長させられることが挙げられる。このような他のセラミック材料もセラミックプラズモニック材料からなる部品と同様に、熱的効果（例えば膨張、伝導など）を示し、急速な熱負荷とその繰り返しによる機械的ストレスから生じる問題を軽減することができる。いくつかの実施形態においては、同じ格子構造を持つ複数の層を成長させて、機械的ストレスおよび熱ストレスからの保護を高める。別の実施形態においては、特定のセラミックプラズモニック材料の酸化閾値温度が装置の作動温度よりも高くなるようにその表面を改変してもよい。このような態様の一例として、炭窒化チタンの薄層で被覆した窒化チタンプラズモンアンテナが挙げられる。他の例として、ＡｌＮ、（Ａｌ、Ｓｃ）Ｎ、ＳｉＮなどが挙げられるが、これらに限定されない。図８は、酸化防止保護層Ｃで覆われたセラミックプラズモンアンテナＢの一例を示す。本発明の設計は、基本的な動作原理から逸脱しない範囲で改変してもよい。保護層の厚さは、アンテナの保護と磁気記録装置の作動を効率的に行えるように０．１〜２５ｎｍであってもよい。
【００３９】
プラズモンアンテナの酸化を防ぐ別の方法としては、ヘッド全体またはアンテナ構造を含むヘッドの一部を不活性ガス環境下に置くことが挙げられる。
【００４０】
高耐熱性プラズモニック材料は、プラズモニック貴金属と比較して、高い温度でより優れた耐久性をもたらす。高耐熱性材料を利用して、装置の作動機構を光閉じ込めから熱集束に変更することができる。本発明のこのような実施形態においては、加熱したプラズモンアンテナをナノメートルスケールの熱源として使用して、放射熱伝達と伝導性熱伝達により磁気層を直接加熱する。このような仕様とすることにより、ナノ粒子から光を散乱させたり、磁気層において電磁波を集束させる必要がなくなる。したがって、近接場の利用を阻む指数関数的な電磁場の減衰が回避される。また、上記３つの機構を同時に利用して、より効率的な加熱およびより柔軟な設計を実現することができる。例えば、熱伝達機構であるアンテナが磁気層の加熱に寄与するようにアンテナを設計してもよく、このようにすると、磁場強度を局所的に高める必要がなくなる。したがって、励起強度を低くすることができ、ナノ構造体における熱負荷が軽減される。
【００４１】
また、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｌ（または二元素もしくは三元素からなる不定比化合物）からなるナノ構造体を１００℃より高い温度で焼結することによって、ＮＦＴの電力処理能力が向上する。電力処理能力の向上は、加熱温度を上昇させることによって達成されるものであり、ＨＡＭＲ技術にとって極めて重要である。
【００４２】
さらに、プラズモニック材料を、誘電性材料からなる１つまたは複数の薄層（＜２５ｎｍ）で被覆することによって、プラズモニック材料の熱安定性を高めることができ、より高い温度での加熱が可能となる。
【００４３】
上記プラズモニック材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＣｕなどの金属ではなく、本願に記載の不定比セラミック化合物または定比セラミック化合物（例えばＴｉＮｘ、ＺｒＮｘ、ＨｆＮｘ、ＴａＮｘ、ＶＮｘ、ＴｉＳｉ２−ｘ、ＴｉＡｌｘＮｙ、ＴｉＺｒｘＮｙ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、Ｌｕ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｇＢ２）のいずれかであってもよい。これらのプラズモニック材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＣｕなどの標準的な金属よりもはるかに高い熱安定性および耐摩耗性をもたらす。
【００４４】
特に、窒化チタンをプラズモニック材料として使用した場合、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、またはＣｕよりも優れた局所加熱性が得られる。スパッタリング、パルスレーザー蒸着、原子層蒸着、または化学蒸着を高温（＞５００℃）で行うことによって成長させた窒化チタンは、本明細書に記載した理由から、局所的なプラズモン加熱を伴う用途に有利な光学特性をもたらす。同等な光学性能を有するＴｉＮを低い蒸着温度で成長させることも可能である。
【００４５】
また、金および銀は、特定の用途に適するようにその光学特性を適合、調整または調節することができないのに対し、セラミック化合物は、特定の結合媒体に対して適合、調整、および調節することが可能である。このような調整が可能な態様により、非常に高い面密度を実現することができる（すなわち、性能特性を最適化するために、光源、ナノ粒子、および媒体はいずれも調節することが可能である）。
【００４６】
添付の請求項に記載の本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形状および細部を様々に変更可能であることは当業者によって十分に理解されるであろう。当業者であれば、通常行われる実験以上のことを実施することなく、本明細書に記載の特定の実施形態の等価物を数多く認識または確認することができるであろう。このような等価物も本明細書の請求項の範囲に包含される。
【００４７】
また、本明細書で使用される「例」または「例示的」という用語は、一例、実例、または説明を意味する。「例」として本明細書に記載されている態様や設計はいずれも、他の態様や設計よりも好適または有利であるということを必ずしも意味しない。「例」または「例示的な」という用語は、本発明の概念を具体的に示すことを意図して使用される。さらに、本願で使用される「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味するよう意図される。すなわち、特に指定のない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを使用する」は、自然に考えつくあらゆる組合せを意味することが意図される。すなわち、上記のいずれの事例においても、「ＸはＡまたはＢを使用する」は、ＸがＡを使用する場合、ＸがＢを使用する場合、またはＸがＡ、Ｂのいずれをも使用する場合を包含する。さらに、本願および添付の請求項で使用される「ａ」および「ａｎ」という冠詞は一般に、特に指定のない限り、または文脈から１つのものを指していることが明らかでない限り、「１以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
0006310069.tif 000002
【図２】
0006310069.tif 000003
【図３】
0006310069.tif 000004
【図４】
0006310069.tif 000005
【図５ａ）】
0006310069.tif 000006
【図５ｂ）】
0006310069.tif 000007
【図６】
0006310069.tif 000008
【図７（ａ）】
0006310069.tif 000009
【図７（ｂ）】
0006310069.tif 000010
【図８】
0006310069.tif 000011