(57)【要約】  本発明は情報の大容量記憶のための装置に関し、該装置は、基板３０と、基板３０の表面３１の上に、その表面と電気的に接触するように設けられる原子間力顕微鏡法のための導電性先端部１０と、上記先端部１０と上記基板３０との間の電位差を印可するための電圧発生器４１とを備える。該装置は、基板３０が電子タイプ及びイオンタイプの両方の導電率を有する材料から形成される表面３１を含むこと、及び、発生器４１が材料の酸化還元反応を引き起こすのに十分に高い電位差を印可し、それにより、基板３０の表面の導電率を変更するように適合されていることを特徴とする。該装置１は情報の大容量記憶のために用いることができる。【選択図】図１
2010525501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の大容量記憶のための装置（１）であって、前記装置が、
情報記憶基板（３０）と、
前記基板（３０）の表面（３１）の上に、前記表面と電気的に接触して配置される、原子間力顕微鏡法のための導電性先端部（１０）と、
前記先端部（１０）と前記基板（３０）の前記表面（３１）との間に電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可する手段（４１）とを備え、
前記情報記憶基板（３０）の前記表面（３１）が、本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する材料によって構成され、
前記先端部（１０）と前記基板（３０）の前記表面（３１）との間に電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可する前記手段（４１）が、前記材料の酸化還元反応を引き起こすのに十分である電位差を印可し、前記材料の導電率を変更し、結果として、前記基板（３０）の前記表面の導電率を変更するように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
原子間力顕微鏡法のための前記先端部（１０）、又は第２のそのような先端部によって、本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する前記材料の前記表面（３１）の局所的な導電率を測定する手段（４２）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記先端部（１０）によって前記表面（３１）を走査することができるようにするために、前記先端部（１０）及び／又は前記基板（３０）を駆動するアクチュエータ手段（１２）をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記先端部（１０）と前記表面（３１）との間に水メニスカス（２０）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記先端部（１０）と前記基板（３１）との間に電位差を印可する前記手段（４１）が、０．５Ｖ〜１０Ｖの範囲にある絶対値を有すると共に、反転することができる極性を有する電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可するように適合されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記先端部と前記基板との間に電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可する前記手段（４１）が、前記基板の前記表面導電率の離散的な変化（σ＋１、σ＋２、σ−１、σ−２）を引き起こす、複数の離散的な電位差値（＋Ｖ１、＋Ｖ２、−Ｖ１、−Ｖ２）を印可するように適合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
酸素及び二酸化炭素を全く又はほとんど有しない保護雰囲気内に前記基板（３０）を保持する手段（５０）をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する前記基板（３０）の材料が、以下の式、
Ａｘ（Ｍ１）ｖ（Ｍ２）ｗ（Ｍ３）ｙ（Ｍ４）ｚＢβを満たし、ここでは、
Ａが、１つ又は複数のアルカリ金属を表し、
Ｍ１が、Ａｇ及びＣｕから選択される少なくとも１つの金属を表し
Ｍ２が、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔａ、及びＺｎから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｍ３が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＴａから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｍ４が、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、及びＴａから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｂが、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅから選択される少なくとも１つの非金属を表し、
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβが、以下の不等式、
０≦ｘ≦１
０≦ｖ≦１
０≦ｗ＜１
０≦ｙ≦１
０≦ｚ＜１
１．５≦β≦２
を満たさなければならず、ｘがさらに、これらの化合物の安定領域内にあるように選択され、
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβが、また、以下の等式、
ｖ＋ｗ＋ｙ＋ｚ＝１
ｘ＋ｖ＋２ｗ＋３ｙ＋４ｚ−２β＝０
を満たす必要がある、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記基板（３０）を構成する本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する前記基板の材料が、以下の式、
Ａ’ｘＭｙＢβを満たし、ここでは、
Ａ’が、Ｌｉ及びＮａから選択される少なくとも１つのアルカリ金属を表し、
Ｍが、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｂが、Ｏ及びＳから選択される少なくとも１つの非金属を表し、
パラメータｘ、ｙ、及びβが、以下の不等式、
０≦ｘ≦１
０＜ｙ≦１
１．５≦β≦２
を満たし、ｘがまた、これらの化合物の安定領域内にあるように選択され、
パラメータｘ、ｙ、及びβがまた、以下の等式
ｘ＋ｙ−２β＝０
を満たす、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板（３０）を構成する本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する前記基板の材料が、ＮａｘＣｏＯ２、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ４Ｏ９、ＬｉｘＴｉＯ２、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＮｉｙＣｏ（１−ｙ）Ｏ２、ＬｉｘＦｅＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｏＯ３、及びＬｉｘＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２から選択され、
前記パラメータｘが、前記化合物の安定領域内にあるように選択される、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板を構成する、本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する前記基板の前記材料が、ＮａｘＣｏＯ２及びＬｉｘＣｏＯ２から選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電性を有する前記基板（３０）の前記材料が、ラメラ構造を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記先端部（１０）と前記基板（３０）の前記表面（３１）との間に前記電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可することによって変更されるのに適している導電率を有する他の材料を含まない、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
情報の大容量記憶のために請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）を使用する方法であって、前記方法が、
原子間力顕微鏡法のための前記導電性先端部（１０）と前記基板（３０）との間に、前記基板の酸化還元反応を引き起こすのに十分な電位差（Ｖｅ（ｔ））を印可し、それにより前記基板の表面導電率を変更することによって情報を書き込むステップと、
原子間力顕微鏡法のための前記導電性先端部（１０）、又は第２のそのような先端部によって、前記基板（３０）の前記表面導電率を測定することによって、このようにして記録された前記情報を読み取るステップとを含み、
前記測定が、前記表面導電率を変更することになる前記基板（３０）の酸化還元反応を引き起こすには十分ではない電位差（Ｖｒ）を印可することを含む、方法。
【請求項１５】
書き込む前記ステップが、前記基板の前記表面導電率の離散的な変化（σ＋１、σ＋２、σ−１、σ−２）を引き起こすように、反転することができる極性を有する複数の離散的な値（＋Ｖ１、＋Ｖ２、−Ｖ１、−Ｖ２）の中から選択される電位差を印可することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
原子間力顕微鏡法のための前記導電性先端部（１０）と前記基板（３０）との間に、書き込む前記ステップ中に用いられる前記電位差（Ｖｅ（ｔ））の符号と反対の符号を有する電位差を印可することによって、前記書き込まれた情報を消去するステップをさらに含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報の大容量記憶のための装置に関し、また該装置の助けを借りて情報を記憶する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、情報の大容量記憶のための数多くの技術が知られている。最も広く使用されている技術として、不揮発性半導体メモリ、磁気テープ又はディスク、及び光ディスクを挙げることができる。
【０００３】
今日の（磁気）ハードディスクは、１００ギガビット／平方インチ（Ｇｂｉｔ／ｉｎ２）程度の記憶密度を有する。ただし、１ギガビット＝１０９ビットである。実験室では、垂直磁気記録技術の助けを借りて、さらに高い密度（最大で４００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２）を達成することができる。ホログラフィックディスクは別として、従来の光ディスクは低い記録密度を有する。ただし、ホログラフィックディスクは依然として実験段階にあり、いずれにしても書き換えることができない。
【０００４】
１テラビット／平方インチ（Ｔｂｉｔ／ｉｎ２）程度以上の極めて高い情報記憶密度を得るために最も見込みがあると思われる技術は、微小先端部（microtip）を用いることに基づいており、それらの技術は原子間力又はトンネル効果顕微鏡法のような走査型顕微鏡技術に由来する。ただし、１Ｔｂｉｔ＝１０３×Ｇｂｉｔｓ＝１０１２ｂｉｔｓである。非特許文献１の論文は、電荷を格納すること、位相を変更すること、及び磁気的に記録すること等の様々な原理に基づく、それらの技術を要約する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D. Saluel及びJ. M. Fedeli著「L’ enregistrementultra haute densitedevice micropointes」[Ultrahigh density recording with microtips]（published in Signaux No. 94, September 1999, pp. 9 to 22）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、情報の超高密度大容量記憶のための新規の技術を提供することであり、該技術は微小先端部タイプのものであり、電気化学的な効果を利用することに基づく。この技術は、実現するのが比較的簡単であり、好都合なことに可逆的であることができ、それは、記録されている情報を削除することができること、及び記録媒体を何度でも再利用することができることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
より詳細には、本発明は、情報の大容量記憶のための装置を提供する。該装置は、情報記憶基板と、該基板の表面の上に、該表面と電気的に接触して配置される、原子間力顕微鏡法のための導電性先端部と、先端部と基板の上記表面との間に電位差を印可する手段とを備え、情報記憶基板の上記表面が、本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する材料によって構成され、上記先端部と基板の上記表面との間に電位差を印可するための上記手段が、上記材料の酸化還元反応を引き起こすのに十分である電位差を印可し、該材料の導電率を変更するように適合されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の装置のいくつかの特定の実施の形態においては、
上記装置は、原子間力顕微鏡法のための上記先端部、又は第２のそのような先端部によって、上記基板の表面の導電率を測定する手段をさらに備えることができる。
【０００９】
上記装置は、上記先端部によって表面を走査することができるようにするために、先端部及び／又は基板を駆動するアクチュエータ手段をさらに備えることができる。
【００１０】
上記先端部と上記表面との間に水メニスカスが存在することができる。
【００１１】
上記先端部と上記基板との間に電位差を印可する上記手段は、０．５（ボルト）Ｖ〜１０Ｖの範囲にある絶対値を有すると共に、反転することができる極性を有する電位差を印可するように適合されることができる。
【００１２】
上記先端部と上記基板との間に電位差を印可する上記手段は、上記基板の表面導電率の離散的な変化を引き起こす、複数の離散的な値の電位差を印可するように適合されることができる。
【００１３】
上記装置は、酸素及び二酸化炭素を全く又はほとんど有しない保護雰囲気内に基板を保持する手段をさらに備えることができる。
【００１４】
本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する基板の材料は、以下の式
Ａｘ（Ｍ１）ｖ（Ｍ２）ｗ（Ｍ３）ｙ（Ｍ４）ｚＢβ
を満たし得る。ここでは、
Ａは１つ又は複数のアルカリ金属を表し、
Ｍ１はＡｇ及びＣｕから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔａ、及びＺｎから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｍ３はＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＴａから選択される少なくとも１つの金属を表し、
Ｍ４はＴｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｓｎ及びＴａから選択される少なくとも１つの金属を表し、Ｂは特にＯ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅから選択される少なくとも１つの非金属を表し、
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβは以下の不等式、
０≦ｘ≦１
０≦ｖ≦１
０≦ｗ＜１
０≦ｙ≦１
０≦ｚ＜１
１．５≦β≦２
を満たさなければならず、ｘはまた、これらの化合物の安定領域（stability domain）内にあるように選択され、
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβはまた、以下の等式
ｖ＋ｗ＋ｙ＋ｚ＝１
ｘ＋ｖ＋２ｗ＋３ｙ＋４ｚ−２β＝０
を満たす。
【００１５】
より詳細には、基板を構成する本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電率を有する基板の材料は、以下の式
Ａ’ｘＭｙＢβ
を満たし得る。ここでは、
Ａ’はＬｉ及びＮａから選択される少なくとも１つのアルカリ金属を表し、
ＭはＭｎ、Ｆｅ、ＣＯ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの金属を表し、
ＢはＯ及びＳから選択される少なくとも１つの非金属を表し、
パラメータｘ、ｙ、及びβは、以下の不等式
０≦ｘ≦１
０＜ｙ≦１
１．５≦β≦２
を満たし、ｘはまた、この化合物の安定領域内にあるように選択され、
パラメータｘ、ｙ、及びβは、また、以下の等式
ｘ＋ｙ−２β＝０
を満たす。
【００１６】
さらに詳細には、上記材料はＮａｘＣｏＯ２、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ４Ｏ９、ＬｉｘＴｉＯ２、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＮｉｙＣｏ（１−ｙ）Ｏ２、ＬｉｘＦｅＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｏＯ３、及びＬｉｘＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２から選択され得、パラメータｘはこの化合物の安定領域（stability range）内にあるように選択される。
【００１７】
特に好ましくは、上記材料はＮａｘＣｏＯ２及びＬｉｘＣｏＯ２から選択され得る。
【００１８】
本質的に電子伝導性及びイオン伝導性の両方の導電性を有する基板の材料は、ラメラ構造を有することができる。
【００１９】
本発明はまた、情報の大容量記憶のために上記で規定した装置を使用する方法をも提供する。該方法は、原子間力顕微鏡法のための上記導電性先端部と上記基板との間に、該基板の酸化還元反応を引き起こすのに十分な電位差を印可し、それにより該基板の表面導電率を変更することによって情報を書き込むステップと、原子間力顕微鏡法のための上記導電性先端部、又は第２のそのような先端部によって、上記基板の表面導電率を測定することによって、このようにして記録された情報を読み取るステップとを含み、該測定は、上記表面導電率を変更することになる上記基板の酸化還元反応を引き起こすには十分でない電位差を印可することを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の方法の幾つか特定の実施態様においては、
書き込む上記ステップは、上記基板の表面導電率の離散的な変化を引き起こすように、反転することができる極性を有する複数の離散的な値の中から選択される電位差を印可することを含み得る。
【００２１】
該方法は、原子間力顕微鏡法のための上記導電性先端部と上記基板との間に、書き込むステップ中に用いられる電位差の符号と反対の符号を有する電位差を印可することによって、書き込まれた情報を消去するステップをさらに含むことができる。
【００２２】
本発明の他の特徴、詳細及び利点は、一例として与えられる添付の図面を参照しながら行なわれる説明を読むと明らかになる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の情報の大容量記憶のための装置及び方法によれば、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２よりも大きな情報記憶密度が達成できる。この記憶密度は、２値以外の符号化を用いることによってさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の大容量情報記憶装置の概略図である。
【図２】図１の装置の動作原理を図式的に示す、図１の装置の詳細図である。
【図３ａ】図１の装置を使用する方法の一例を示す図である。
【図３ｂ】図１の装置を使用する方法の一例を示す図である。
【図３ｃ】図１の装置を使用する方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１の装置は、原子間力顕微鏡用の導電性先端部１０を含み、該先端部はカンチレバー１１の遊端に配置され、該カンチレバーの他端は圧電アクチュエータ１２に固定されており、該アクチュエータによって、ナノメートルの分解能での３次元動作が駆動されることができる。一般的に、導電性先端部１０はシリコンから形成され、ドープされたダイヤモンド層で覆われる。
【００２６】
先端部１０は、０ナノメートル（ｎｍ）（先端部と表面とが直に接触している）〜約１００ｎｍの範囲にある距離だけ、記憶基板３０の表面３１の上方に配置される。周囲の湿気が凝縮することによって、先端部１０と表面３１との間に水メニスカス２０が自然に形成され、これは非常に乾いている大気中であっても生じる。メニスカス２０は、先端部１０と表面３１との間に電気的な接触を与え、ナノメートルサイズの電気化学セルを構成し、その場合、表面及び先端部がそのセルの電極を構成する。
【００２７】
記憶基板３０は、（金属のような）電子伝導性及びイオン伝導性の両方の性質を有する導電率を示す材料から本質的に構成される。この種の材料は概して、金属酸化物をアルカリ金属と結合させることにより構成される。例えば、該材料はリチウム電池の製造に使用される材料の１つであり得る。より正確には、かかる材料は以下の一般式によって特徴付けることができる。
【００２８】
Ａｘ（Ｍ１）ｖ（Ｍ２）ｗ（Ｍ３）ｙ（Ｍ４）ｚＢβ
ここでは、
・Ａは１つ又は複数のアルカリ金属を表し、
・Ｍ１は１に等しい酸化数をとることが可能な少なくとも１つの金属を表し、より詳細にはＡｇ及びＣｕから選択され、
・Ｍ２は２に等しい酸化数をとることが可能な少なくとも１つの金属を表し、より詳細にはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔａ、及びＺｎから選択され、
・Ｍ３は３に等しい酸化数をとることが可能な少なくとも１つの金属を表し、より詳細にはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＴａから選択され、
・Ｍ４は４に等しい酸化数をとることが可能な少なくとも１つの金属を表し、より詳細にはＴｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、及びＴａから選択され、
・Ｂは特にＯ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅから選択される少なくとも１つの非金属を表す。
【００２９】
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβは以下の不等式を満たさなければならない。
【００３０】
０≦ｘ≦１
０≦ｖ≦１
０≦ｗ＜１
０≦ｙ≦１
０≦ｚ＜１
１．５≦β≦２
さらに、ｘはこの化合物の化学安定性を保証するような値をとる必要がある（パラメータｘに関する安定領域は材料の定性的組成に依存する）。
【００３１】
パラメータｘ、ｖ、ｗ、ｙ、ｚ、及びβはまた、以下の等式を満たす必要がある。
ｖ＋ｗ＋ｙ＋ｚ＝１及びｘ＋ｖ＋２ｗ＋３ｙ＋４ｚ−２β＝０
好都合なことに、記録媒体３０の材料は一般式： 
Ａ’ｘＭｙＢβによって特徴付けられ得る。ここでは、
・Ａ’はＬｉ及びＮａから選択される少なくとも１つのアルカリ金属を表し、
・ＭはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの金属を表し、
・ＢはＯ及びＳから選択される少なくとも１つの非金属を表し、
・パラメータｘ、ｙ、及びβは以下の不等式を満たし、ｘはまた、この化合物の安定領域内にあるように選択され：
０≦ｘ≦１
０＜ｙ≦１
１．５≦β≦２
・パラメータｘ、ｙ、及びβはまた、以下の等式を満たす：
ｘ＋ｙ−２β＝０
特に、以下の材料：ＮａｘＣｏＯ２、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ４Ｏ９、ＬｉｘＴｉＯ２、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＮｉｙＣｏ（１−ｙ）Ｏ２、ＬｉｘＦｅＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｏＯ３、及びＬｉｘＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２が挙げられ得る。
【００３２】
ＮａｘＣｏＯ２、ＬｉｘＣｏＯ２が特に好ましい。
【００３３】
材料は水和していてもよい、すなわちその結晶構造に組み込まれた水を含んでいてもよいが、これは水分子の存在によりアルカリ金属イオンの移動度が低下する危険性があるために、一般的に望ましくはない。下記に示すように、この移動度は本発明の作用に重要である。
【００３４】
基板３０は有利には単結晶である。
【００３５】
ＮａｘＣｏＯ２を材料の特定の例としている図２に示すように、基板３０は層状結晶構造を示し得る。例えば、ＮａｘＣｏＯ２は、２つのＣｏＯ２の単分子層３０’及び３０’’’の間にあるＮａ＋イオンの層３０’’から構成される。Ｎａ＋イオンはサイズが小さいために比較的移動性があり、イオン伝導性の導電率を提供する。
【００３６】
基板３０を構成する材料は概して空気中で不安定である。特に、ＮａｘＣｏＯ２は酸化する傾向があり、ＣＯ２とも反応して絶縁性の炭酸塩を形成する傾向がある。したがって、例えば基板３０を先端部１０と共に密閉ハウジング５０内に入れることにより、基板３０を保護雰囲気下に維持する必要がある。
【００３７】
電圧発生器４１が、基板３０と先端部１０との間に、時間と共に変化する電位差Ｖｅ（ｔ）を確立するための役割を果たす。電気回路４０は水メニスカス２０によって閉じられ、それにより、電流ｉ（ｔ）が流れることができるようになる。図２は、先端部１０が基板３０の電位よりも低い電位に設定され、その電位差が臨界値を超えるときに起こることを示しており、ＮａｘＣｏＯ２の場合、その臨界値は約０．５ボルト（Ｖ）に等しい。そのような条件下で、先端部１０が陰極を構成し、表面３１が陽極を構成して、水メニスカス２０によって形成されるナノ電解セル内で、酸化還元反応、より詳細には、基板３０の酸化が局所的に生じる。この反応の間に、或る特定の数のコバルト原子の酸化数が１単位（又は複数の単位）分増加し、電子ｅ−が基板から先端部に移る。基板の電気的中性を維持するために、対応する数のＮａ＋イオンが、材料の内部（body）から追い出され、その表面上に堆積するようになる。こうして、パラメータｘの値が変更される。しかしながら、ＮａｘＣｏＯ２のような材料の表面導電率は、特にそのアルカリ金属含量に依存し、アルカリ金属含量の減少に応じて導電率が増加する。結果として、先端部と基板との間に正の電位差を印可する（酸化させる）と、基板の導電率の増加が引き起こされる。
【００３８】
この効果は可逆的である。逆極性の電位差を印可する（還元させる）ことによって、ナトリウムが表面から基板の内部に移り、それにより、その導電率が減少する。
【００３９】
さらに一般的には、本発明の原理は、基板３０の材料における複数の安定した酸化還元状態の存在を利用することであり、それらの状態は、好ましくは可逆的で構造的な変化、及び同じく可逆的で、該材料の電気的特性の変更に関連付けられる。
【００４０】
一例として、ｘ＝０．７５の場合のＮａｘＣｏＯ２の基板に＋２．５Ｖの酸化電位差を印可することによって、パラメータｘにおいて局所的な減少が生じ、それにより、約２桁の大きさの導電率の増加が引き起こされる。
【００４１】
印可される電位差が小さすぎると、導電率の変化はほとんど又は全く生じないのに対して、電位差が大きすぎる（ＮａｘＣｏＯ２の場合、数秒よりも長い時間にわたって３Ｖ以上が保持される）と、変化が生じるが、その変化は可逆的ではない。情報を可逆的に書き込むために用いることができる電圧値の範囲は、考慮中の材料によるが、一般的に言うと、その絶対値は、概ね０．５Ｖ〜１０Ｖの範囲にある。
【００４２】
こうして、導電率の変化の形で、基板３１上に情報を書き込むことができる。このようにして記録された情報は、たとえば、電圧発生器４１と直列に接続される電流計によって読み取ることができる。情報の読み取り段階において、発生器４１は基板３０と先端部１０との間に電位差Ｖｒを印可するが、その電位差は、上記の電気化学的な反応を引き起こすには不十分であり、回路４０の中に流れる電流ｉ（ｔ）を測定する電流計４２が、表面３１の局所的な導電率を求めるための役割を果たす。こうして、情報が、非破壊的に読み取られる。
【００４３】
電位差Ｖｅ（ｔ）の印可によって引き起こされる導電率の変化は、先端部１０の直下に位置する、１０ｎｍ以下程度の横方向寸法を有する領域に限られており、それにより、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２よりも大きな情報記憶密度が達成できることを強調しておくことが重要である。この記憶密度は、２値以外の符号化を用いることによってさらに高めることができる。基板３０の導電率の変化は、印可される電圧Ｖｅ（ｔ）に概ね比例する。発生器３１が、基板と先端部との間に、Ｎ個の離散的な値（読み取るために用いられる低い値Ｖｒを考慮に入れない）の中から選択される電位差Ｖｅ（ｔ）を印可するように適合されている場合には、符号化は、Ｎシンボルの記号体系を基にして実行される。たとえば、Ｎが４に等しい場合には、個々の情報記憶ゾーンを用いて、２ビットを記録することができ、それにより、２値符号化と比べて記憶密度を２倍にすることができる。
【００４４】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、図１の装置が動作する方法を示す。アクチュエータ１２によって駆動されながら、先端部１０が基板３０の表面３１を走査する。説明を簡単にするために、先端部は方向ｘにおいて一定の速度ｖで動かされるものと仮定する。これは、ｘ（ｔ）＝ｖｔと書くことができる。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間では、発生器４１は、酸化電位差Ｖｅ（ｔ）＝＋Ｖ１を印可し、それにより、基板３０の表面導電率σｓ（ｘ）を、その初期値σ０から新たな値σ＋１＞σ０に増加させる。この結果として、たとえば、１０ｎｍのｘ方向の寸法を有することができる第１の情報記録ゾーン３２’が生成される。その後、ｔ２とｔ３との間では、発生器４１は停止したままである（Ｖｅ（ｔ）＝０）。この結果、σｓ（ｘ）＝σ０である第１の分離ゾーン３３’が生じる。たとえば、以下、ｔ３−ｔ２＝ｔ２−ｔ１を適用することができる。これは、分離ゾーン３３’が、第１の記録ゾーン３２’と同じ寸法を有することを意味する。時刻ｔ３とｔ４との間では、発生器４１は、Ｖ１よりも高い値＋Ｖ２の酸化電位差を印可し、それにより、導電率σ＋２＞σ＋１の第２の記録ゾーン３２’’を画定する。ｔ４とｔ５との間では、Ｖｅ（ｔ）＝０が保持され、第２の分離ゾーン３３’’が画定される。その後、ｔ５とｔ６との間では、発生器４１は、値−Ｖ１の還元電位差を印可する。したがって、第３の記録ゾーン３２’’’は、導電率σ−１＞σ０を有する。導電率σ−２（Ｖｅ（ｔ）＝−Ｖ２の場合に得られる）の記録ゾーンがシンボル００を割り当てられ、導電率σ−１のゾーンがシンボル０１を割り当てられ、導電率σ＋１のゾーンがシンボル１０を割り当てられ、導電率σ＋２のゾーンがシンボル１１を割り当てられる場合には、基板３０の表面上の長さ５０ｎｍ（そして、たとえば、約１０ｎｍに等しい幅）のストリップ上に、不揮発性であるが、可逆的に、６ビット系列１０１１０１が書き込まれている。
【００４５】
記録ゾーンを分離するだけの役割を果たす代わりに、導電率σ０を、情報を表すシンボルとして利用することによって、記憶密度を高めることもできる。そのような状況下では、その記号体系は、４ではなく、５シンボルを有するであろう。
【００４６】
このように記録された情報を読み取るには、発生器４１が、たとえば、Ｖｒ＝０．３Ｖに等しい一定の電位差を保持している間に、先端部１０によって表面３１を再び走査すれば十分である。その際、電流計４２によって測定されるような、回路４０の中に流れる電流ｉ（ｔ）の大きさによって、表面３１の導電率が与えられ、それにより、記録された２値系列を再現することができるようになる。
【００４７】
本発明は、１つの特定の実施形態を参照しながら説明されているが、数多くの変形形態が構想されることができる。
【００４８】
たとえば、表面３１上に書き込まれる情報は、書き込むために用いられる先端部１０とは別の第２の先端部によって読み取ることもできる。表面の導電率を測定する任意の方法を、情報を読み取るために用いることができる。
【００４９】
D. Saluel及びJ. M. Fedeliによる上記の論文の図２０において示される「微小先端部マトリックス」原理の応用形態では、情報を書き込み且つ情報を読み取るために、同時に動作する複数の先端部を用いることもできる。
【００５０】
さらに、読取り／書込み先端部（複数可）によって表面３１を走査することは、上記の例の場合のように、基板を静止させたまま先端部を動かすことによって、又は逆に、先端部及び基板の両方を動かすことによって実行することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【国際調査報告】
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