(57)【要約】【課題】磁気記録媒体からの磁気の読取精度を向上させた磁気読取装置を提供する。【解決手段】 本発明による磁気読取装置（１０）は、磁気記録媒体（Ｍ）を相対的に走査する素子デバイス（２０）と、素子デバイス（２０）にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部（３０）と、素子デバイス（２０）に印加される磁場および素子デバイス（２０）に照射されるマイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて素子デバイス（２０）に発生する電流を検出する電流検出部（４０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体を相対的に走査する素子デバイスと、
前記素子デバイスにマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、
前記素子デバイスに印加される磁場および前記素子デバイスに照射される前記マイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて前記素子デバイスに発生する電流を検出する電流検出部と
を備える、磁気読取装置。
【請求項２】
前記素子デバイスの配置された空間に、磁場を形成する磁場形成部をさらに備える、請求項１に記載の磁気読取装置。
【請求項３】
前記磁場形成部は、前記素子デバイスが前記磁気記録媒体を相対的に走査する方向に沿って磁場を形成する、請求項２に記載の磁気読取装置。
【請求項４】
前記素子デバイスは、
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に配置された半導体層と
を有する、請求項１から３のいずれかに記載の磁気読取装置。
【請求項５】
前記半導体層は有機半導体層を有する、請求項４に記載の磁気読取装置。
【請求項６】
前記素子デバイスは、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方と前記半導体層との間に設けられた絶縁層を有する。請求項４または５に記載の磁気読取装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の磁気読取装置と、
磁気書込装置と
を備える磁気記録再生装置。
【請求項８】
磁気記録媒体に対して素子デバイスを走査させる工程と
前記磁気記録媒体を走査する前記素子デバイスにマイクロ波を照射する工程と、
前記素子デバイスに印加される磁場および前記素子デバイスに照射される前記マイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて前記素子デバイスに発生する電流の変化を検出する工程と
を包含する、磁気読取方法。
【請求項９】
前記磁気記録媒体を走査する前記素子デバイスの配置された空間に、磁場を形成する工程をさらに包含する、請求項８に記載の磁気読取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気読取装置、磁気読取方法および磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置等の磁気記録再生装置では、高記録密度化に伴って薄膜磁気ヘッドの性能向上が要求されている。薄膜磁気ヘッドとして、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子とも記す。）を有する再生ヘッドが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の磁気読取装置において、磁気抵抗効果素子の抵抗は、磁気記録媒体の磁場に応じて変化する。この磁気抵抗効果素子を流れる電流をセンスすることにより、磁気記録媒体の磁気情報を読み取ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された磁気読取装置では、磁気抵抗率を利用している。このような磁気読取装置では、一般的に、磁気抵抗率の変化率は１０％程度にすぎず、磁気記録媒体からの磁気の読取を確実に行えないことがある。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気記録媒体からの磁気の読取精度を向上させた磁気読取装置、磁気読取方法および磁気記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による磁気読取装置は、磁気記録媒体を相対的に走査する素子デバイスと、前記素子デバイスにマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、前記素子デバイスに印加される磁場および前記素子デバイスに照射される前記マイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて前記素子デバイスに発生する電流を検出する電流検出部とを備える。
【０００８】
ある実施形態において、前記磁気読取装置は、前記素子デバイスの配置された空間に、磁場を形成する磁場形成部をさらに備える。
【０００９】
ある実施形態において、前記磁場形成部は、前記素子デバイスが前記磁気記録媒体を相対的に走査する方向に沿って磁場を形成する。
【００１０】
ある実施形態において、前記素子デバイスは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に配置された半導体層とを有する。
【００１１】
ある実施形態において、前記半導体層は有機半導体層を有する。
【００１２】
ある実施形態において、前記素子デバイスは、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方と前記半導体層との間に設けられた絶縁層を有する。
【００１３】
本発明による磁気記録再生装置は、上記に記載の磁気読取装置と、磁気書込装置とを備える。
【００１４】
本発明による磁気読取方法は、磁気記録媒体に対して素子デバイスを走査させる工程と、前記磁気記録媒体を走査する前記素子デバイスにマイクロ波を照射する工程と、前記素子デバイスに印加される磁場および前記素子デバイスに照射される前記マイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて前記素子デバイスに発生する電流の変化を検出する工程とを包含する。
【００１５】
ある実施形態において、前記磁気読取方法は、前記磁気記録媒体を走査する前記素子デバイスの配置された空間に、磁場を形成する工程をさらに包含する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、磁気記録媒体からの磁気の読取精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による磁気読取装置の実施形態の模式図である。
【図２】本発明による磁気読取方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明による磁気読取装置の実施形態の模式図である。
【図４】本発明による磁気読取装置の実施形態の模式図である。
【図５】本実施形態の磁気読取装置における素子デバイスの一例の模式図である。
【図６】本実施形態の磁気読取装置における素子デバイスの一例の模式図である。
【図７】図６に示した素子デバイスの作製方法の一例を示す模式図である。
【図８】本実施形態の磁気読取装置の素子デバイスにおける電子スピン共鳴現象の変化に応じた電流変化の一例を示すグラフである。
【図９】本実施形態の磁気読取装置における素子デバイスの一例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の磁気読取装置の素子デバイスにおける電子スピン共鳴現象の変化に応じた電流変化の一例を示すグラフである。
【図１１】本実施形態の磁気読取装置の模式図である。
【図１２】本実施形態の磁気読取装置の素子デバイスにおける電子スピン共鳴現象の変化に応じた電流変化の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明による磁気記録再生装置の実施形態の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明による磁気読取装置、磁気読取方法および磁気記録再生装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１９】
図１に、本実施形態の磁気読取装置１０の模式図を示す。磁気記録媒体Ｍには磁気が記録されている。例えば、磁気記録媒体Ｍには、水平磁気記録方式、垂直磁気記録方式等で磁気が記録されている。磁気読取装置１０は、磁気記録媒体Ｍから磁気を読み取る。磁気読取装置１０は、素子デバイス２０と、マイクロ波照射部３０と、電流検出部４０とを備える。
【００２０】
素子デバイス２０は、磁気記録媒体Ｍを相対的に走査する。走査は、素子デバイス２０が固定された状態で磁気記録媒体Ｍが移動することによって行われてもよく、または、磁気記録媒体Ｍが固定された状態で素子デバイス２０が移動することによって行われてもよい。あるいは、走査は、素子デバイス２０および磁気記録媒体Ｍの両方が移動することによって行われてもよい。
【００２１】
マイクロ波照射部３０は、磁気記録媒体Ｍを相対的に走査する素子デバイス２０にマイクロ波を照射する。本実施形態の磁気読取装置１０では、素子デバイス２０において、磁気記録媒体Ｍの磁場およびマイクロ波照射部３０から照射されたマイクロ波によって電子スピン共鳴現象が発生する。電子スピン共鳴現象は、磁気記録媒体Ｍの磁場強度に応じて制御される。また、電子スピン共鳴現象は、マイクロ波照射部３０から照射されるマイクロ波に応じて制御してもよい。
【００２２】
電流検出部４０は、素子デバイス２０に印加される磁場および素子デバイス２０に照射されるマイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて素子デバイス２０に発生する電流を検出する。本実施形態の磁気読取装置１０では、素子デバイス２０の制御される電子スピン共鳴現象を利用して磁気記録媒体Ｍから磁気を読み取る。
【００２３】
以下、図２を参照して本実施形態の磁気読取方法を説明する。まず、Ｓ２０２に示すように、磁気記録媒体Ｍに対して素子デバイス２０を相対的に走査する。
【００２４】
次に、Ｓ２０４に示すように、磁気記録媒体Ｍを相対的に走査する素子デバイス２０にマイクロ波を照射する。素子デバイス２０において、磁気記録媒体Ｍの磁場およびマイクロ波照射部３０から照射されたマイクロ波によって電子スピン共鳴現象が発生する。例えば、マイクロ波照射部３０は、所定の周波数のマイクロ波を継続的に照射する。マイクロ波照射部３０は、必要に応じて、マイクロ波の照射を中断してもよく、あるいは、マイクロ波照射部３０は、照射するマイクロ波の周波数を変化させてもよい。
【００２５】
次に、Ｓ２０６に示すように、素子デバイス２０に印加される磁場および素子デバイス２０に照射されるマイクロ波によって制御される電子スピン共鳴現象に応じて素子デバイス２０に発生する電流を検出する。
【００２６】
本実施形態では、磁場とマイクロ波によって発生する電子スピン共鳴現象に関連して、素子デバイス２０を流れる電流が変化し、これにより、磁気記録媒体Ｍから磁気を確実に読み出すことができる。素子デバイス２０内の不対電子は、所定の強度の磁場の影響下に置かれると、所定の周波数を有するマイクロ波を吸収し、より高いエネルギー準位に遷移する。このような現象は電子スピン共鳴現象と呼ばれる。多数の不対電子が存在する素子デバイス２０に、磁気記録媒体Ｍから比較的強い磁場が与えられると、不対電子のスピンは磁場方向に向きを変える。なお、厳密には、一部のスピンは磁場に平行になる一方で、一部のスピンは磁場と逆平行になるが、前者のスピンは後者のスピンよりも安定であるため、確率的に若干多く存在する。前者と後者のスピンのエネルギー差は磁場の強さに応じて変化する。この状態で、前者から後者のスピンに向きを変えるのに必要なエネルギーを有するマイクロ波が照射されると、電子スピン共鳴現象が発生し、入射したマイクロ波が吸収される。
【００２７】
素子デバイス２０にキャリアが発生した状態で、素子デバイス２０に電子スピン共鳴現象が発生すると、素子デバイス２０を流れる電流が変化し、この電流を検出することにより、磁気記録媒体Ｍの磁気を読み取ることができる。例えば、素子デバイス２０のキャリアは、光照射によって発生させてもよい。あるいは、素子デバイス２０のキャリアは、電気的に発生させてもよい。ただし、キャリア発生の効率性および簡便性の観点から、素子デバイス２０のキャリアは、光照射によって発生させることが好ましい。例えば、素子デバイス２０は光の照射される場所に配置され、一例として、素子デバイス２０に太陽光が照射される。
【００２８】
例えば、磁場およびマイクロ波の少なくとも一方が、素子デバイス２０の電子スピン共鳴現象が発生するように設定された所定の状態から、電子スピン共鳴現象が発生しないように設定された状態に変化する場合、磁気読取装置１０において素子デバイス２０に比較的大きな電流が流れる。例えば、磁気記録媒体Ｍから素子デバイス２０に印加される磁場強度は所定の値から変化させてもよい。
【００２９】
なお、厳密には、磁気記録媒体Ｍからの磁場強度、および、マイクロ波照射部３０によって照射されるマイクロ波の周波数をある程度変化させても素子デバイス２０においてある程度の割合で電子スピン共鳴現象が発生することがある。このため、磁気記録媒体Ｍからの磁場強度は、電子スピン共鳴現象が発生しない程度まで変化させることが好ましい。例えば、電子スピン共鳴現象の発生する磁場の強度が約３３７０Ｇである場合、磁場の強度を約１０Ｇ程度変化させることにより（具体的には、３３６０Ｇ未満または３３８０Ｇ以上にすることにより）、電子スピン共鳴現象が発生しなくなる。
【００３０】
また、例えば、磁場およびマイクロ波の少なくとも一方が、素子デバイス２０の電子スピン共鳴現象が発生しないように設定された状態から、電子スピン共鳴現象が発生するように設定された所定の状態に変化する場合、磁気読取装置１０において素子デバイス２０に比較的大きな電流が流れる。例えば、磁気記録媒体Ｍから素子デバイス２０に印加される磁場強度は、電子スピン共鳴現象を発生させる所定の強度に変化してもよい。
【００３１】
また、磁場およびマイクロ波が、電子スピン共鳴現象を発生させるように設定された状態で、素子デバイス２０に照射される光の強度または波長を変更してもよい。これにより、素子デバイス２０を流れる電流を変化させることができる。
【００３２】
なお、磁場とマイクロ波によって発生する電子スピン共鳴現象に関連して、素子デバイス２０に印加される磁場、素子デバイス２０に供給されるマイクロ波および素子デバイス２０に照射される光の少なくとも１つを変化させることにより、素子デバイス２０を流れる電流が変化する。例えば、磁気記録媒体Ｍの磁気が領域ごとに異なる場合、素子デバイス２０が磁気記録媒体Ｍの異なる領域を走査する毎に素子デバイス２０に比較的大きな電流が流れる。以上のように、マイクロ波の周波数と磁場強度から決定される電子スピン共鳴条件を利用して交流電流を発生できる。
【００３３】
例えば、マイクロ波の周波数を一定に保ちながら磁場の強度が変化することにより、素子デバイス２０を流れる電流が変化する。なお、共鳴条件を与える磁場強度とマイクロ波周波数は比例関係にあるため、共鳴条件を満足する限り、磁場強度とマイクロ波周波数は、任意の値に変更することができる。
【００３４】
例えば、磁気記録媒体Ｍの磁場が電子スピン共鳴現象を発生させる条件を満足する状態と満足しない状態（ＯＮ−ＯＦＦ状態）とで切り替わることにより、電子スピン共鳴現象による素子デバイス２０に流れる電流を変化させることができる。このようにして、電子スピン共鳴現象のＯＮ−ＯＦＦ状態を切り替えることにより、素子デバイス２０を流れる電流を変化させることができる。
【００３５】
なお、電子スピン共鳴現象の制御によって電流が発生する理由として、ポーラロンペアの関与が考えられる。ポーラロンペアとは、ポリマー鎖間において電子と正孔が弱く結合した状態であり、励起子とキャリアの中間体とされている。ポーラロンペアには励起子と同様に、ｓｉｎｇｌｅｔ（ＰＰＳ）とｔｒｉｐｌｅｔ（ＰＰＴ）の形態が存在する。定常条件の下では、キャリア、ポーラロンペア、励起子間における解離、再結合において、平衡状態が成立している。電子スピン共鳴によりポーラロンペアの電子あるいは正孔のスピンが反転することで、ＰＰＳとＰＰＴの個数の関係が平衡状態から崩れ、キャリアの個数が変化し、電流が変化すると考えられる。
【００３６】
本実施形態の磁気読取装置１０は電流変化率を室温で１００％以上にできるため、磁気抵抗率を利用して磁気の読取を行う場合と比べると、読取精度を向上させることができる。なお、発生電流は光に応じて生成されており、発生電流を光量や光の波長に応じて制御することも可能である。
【００３７】
なお、図１に示した磁気読取装置１０では、磁気記録媒体Ｍの磁場を利用して電子スピン共鳴現象を発生させたが、本発明はこれに限定されない。電子スピン共鳴現象の発生に、磁気記録媒体Ｍ以外の磁気を利用してもよい。
【００３８】
図３に、本実施形態の磁気読取装置１０の模式図を示す。図３に示した磁気読取装置１０は、素子デバイス２０、マイクロ波照射部３０および電流検出部４０に加えて、磁場形成部５０をさらに備えている。磁場形成部５０は、素子デバイス２０の配置された空間に磁場を形成する。磁場形成部５０を用いて素子デバイス２０に印加される磁場の強度を増大させることにより、マイクロ波照射部３０におけるマイクロ波の波長を比較的短くすることができ、磁気読取装置１０の小型化を実現することができる。
【００３９】
図３に示した磁気読取装置１０において、例えば、磁場形成部５０として電磁石が用いられる。ただし、磁場を印加することができれば、磁場形成部５０として任意のものを用いてもよい。また、例えば、マイクロ波照射部３０としてマイクロ波共振器が用いられる。マイクロ波共振回路３０は、金属等の導体の壁面で囲まれた空洞共振器であって、共振条件を満たす所定の周波数の電磁波しか存在できないように構成されている。ここでは、素子デバイス２０は、磁場形成部５０の間で、かつ、マイクロ波共振器３０の中央に配置されている。例えば、磁場形成部５０は、素子デバイス２０が磁気記録媒体Ｍを相対的に走査する方向に沿って磁場を形成する。例えば、磁気記録媒体Ｍには、１つの磁気情報が記録されており、素子デバイス２０に磁場形成部５０からの磁場を印加させた状態で磁気記録媒体Ｍを近づけることにより、磁気読取装置１０をスイッチ素子として用いることができる。このように、磁気記録媒体Ｍに対する素子デバイス２０の走査は瞬間的に行われてもよい。
【００４０】
また、磁気読取装置１０では、マイクロ波照射部３０および磁場形成部５０が一体的に構成されてもよい。磁場の強度とマイクロ波の周波数から決定される共鳴条件下で素子デバイス２０において電子スピン共鳴現象が発生する。本明細書の以下の説明において、マイクロ波照射部３０および磁場形成部５０を併せて電子スピン共鳴装置と呼ぶことがある。電子スピン共鳴装置として市販の装置を用いてもよい。
【００４１】
上述した説明では、一例として、素子デバイス２０に、太陽光などの磁気読取装置１０の外部からの光が照射されたが、本発明はこれに限定されない。素子デバイス２０には磁気読取装置１０内の部材から出射された光が照射されてもよい。
【００４２】
図４に、本実施形態の磁気読取装置１０の模式図を示す。図４に示した磁気読取装置１０は、素子デバイス２０、マイクロ波照射部３０、電流検出部４０および磁場形成部５０に加えて、光源６０をさらに備えている。図４に示した磁気読取装置１０は光源６０をさらに備える点を除いて、図３を参照して上述した磁気読取装置と同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。例えば、光源６０として半導体レーザを用いてもよい。なお、図４に示した磁気読取装置１０は磁場形成部５０を備えているが、必要に応じて、磁場形成部５０を省略してもよい。
【００４３】
また、上述した説明では、磁気読取装置１０自体が磁気記録媒体Ｍを備えていなかったが、本発明はこれに限定されない。磁気読取装置１０自体が磁気記録媒体Ｍを備えてもよい。
【００４４】
以下に、磁気読取装置１０における素子デバイス２０を説明する。図５に、磁気読取装置１０における素子デバイス２０の一例を示す。素子デバイス２０は、電極２２と、電極２４と、電極２２と電極２４の間に位置する半導体層２６とを有している。電極２２は基板（図５では図示せず）に支持されていてもよい。なお、本明細書の以下の説明において、電極２２および電極２４をそれぞれ第１電極２２および第２電極２４と呼ぶことがある。
【００４５】
半導体層２６には、多数の不対電子が存在しており、半導体層２６内の不対電子は、所定の強度の磁場の影響下に置かれると、所定の周波数を有するマイクロ波を吸収し、半導体層２６内において電子スピン共鳴現象が発生する。例えば、半導体層２６に光が照射されると半導体層２６の光の吸収に伴い、キャリアが発生する。例えば、キャリアは、半導体層２６が可視光および紫外光を吸収することによって発生する。
【００４６】
キャリアが発生する場合、電極２２と電極２４との間に電圧が印加されていると、発生したキャリアは電極２２から電極２４に向かって、または、その反対に移動する。移動するキャリアは電極２２と電極２４との間を流れる電流として取り出すことができ、このような電流は光電流とも呼ばれる。素子デバイス２０として積層型有機太陽電池を用いてもよい。例えば、素子デバイス２０として、電子受容体としてのフラーレン誘導体と、電子供与体としてのπ型共役ポリマーとを組み合わせた有機薄膜半導体を有する太陽電池を用いてもよい。
【００４７】
例えば、有機半導体層２６はπ型共役ポリマーを含んでもよい。例えば、有機半導体層２６のπ型共役ポリマーとしてｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ、以下ＭＥＨ−ＰＰＶという。）を用いている。ＭＥＨ−ＰＰＶの他にもｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｅｎｅ）（略称、Ｐ３ＨＴ）やｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５―（３‘，７’−ｄｉｍｅｔｈｙｌｏｃｔｙｌｏｘｙ）―１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）（略称、ＭＤＭＯＰＰＶ）やＣ６０フラーレンなどを用いてもよい。また、有機半導体層２６がπ型共役ポリマーを含む場合、例えば電子受容体としてのフラーレン誘導体と、電子供与体としてのπ型共役ポリマーとを組み合わせた有機薄膜半導体を用いてもよい。なお、Ｐ３ＨＴは波長６５０μｍ以下の光を吸収し、ＭＤＭＯＰＰＶは波長６００ｎｍ以下の光を吸収する。また、Ｃ６０フラーレンは可視域および紫外領域の光を吸収する。
【００４８】
なお、上述したように、素子デバイス２０では、半導体層２６に光が照射されることにより、電極２２と電極２４との間に電流が流れてもよい。以下、図６を参照して光の照射によって電極２２と電極２４との間に電流が流れる素子デバイス２０の一例を説明する。
【００４９】
図６に示した素子デバイス２０では、電極２２が正極であり、電極２４が負極である。素子デバイス２０において半導体層２６は、バッファー層２６ａと、電子供与体層２６ｂと、電子受容体層２６ｃと有している。バッファー層２６ａは、電極２２と電子供与体層２６ｂとの間に位置しており、電子供与体層２６ｂへの電荷（正孔）注入効率を向上させる。電子供与体層２６ｂは光によって励起された電子を渡す。電子受容体層２６ｃは電子を受け取り、電極２４まで転送する。電子供与体層２６ｂおよび電子受容体層２６ｃは併せて光電変換層２６ｏと呼ばれる。ここでは、電極２２は透明電極であり、また、電極２２は基板Ｓに支持されている。電極２４として金属電極を用いてもよい。
【００５０】
光励起により発生したエキシトン（励起子）は、電子供与体層２６ｂと電子受容体層２６ｃとの界面のｐｎ接合部で電荷分離され、電子は電子受容体層２６ｃへ、正孔は電子供与体層２６ｂへ移動する。その後、正孔は電子供与体層２６ｂ中を、電子は電子受容体層２６ｃ中をそれぞれ移動し、電流を取り出すことができる。
【００５１】
基板Ｓは、透明なものであってもよく、不透明なものであってもよい。ただし、基板Ｓ側が光の受光面となる場合には、基板Ｓとして透明基板を用いることが好ましい。この場合、特に限定されるものではないが、透明基板Ｓとして石英ガラス等のガラス基板が用いられる。なお、透明基板Ｓとして、ガラス基板以外にも、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を利用してもよい。
【００５２】
例えば、透明電極２２は、酸化インジウムにスズを添加したＩＴＯから構成されてもよい。なお、透明電極２２の材料は特にＩＴＯに限定されないが、後述するように、電極２４の仕事関数等を考慮すると、透明電極２２は、仕事関数の高い材料から形成されることが好ましい。
【００５３】
電極２４は、導電性を有する材料であれば特に限定されない。ただし、透明電極２２を仕事関数の比較的高いＩＴＯから形成する場合、電極２４は、仕事関数の低いアルミニウムから形成されることが好ましい。
【００５４】
例えば、半導体層２６として有機半導体層が好適に用いられる。なお、ここでは、半導体層２６の一例として有機半導体層を説明するが、本発明はこれに限定されない。半導体層２６は無機半導体層であってもよい。
【００５５】
半導体層２６として有機半導体層を用いる場合、例えば、バッファー層２６ａは、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホネート（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、以下ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳという。）から構成される。ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは、極めて高い導電性を示し、バッファー層２６ａの材料として好適に用いられる。あるいは、バッファー層２６ａはスターバーストアミンまたはＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）等から構成されてもよい。なお、必要に応じてバッファー層２６ａを省略してもよい。
【００５６】
電子供与体層２６ｂはポリマー主鎖に沿った共役π電子を有するπ共役ポリマーから構成されることが好ましい。例えば、電子供与体層２６ｂは、ｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ、以下ＭＥＨ−ＰＰＶという。）から構成される。あるいは、電子供与体層２６ｂは、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｅｎｅ）（略称、Ｐ３ＨＴ）、または、ｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５―（３‘，７’−ｄｉｍｅｔｈｙｌｏｃｔｙｌｏｘｙ）―１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）（略称、ＭＤＭＯＰＰＶ）などの他のπ共役ポリマーから構成されてもよい。
【００５７】
電子受容体層２６ｃは、フラーレン（Ｃ６０）又はフラーレン誘導体から構成されている。フラーレン（Ｃ６０）又はフラーレン誘導体は高いエネルギー変換効率を示し得る。ここで、フラーレン誘導体とは、フラーレン、フラーレンの誘導体、ならびに、フラーレンおよびフラーレンの誘導体の混合物をいう。フラーレン誘導体としては、フラーレン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。また、フラーレン骨格における炭素原子は、いずれも任意の基で表面修飾されていてもよく、この表面修飾基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に含まれるフラーレン骨格単位は、その表面修飾基を含め、同一であっても異なっていてもよい。
【００５８】
このようなフラーレン誘導体としては、例えば高次フラーレン類、表面修飾基を有する表面修飾フラーレン類、バッキーオニオン、フラーレン結合ポリマー類等が挙げられる。高次フラーレン類としては、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等がある。本明細書において、高次フラーレン類とは、高次フラーレンだけでなく、高次フラーレンの誘導体も含む。例えば、電子受容体層２６ｃは、フラーレン誘導体として、（６，６）−フェニル−Ｃ６１−ブチル酸メチルエステル（（６，６）−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ、以下ＰＣＢＭという。）から構成される。フラーレンそのものは有機溶媒への溶解性が低いことから、真空蒸着法で形成される。これに対して、ＰＣＢＭは有機溶媒に溶解させた溶液をスピンコーティングなどによって薄膜状に形成することができる。
【００５９】
素子デバイス２０では、光励起により発生したエキシトン（励起子）は、フラーレン又はフラーレン誘導体（電子受容体層２６ｃ）とπ共役ポリマー（電子供与体層２６ｂ）の界面のｐｎ接合部で電荷分離され、電子は電子受容体層２６ｃへ、正孔は電子供与体層２６ｂへ移動する。その後、正孔はπ共役ポリマー（電子供与体層２６ｂ）のネットワーク中を、電子はフラーレン（電子受容体層２６ｃ）のネットワーク中をそれぞれ移動し、電流として取り出される。
【００６０】
以下、図７を参照して、図６に示した素子デバイス２０の一例およびその作製方法を説明する。
【００６１】
まず、ガラス基板Ｓの表面上に、ＩＴＯを含む電極２２を形成する。その後、電極２２の上に、バッファー層２６ａ、電子供与体層２６ｂ、電子受容体層２６ｃを形成する。
【００６２】
ここでは、バッファー層２６ａはＰＥＤＯＴ・ＰＳＳから構成され、電子供与体層２６ｂはＭＥＨ−ＰＰＶから構成され、電子受容体層２６ｃはＰＣＢＭから構成される。例えば、バッファー層２６ａ、電子供与体層２６ｂおよび電子受容体層２６ｃをこの順番にスピンコート法で形成する。これらの材料を塗布する手法として、例えばダイコート法、ディップコート法、ロールコート法、ビードコート法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法等を用いることができる。なお、上述したように、電子受容体層２６ｃはフラーレンから構成されてもよく、この場合、電子受容体層２６ｃは真空蒸着で形成される。
【００６３】
電極２４は、例えば、真空蒸着を用いて形成される。例えば、電極２４はアルミニウムから形成される。電極２４の形成方法として、真空蒸着法の他に、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法や、ＣＶＤ法等の乾式塗工法を採用することができる。
【００６４】
ここで、図８を参照して、図６に示した素子デバイス２０を流れる電流を測定した結果を説明する。図８は、電流検出部４０で検出した素子デバイス２０からの電流の時間変化を示すグラフである。図８において横軸は時間を示し、縦軸は素子デバイス２０において発生する光電流を示している。
【００６５】
ここでは、素子デバイス２０に照射する光の波長は４８８ｎｍ、光の強度は２５ｍＷであり、印加する磁場の強度は３３８０Ｇである。また、マイクロ波の周波数は約９．５ＧＨｚである。ここでは、素子デバイス２０の電子スピン共鳴現象の変化は、マイクロ波の強度を０ｍＷおよび２００ｍＷに周波数５０Ｈｚ（周期２０ｍｓ）で変調することによって行われる。
【００６６】
図８から理解されるように、電子スピン共鳴現象の有無が変化するまで、室温中で約４ｎＡの直流光電流（定常光電流）が得られているが、電子スピン共鳴現象の有無の変化が起こった直後に、スパイク状の光電流（過渡電流）の増加（＋１１ｎＡ）および減少（−４ｎＡ）が観測される。このスパイク状の光電流（過渡電流）は、室温中において直流光電流の２００％以上大きい振幅値を示している。
【００６７】
なお、図８では、マイクロ波の強度を周波数５０Ｈｚ（周期２０ｍｓ）で変調しているが、これを１ｋＨｚ以上程度で変調すると、スパイク状の電流がサイン波の交流電流波形に近づく。また、ここでは光の強度は約２５ｍＷであるが、照射強度をより強くすると、交流光電流はさらに増加する。
【００６８】
なお、上述した説明では、素子デバイス２０（有機半導体層２６）に光が照射されると、電極２２と電極２４との間に電流が流れたが、本発明はこれに限定されない。素子デバイス２０（有機半導体層２６）に光が照射されても電極２２と電極２４との間に電流が流れなくてもよい。
【００６９】
図９に、素子デバイス２０の構造を示す。図９に示した素子デバイス２０は、電極２２、２４および有機半導体層２６に加えて、電極２２と有機半導体層２６との間に位置する絶縁層２３と、電極２４と有機半導体層２６との間に位置する絶縁層２５とをさらに有している。
【００７０】
絶縁層２３、２５は絶縁性樹脂から形成される。絶縁性樹脂として、例えば、日本ゼオン株式会社製のシクロオレフィンポリマー樹脂が用いられる。絶縁層２３、２５により、電極２２と電極２４との間を流れる電流が抑制される。例えば、図９に示した素子デバイス２０では、絶縁層２３、２５が形成されているため定常光電流が発生しない。
【００７１】
図９に示した素子デバイス２０において、有機半導体層２６はπ型共役ポリマーを含んでもよい。例えば、有機半導体層２６のπ型共役ポリマーとしてｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ、以下ＭＥＨ−ＰＰＶという。）を用いている。ＭＥＨ−ＰＰＶの他にもｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｅｎｅ）（略称、Ｐ３ＨＴ）やｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５―（３‘，７’−ｄｉｍｅｔｈｙｌｏｃｔｙｌｏｘｙ）―１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）（略称、ＭＤＭＯＰＰＶ）やＣ６０フラーレンなどを用いてもよい。また、有機半導体層２６がπ型共役ポリマーを含む場合、例えば電子受容体としてのフラーレン誘導体と、電子供与体としてのπ型共役ポリマーとを組み合わせた有機薄膜半導体を用いてもよい。なお、Ｐ３ＨＴは波長６５０μｍ以下の光を吸収し、ＭＤＭＯＰＰＶは波長６００ｎｍ以下の光を吸収する。また、Ｃ６０フラーレンは可視域および紫外領域の光を吸収する。
【００７２】
図９に示した素子デバイス２０では、透明電極２２と有機半導体層２６の間に絶縁層２３が設けられ、有機半導体層２６と金属電極２４の間に絶縁層２５が設けられている。絶縁層２３、２５により、素子デバイス２０には定常光電流が発生しない一方で、電子スピン共鳴現象の有無の変化によるスパイク状の交流電流を発生させることができる。
【００７３】
以下、絶縁層２３、２５が設けられているにも関わらずスパイク電流が発生する理由について説明する。通常、有機半導体層を異なる電極で挟んだ構造のデバイスをショートさせた場合には、有機半導体層内に内部電場が生じ、光電流の流れる方向は、その電場の向きによって一意的に決まる。そのため、観測された電子スピン共鳴現象によって光電流の向きが反転する現象は、キャリア数の変化等では起こりえない。電子スピン共鳴現象によって起こる電流変化は、デバイス内での電場環境（すなわち誘電率）が変わることにより誘起された変位電流が原因であると考えられる。電子スピン共鳴現象によって内部電場が変化する機構の詳細は、現在のところ明らかではないが、スピン反転によるポーラロンペアの再結合量や解離量の増減がデバイス内部のキャリア分布を変えることに起因して、電子スピン共鳴現象による内部電場の変化が起こっているのではないかと考えられる。
【００７４】
なお、図９に示した素子デバイス２０では有機半導体層２６の両側に２つの絶縁層２３、２５が設けられているが、本発明はこれに限定されない。絶縁層２３、２５のうちの絶縁層２３のみが設けられてもよく、または、絶縁層２５のみが設けられてもよい。このように、素子デバイス２０には絶縁層２３、２５の少なくとも一方が設けられてもよい。
【００７５】
以下、図１０に、図９に示した素子デバイス２０を流れる電流の検出結果を説明する。図９では、オシロスコープで計測した光電流検出ＥＳＲ信号のピーク付近（すなわち共鳴点）における時間変化スペクトルを示している。なお、電子スピン共鳴現象のＯＮ−ＯＦＦの状態は、マイクロ波のＡＭ変調によって実現している。ここでは、光電流検出ＥＳＲはＸ−バンド用のマイクロ波キャビティ内にセットした素子デバイスを、波長４７３ｎｍの半導体レーザで光励起し、光電流Ｉを室温かつ窒素雰囲気中で測定している。  
【００７６】
図１０から、絶縁層２３、２５の設けられた素子デバイス２０を用いた場合、絶縁層２３、２５によって定常光電流が観測されない一方で、電子スピン共鳴現象によるスパイク電流が観測されることが分かる。このように、有機半導体層２６と電極２２、２４の間に絶縁層２３、２５を設けることにより、定常光電流を除去するとともに、電子スピン共鳴現象の有無が変化する際にスパイク電流が得られる。絶縁層が形成されていない素子デバイス２０に対して同様の条件で行った図８と図１０との比較から理解されるように、図９に示した素子デバイス２０を用いた場合、磁気読取装置１０は、定常光電流を発生させないで、電子スピン共鳴現象の有無の変化に起因する交流電流を十分に得ることができ、素子デバイス２０の性能を向上させることができる。
【００７７】
なお、上述した説明では、絶縁層２３および／または絶縁層２５を設けることによって定常光電流を抑制したが、絶縁層２３、２５を設けなくても、素子デバイス２０を長期間大気に曝すことにより、定常光電流を抑制することができる。また、この場合、スパイク電流も増大させることができる。
【００７８】
図１１に、本実施形態の磁気読取装置１０の模式図を示す。例えば、図１１に示した磁気読取装置１０において、図５に示した素子デバイス２０が用いられる。例えば、素子デバイス２０における電極２２は酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）を含む透明電極であり、電極２４はアルミニウムを含む金属電極であり、半導体層２６はＣ６０を含む薄膜である。このような素子デバイス２０は、Ｃ６０を含む半導体層２６を空気暴露によって処理した後、ＩＴＯを含む電極２２およびアルミニウムを含む電極２４で挟むことによって形成される。
【００７９】
ここでは、磁場形成部５０は、一定強度の磁場を素子デバイス２０に印加する。マイクロ波照射部３０から素子デバイス２０に照射されるマイクロ波の周波数、および、磁場形成部５０から素子デバイス２０に印加される磁場強度は、素子デバイス２０において電子スピン共鳴現象が発生するように設定されている。
【００８０】
磁気記録媒体Ｍには、領域ごとに、方向の異なる磁気が記録されている。ここでは、磁気記録媒体Ｍには、磁場形成部５０から印加される磁場方向に平行または反平行な磁場が記録されている。磁気記録媒体Ｍの領域に応じて、素子デバイス２０に印加される磁場の強度が変化し、これにより、電子スピン共鳴現象の有無が変化する。このように、電子スピン共鳴現象の有無が変化する毎に、素子デバイス２０に過渡電流が流れ、電流検出部４０はこの過度電流を検出することにより、磁気記録媒体Ｍの各領域に記録される磁気パターンを読み取ることができる。なお、図１１に示した磁気読取装置１０は磁場形成部５０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。図１を参照して上述したように磁気読取装置１０は磁場形成部５０を備えることなく、磁気記録媒体Ｍからの磁場を利用して電子スピン共鳴現象を制御してもよい。
【００８１】
なお、ここでは、磁気記録媒体Ｍには、向きの異なる磁場が記録されており、各領域に、１ビットの情報が記録されていたが、本発明はこれに限定されない。磁気記録媒体Ｍには、向きだけでなく大きさの異なる磁場が記録されており、磁気記録媒体Ｍの各領域に、多ビットの情報が記録されていてもよい。
【００８２】
以下、図１２に、図１１に示した磁気読取装置１０における素子デバイス２０を流れる電流の測定結果を説明する。なお、ここでは、電子スピン共鳴現象のＯＮ−ＯＦＦの状態は、マイクロ波のＡＭ変調により実現している。
【００８３】
図１２から理解されるように、電子スピン共鳴現象の発生条件が変化すると、電流が変化する。一方、発生条件に変化がない場合、電流はほぼ流れない。また、図１２から、素子デバイス２０がＣ６０を含む半導体層２６を有する場合、素子デバイス２０に光が照射されても、定常光電流が観測されない一方で、電子スピン共鳴現象の有無が変化すると、スパイク電流（過渡電流）が発生することが理解される。
【００８４】
本実施形態の磁気読取装置１０では、磁気記録媒体Ｍの磁気方向が反転する際に素子デバイス２０に過度電流が流れる。電流検出部４０が素子デバイス２０を流れる電流を検出し、これにより、磁気記録媒体Ｍの磁場の反転する領域を検出することができる。また、電子スピン共鳴現象が発生していない場合、素子デバイス２０は実質的に絶縁体であり、電子スピン共鳴現象の変化に伴う素子デバイス２０を流れる電流の変化率は理論的には無限大である。例えば、図１２において、過渡電流は５μ秒以下で立ち上がる。なお、典型的には、立ち上がり時間はアンプの性能によって決定されており、過渡電流の厳密な立ち上がり時間はさらに短いと考えられる。このため、磁気記録媒体Ｍに対する素子デバイス２０の走査が比較的速くても、磁気の読取を行うことができる。
【００８５】
図１３は、本実施形態の磁気記録再生装置１００の模式図である。磁気記録再生装置１００は、磁気読取装置１０と、磁気書込装置１１０とを備えている。ここでは、磁気書込装置１１０が記録ヘッドとして用いられ、磁気読取装置１０が再生ヘッドとして用いられる。なお、磁気読取装置１０の電流検出部４０は、再生ヘッドとは異なる場所に配置されてもよい。
【００８６】
磁気書込装置１１０は、磁気読取装置１０において電子スピン共鳴現象を制御して読み取り可能な磁場を磁気記録媒体Ｍに書き込む。磁気書込装置１１０は、水平磁気記録方式、垂直磁気記録方式等により、磁気記録媒体Ｍに磁気を記録する。例えば、磁気書込装置１１０はコイルに流れる電流の向きを変化させることにより、磁気記録媒体Ｍに記録させる磁場の向きを変化させる。このような磁気記録再生装置１００により、情報の記録および再生を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明によれば、磁気記録媒体からの磁気の読取精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  磁気読取装置
２０  素子デバイス
３０  マイクロ波照射部
４０  電流検出部
５０  磁場形成部
６０  光源
Ｍ    磁気記録媒体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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