JP2012084206A - 磁気記録媒体、磁気再生装置、磁気再生方法、光変調素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気ディスクは基板上に磁性細線5を同心円状に備え、それぞれの磁性細線5に、イオン注入により相対的に飽和磁化の高い高Ms領域5sを局所的に設けたことを特徴とする。磁性細線5には「0」または「1」のデータが連続して記録され、データを記録された領域は磁区D0,D1等として、磁性細線5の両端に接続された一対の電極61,62にて供給されるパルス電流により磁性細線5中を断続的に移動する。電流供給により高Ms領域5s外に到達した磁壁DW2は、パルス電流における電流停止時に、近傍の高Ms領域5sまで自発的に移動して係止される。したがって、磁性細線5において高Ms領域5sを磁壁が通過する度に微小な位置ズレが補正されるため、再生エラーを防止できる。
【選択図】図6
Description
本発明に係る磁気再生装置および磁気再生方法によれば、データの移動ズレがなく、的確に磁気記録媒体のデータを高速再生することができる。
本発明の実施形態に係る磁気ディスク(磁気記録媒体)50は、図1に示すように、円盤形状の基板7上に、磁性体を細線状に形成してなる磁性細線5をデータの記録(格納)領域として備える。この磁性細線5には、2値のデータすなわち「0」または「1」のデータを当該磁性細線5の長さ方向(以下、細線方向という)に連続して記録される。この磁性細線5の、1つのデータを記録された領域を1つのデータ領域と称し、その細線方向長さを単位長さとする。記録された(格納されている)データは、例えば図2に示すように、磁気ディスク50を磁気再生装置1に搭載または内蔵して再生される。磁性細線5においては、「0」、「1」のデータを異なる2方向の磁化のいずれかとして記録される。したがって、磁性細線5において、データ領域は、1つで、あるいは同値(「0」または「1」のいずれか)のデータを連続して記録された場合は当該連続したデータ領域で、1つの磁区を形成する。本明細書では、適宜、磁性細線5におけるデータ領域を磁区として説明する。
磁気ディスク50において、磁性細線5は、図4(a)に示すように基板7の上に絶縁層8を介して形成されている。なお、図4、および図6、図7は、磁性細線5の細線方向に沿った面による断面を示す。磁性細線5は強磁性材料からなり、特に膜面に垂直な方向の磁化を有する垂直磁気異方性材料が好ましく、具体的にはNi,Fe,Co等の遷移金属やその合金、さらにPd,Pt,Cuとの積層膜が挙げられる。また、光磁気方式で再生するものについては、さらに磁気光学効果の大きい材料(磁気光学材料)が好ましい。磁性細線5の厚さは5〜100nm、幅は10〜200nm、磁性細線5,5間は40〜200nmが好ましく、幅および間隔が短いほど、いわゆるトラックピッチ(磁性細線5の幅と間隔の和)が狭いほど磁気ディスク50の記録容量を大きくできる。ただし、磁気ディスク50の磁性細線5は、その再生方式に対応可能な幅およびトラックピッチとし、具体的にはレーザー光による光磁気方式であれば幅100nm程度以上が好ましく、GMR素子やTMR素子のような磁気抵抗効果素子による磁気方式であれば幅60nm程度以上が好ましい。磁性細線5の細線方向長(トラック長)は、特に制限されず、厚さおよび幅方向長に対して十分に長いものであればよい。磁性細線5は、データの保存(磁化の保持)および再生のためには一体の磁性体で構成されたものでよいが、データを記録するためには、記録方式によって後記するように異なる材料を積層する必要がある。そのため、磁性細線5は、データが記録される記録領域5w(図1参照)において異なる材料を積層し、あるいは磁性細線5の全体を記録領域5wと同じ構成とする。
図1および図4に示す磁気ディスク50は、例えば以下に示すように、磁性細線(トラック)5をダマシン法にて形成することで製造できる。まず、表面を熱酸化したSi基板やガラス基板等の公知の基板材料からなる基板7上に、SiO2やAl2O3等の絶縁膜をスパッタリング法等の公知の方法により成膜し、この絶縁膜に電子線リソグラフィおよびイオンミリングや反応性イオンエッチング(RIE)等のエッチングで磁性細線5,5,…の形状の溝を形成して絶縁層8とする。この絶縁層8の上に磁性材料をスパッタリング法等の成膜方法にて溝に堆積させた後、表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)等で溝内以外の磁性材料を除去して磁性細線5,5,…とする。磁性細線5の記録領域5w等に異なる材料を積層する場合は、前記磁性材料の前または後に連続して成膜する。そして、高Ms領域5sとする領域にマスクを形成して、その上から、例えば半導体装置の製造に適用されるイオン注入装置にて、イオンを照射することにより、磁性細線5にマスクによりイオンを注入されていない高Ms領域5sを形成する。なお、イオンは磁性細線5,5間の絶縁層8に注入されても問題ないため、前記マスクは、全磁性細線5に共有される一本の線状とすればよい。磁性細線5の両端の上に、電極用金属材料をスパッタリング法等により成膜、フォトリソグラフィおよびエッチング、またはリフトオフ法等により加工して、電極61,62とする。最後に、電極61,62上を除いて樹脂等(図示省略)で表面を被覆する。なお、磁性細線5の形成においては、磁性細線5を、その下地となる部分の絶縁膜(絶縁層8)を成膜した後にリフトオフ法にて形成し、その後に磁性細線5,5間に絶縁層8を堆積させてもよい。また、電極61,62を形成してから、磁性細線5に高Ms領域5sを形成してもよい。
図6を参照して、本発明に係る磁気記録媒体(磁気ディスク)の、磁性細線での磁壁の移動における動作を説明する。本発明においては、磁気記録媒体に記録されたデータを再生するため、次のように、磁性細線にデータを記録されて形成された磁区を挟むように生成している磁壁を細線方向に移動させる。
本発明に係る磁気再生装置について、図2を参照して説明する。磁気再生装置1は、本発明に係る磁気ディスク(磁気記録媒体)50(図1参照)を搭載し、この磁気ディスク50に記録されたデータを光磁気方式で再生する装置である。磁気再生装置1は、さらに、磁気ディスク50の表面(上面)の所定の領域に入射光を照射する光学系(照射手段)10と、入射光が磁気ディスク50で反射した出射光の偏光の向きを検出する検出部(光検出手段)20と、磁気ディスク50のトラック(磁性細線)5にパルス電流を供給する電流供給部(電流供給手段)30と、これらを制御する制御部(選択手段、データ再生手段)40と、を備える。
次に、本発明に係る磁気再生装置(図2参照)による磁気ディスクの再生方法を説明する。本実施形態においては、任意の1本のトラック(磁性細線)を再生するものとして説明する。本発明に係る磁気再生方法は、選択工程および再生工程を必要に応じて繰り返し、また、光磁気方式にて磁性細線から出射した光の偏光の向きを検出してこの偏光の向きをデータとして再生する。
選択工程では、制御部40が、磁気ディスク50のトラック(磁性細線)5,5,…から、後続の再生工程にて再生しようとするデータが格納されている1本のトラック5を選択する。選択するトラック5は、例えば1回目の選択工程であれば、磁気ディスク50の最外周のトラック5を選択するように、また2回目以降であれば、直前の再生工程にて再生されたトラック5に隣り合う内周側の1本を選択するように設定されていてもよい。あるいは磁気再生装置1外部からの操作により、任意のトラック5を選択できるように設定されていてもよい。選択工程においてデータを再生しようとするトラック5が選択されると、制御部40が光学系10のミラー14および対物レンズ15を移動させてレーザースポットが当該トラック5の再生領域5rに照射されるようにする。さらに、制御部40は、電流供給部30を、このトラック5にパルス電流を供給するように当該トラック5の電極61,62に接続させ、再生工程に移行する。
再生工程では、選択工程で選択された磁気ディスク50のトラック(磁性細線)5に、電流供給部30がパルス電流を細線方向に供給して、磁壁と共にデータ領域を断続的に移動させながら(電流供給処理)、光学系10がこのトラック5の再生領域5rにレーザー光を1つの向きの偏光の光として照射する(照射処理)。そしてトラック5で反射した出射光の偏光の向きを検出部20が検出し(光検出処理)、パルス電流における電流の停止時に検出した出射光の偏光の向きを、制御部40が「0」または「1」のデータに変換して再生する(データ再生処理)。
電流供給部30は、トラック5の電極61,62に接続されて、正または負のいずれかの直流の一定の電流およびパルス周期のパルス電流を当該トラック5に供給する。このパルス電流により、トラック5においてデータ領域が断続的にシフト移動する。データ領域の移動については、前記磁気ディスク50の磁性細線5における磁壁のシフト移動(図6参照)として説明した通りであるので、説明を省略する。
光学系10において、レーザー照射装置11から照射されたレーザー光は、レンズ群12により所定のスポット径の平行光となり、図示しない偏光子を透過して、1つの偏光成分の光の入射光となる。さらに、この入射光は、ハーフミラー13を透過して直進し、ミラー14で反射して、対物レンズ15で集光されて、選択されたトラック(磁性細線)5の再生領域5rに向けて照射される。入射光は、対物レンズ15にて集光されて再生領域5rの大きさに縮径されて当該磁性細線5の再生領域5rに入射し、反射して、再び対物レンズ15を透過して出射光となる。したがって、図7(a)に示すように、本実施形態において、再生領域5rは、対物レンズ15で縮径可能なレーザー光(入射光)のスポット径以上の細線方向長さに設定する。
出射光は、入射光と同じ光路を逆方向に進行してミラー14で反射するが、ハーフミラー13でも反射することで、検出部20に入射する。この出射光は、磁性細線5で反射した際に、磁気光学カー効果により偏光の向きが回転(旋光)した光となる。さらに、磁性細線5の反射した(照射された)領域の磁化方向が上向きか下向きかによって回転が互いに反対の向きとなる。すなわち、出射光は、磁性細線5の再生領域5rにおける磁化方向により、偏光の向きが異なるものとなる。したがって、検出部20により出射光の偏光の向きを検出することで、反射した時点の磁性細線5の再生領域5rに到達しているデータ領域(図7(a)、(b)ではm番目のデータ領域)が、下向き、上向きのいずれの磁化方向の磁区であるか、すなわち「0」、「1」のいずれのデータを記録されているかが判別できる。偏光の向きの検出方法としては、公知の光磁気方式による再生に適用される差動方式が挙げられる。また、出射光の光路上(例えばハーフミラー13と検出部20との間)に、光学系10に備えたものとは別の偏光子を配置して(図示せず)、一方の向きに旋光した出射光のみがこの偏光子に遮光されて検出部20に入射しないように構成してもよい。
検出部20は、照射された出射光を、磁性細線5においてデータ領域が静止するタイミングで、すなわち電流供給部30によるパルス電流における電流停止時に、光電変換にて撮像(検出)する。このとき、制御部40が電流供給部30および検出部20を制御することで、検出部20による撮像のタイミングを合わせる。制御部40は、検出部20が光を撮像した場合と撮像しなかった場合とで、再生データを「0」または「1」として認識して信号化し、得られた信号を磁気再生装置1外部に出力して、映像、音声等の情報として再生する。
磁気再生装置1においては、磁気ディスク50から1本のトラック5を選択してデータを再生しているが、磁気ディスク50の隣り合う2本以上のトラック5の再生領域5rを内包する1つのレーザースポットを照射することで、これらのトラック5について、並行してデータを再生することができる。ここでは、変形例として、磁気ディスク50から隣り合う4本のトラック5を選択してこれらのデータを同時に再生する磁気再生装置について、図8を参照して説明する。図8においては、入射光と出射光(反射光)のそれぞれの光路を識別し易くするためにレーザー光を傾斜させて入出射するように示し、またミラー等は省略する。この磁気再生装置は、図2に示す磁気再生装置1と同様に、光学系10、検出部20、電流供給部30、および制御部40を備える。また、磁気ディスク50の構成は前記と同様である(図1参照)が、一連のデータがトラック5の4本ずつで並列して記録されている。本変形例では、光学系10(図2参照)において、対物レンズ15は用いず、レンズ群12にてレーザー光を磁気ディスク50に照射するスポット径の平行光とする。
本発明に係る別の磁気再生装置について説明する。光磁気方式の前記磁気再生装置1(図2参照)と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。磁気再生装置(図示省略)は、磁気ディスク(磁気記録媒体)50を搭載し、そのトラック(磁性細線)5の磁化方向を検出するための予め指定された位置の領域である再生領域5rにおける磁化方向を検出する検出部(磁気検出手段)20A(図7(c)参照)と、磁気ディスク50のトラック5にパルス電流を供給する電流供給部(電流供給手段)30と、これらを制御する制御部(選択手段、データ再生手段)40と、を備える。
本発明に係る磁気再生装置による磁気ディスクの再生方法を説明する。本実施形態においては、前記した光磁気方式の磁気再生装置による磁気ディスクの再生方法と同様に選択工程および再生工程を必要に応じて繰り返し、磁気方式にて磁性細線の磁化方向を検出する。
選択工程では、制御部40が、磁気ディスク50のトラック(磁性細線)5,5,…から1本のトラック5を選択する。本実施形態では、トラック5が選択されると、制御部40がアームを駆動して、このトラック5の再生領域5rに対向する位置に検出部20Aの磁気ヘッド21を移動させる。そして、制御部40は、電流供給部30を、このトラック5にパルス電流を供給するように当該トラック5の電極61,62に接続させ、再生工程に移行する。
再生工程では、選択工程で選択された磁気ディスク50のトラック(磁性細線)5に、電流供給部30がパルス電流を細線方向に供給して、磁壁と共にデータ領域を断続的に移動させながら(電流供給処理)、検出部20Aがこのトラック5の再生領域5rにおける磁化方向を検出し(磁気検出処理)、パルス電流における電流の停止時に検出した磁化方向を、制御部40が「0」または「1」のデータに変換して再生する(データ再生処理)。したがって、光磁気方式による磁気再生方法と同様に電流供給処理を行い、一方、照射処理は行わず、また光検出処理に代えて磁気検出処理を行う。電流供給処理は、前記した通りであるので説明を省略する。以下、磁気検出処理について説明する。
現行の磁気ディスクと同様に、図7(c)に示すように、検出部20Aの磁気ヘッド21として例えばGMR素子が、対向する再生領域5rにおける磁性細線5のデータ領域(磁区)からの漏れ磁界によりその磁化自由層が磁化されることで、このGMR素子の抵抗が変化する。検出部20Aに備えられた電流計にて電流値を測定して、例えば予め設定された閾値に基づき漏れ磁界の向きを判定して再生領域5rにおける磁性細線5の磁化方向を検出する。したがって、再生領域5rは、磁気ヘッド21(GMR素子)で検出可能な漏れ磁界が得られる細線方向長さに設定する。本発明に係る磁気再生方法は、現行の磁気ディスクと異なり磁気ディスク50が高速回転しないため、磁気ヘッド21が磁気ディスク50から浮き上がることがなく、表面に接触した状態であるので、より微小な漏れ磁界を検出可能である。
光磁気方式による磁気再生方法におけるデータ再生処理と同様に、制御部40は、パルス電流における電流の停止時に、検出した磁化方向から再生データを「0」または「1」として認識して、信号化する。
本実施形態においては、磁気ディスク50から1本のトラック5を選択してデータを再生しているが、磁気方式による磁気再生装置についても、例えば異なる2本のトラック5,5の再生領域5rに対向させることができる2つの磁気ヘッド(磁気抵抗効果素子)21,21を備えて、それぞれの磁気ヘッド21の電流値を並行して測定できる構成の検出部20Aとすれば、2本のトラック5,5を並行して再生できる(図示省略)。
本発明に係る光変調素子を画素として適用した空間光変調器を図9に示し、さらにこの空間光変調器を用いた表示装置を図10に示す。なお、本実施形態における平面(上面)は、空間光変調器の光の入射面である。また、図9においては、磁性細線の平面視形状および磁化方向を示すため、上部電極の一部を切り欠いて表す。
磁性細線5Bは、公知の磁気光学材料を適用でき、本発明に係る磁気記録媒体(磁気ディスク)50の磁性細線5と同様に垂直磁気異方性材料でもよいし、面内磁気異方性材料でもよい。空間光変調器1Bにおいては、磁性細線5Bは面内磁気異方性材料からなる。磁性細線5Bの幅は、100μm以下とすることが好ましく、入射光の波長等にもよるが、100nm以上とすることが好ましい。また、磁性細線5Bの厚さ(膜厚)は10nm〜2μmの範囲が好ましい。磁性細線5Bの細線方向長さは、厚さおよび幅に対して十分に長いものとし、また光変調素子2Bの大きさに対応して設定し、200nm〜500μm程度の範囲とすることが好ましい。また、隣り合う磁性細線5B,5B同士の間隔は40nm以上が好ましい。なお、図9に示すように、本実施形態においては、磁性細線5Bは、細線方向を画素アレイ50Bの対角線に平行な方向に、すなわち平面視で45°傾斜させているが、これに限らない。また、磁性細線5Bの平面視形状は、直線状(細長い長方形)としているが、これに限らず、後記する磁壁DWの移動の妨げとならない範囲であれば、円弧等の曲線状に形成してもよい。
まず、下部電極61Bを形成する。基板7Bの表面に、金属電極材料をスパッタリング法により成膜、フォトリソグラフィ等によりストライプ状に成形する。そして、絶縁層8を成膜して下部電極61B,61B間に堆積させる。
本発明に係る別の光変調素子を画素として適用した変形例に係る空間光変調器について、図11を参照して説明する。本変形例に係る空間光変調器1Cは、磁性細線5C以外は空間光変調器1B(図10参照)と同様の構成であり、同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。磁性細線5Cは垂直磁気異方性材料からなり、画素アレイ50Cの平面視形状は、磁性細線5Cの磁化方向以外は図9に示す画素アレイ50Bと同じである。
10 光学系(照射手段)
1B,1C 空間光変調器
20 検出部(光検出手段)
20A 検出部(磁気検出手段)
2B,2C 光変調素子
30 電流供給部(電流供給手段)
40 制御部(選択手段、データ再生手段)
50 磁気ディスク(磁気記録媒体)
50B,50C 画素アレイ
5 磁性細線(トラック)
5s 高Ms領域(高飽和磁化領域)
5e 低Ms領域
5r 再生領域
5w 記録領域
5B,5C 磁性細線
5s1,5s2 高Ms領域(高飽和磁化領域)
Claims (8)
- 基板上に磁性体を細線状に形成してなる1以上の磁性細線を備えて、前記磁性細線に2値のデータを異なる2方向の磁化のいずれかとして当該磁性細線の細線方向に連続して記録され、前記磁性細線の一端から他端へパルス電流を細線方向に供給されることにより、当該磁性細線において、前記2値の一方のデータを記録されて形成した磁区と前記2値の他方のデータを記録されて形成した磁区との間に生成している磁壁が細線方向に断続的に移動する磁気記録媒体であって、
前記磁性細線は、前記パルス電流における電流停止時に前記磁壁を到達させる領域として、細線方向に区切られた領域に高飽和磁化領域を備え、
前記磁性細線は、前記高飽和磁化領域以外にイオンを注入されたことにより、前記高飽和磁化領域の飽和磁化を相対的に高くして予め形成されたことを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記基板が円盤形状であり、前記磁性細線が平面視において、円環の一部を欠いた形状で前記基板上にその外形と同心円状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記磁性細線が磁気光学材料からなる請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
- 請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体に記録されている2値のデータを再生する磁気再生装置であって、
前記磁気記録媒体から1以上の磁性細線を選択する選択手段と、
前記選択手段が選択した磁性細線に、当該磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に生成している磁壁を断続的に移動させるパルス電流をその細線方向に供給する電流供給手段と、
前記選択手段が選択した磁性細線において、磁化方向を検出するための予め指定された位置の領域における磁化方向を検出する磁気検出手段と、
前記電流供給手段が供給するパルス電流に同期して、前記パルス電流における電流停止時に前記磁気検出手段が検出した磁化方向を、データとして再生するデータ再生手段と、を備えることを特徴とする磁気再生装置。 - 請求項3に記載の磁気記録媒体に記録されている2値のデータを再生する磁気再生装置であって、
前記磁気記録媒体から1以上の磁性細線を選択する選択手段と、
前記選択手段が選択した磁性細線に、当該磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に生成している磁壁を断続的に移動させるパルス電流をその細線方向に供給する電流供給手段と、
前記選択手段が選択した磁性細線において、磁化方向を検出するための予め指定された位置の領域に、光を入射させる照射手段と、
前記照射手段から入射して前記磁性細線から出射した光の偏光の向きを検出する光検出手段と、
前記電流供給手段が供給するパルス電流に同期して、前記パルス電流における電流停止時に前記光検出手段が検出した光の偏光の向きを、データとして再生するデータ再生手段と、を備えることを特徴とする磁気再生装置。 - 請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体に記録されている2値のデータを再生する磁気再生方法であって、
前記磁気記録媒体から1以上の磁性細線を選択する選択工程と、
前記磁気記録媒体の前記選択した磁性細線に記録されているデータを再生する再生工程と、を行い、
前記再生工程は、前記磁性細線に、当該磁性細線に生成している磁壁を断続的に移動させるパルス電流を、その細線方向に供給する電流供給処理と、
前記磁性細線の磁化方向を検出するための予め指定された位置の領域における磁化方向を検出する磁気検出処理と、
前記電流供給処理にて供給されるパルス電流に同期して、前記パルス電流における電流停止時に前記磁気検出処理にて検出した磁化方向を、データとして再生するデータ再生処理と、を行うことを特徴とする磁気再生方法。 - 請求項3に記載の磁気記録媒体に記録されている2値のデータを再生する磁気再生方法であって、
前記磁気記録媒体から1以上の磁性細線を選択する選択工程と、
前記磁気記録媒体の前記選択した磁性細線に記録されているデータを再生する再生工程と、を行い、
前記再生工程は、前記磁性細線に、当該磁性細線に生成している磁壁を断続的に移動させるパルス電流を、その細線方向に供給する電流供給処理と、
前記磁性細線の磁化方向を検出するための予め指定された位置の領域に、光を入射させる照射処理と、
前記照射処理にて入射して前記磁性細線から出射した光の偏光の向きを検出する光検出処理と、
前記電流供給処理にて供給されるパルス電流に同期して、前記パルス電流における電流停止時に前記光検出処理にて検出した光の偏光の向きをデータとして再生するデータ再生処理と、を行うことを特徴とする磁気再生方法。 - 基板上に磁気光学材料を細線状に形成してなる磁性細線と、この磁性細線の両端に接続された一対の電極とを備え、前記磁性細線に入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調素子において、前記磁性細線は細線方向に連続して2以上の磁区が形成されており、前記一対の電極を介して電流を細線方向に供給されることにより、隣り合う2つの磁区の間に生成している磁壁が細線方向に移動して、前記光が入射する、細線方向に区切られた領域である入射領域に前記2つの磁区の一方を選択的に到達させるものであり、
前記磁性細線は、前記電流の停止時に前記磁壁を到達させる領域として、前記入射領域外に、細線方向に区切られた高飽和磁化領域を備え、
前記磁性細線は、前記高飽和磁化領域以外にイオンを注入されたことにより、前記高飽和磁化領域の飽和磁化を相対的に高くして予め形成されたことを特徴とする光変調素子。
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