KR101527868B1 - 광학 요소를 포함하는 정보저장장치 - Google Patents

광학 요소를 포함하는 정보저장장치 Download PDF

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Abstract

광학 요소 및 이를 포함하는 정보저장장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 광학 요소는 원편광을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송하는 광도파로 구조체를 포함할 수 있다. 상기 광도파로 구조체는 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 출사할 수 있다. 상기 광학 요소는 정보저장장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 정보저장장치는 기록매체 및 상기 기록매체에 정보를 기록하기 위한 기록수단을 포함할 수 있고, 상기 기록수단은 상기 광학 요소를 포함할 수 있다. 상기 광학 요소에서 발생되는 원편광된 플라즈모닉 필드를 이용해서 상기 기록매체에 정보를 기록할 수 있다.

Description

광학 요소를 포함하는 정보저장장치{Information storage device including optical element}
광학 요소 및 이를 포함하는 정보저장장치에 관한 것이다.
자기기록장치와 같은 정보저장장치 분야에서 기록밀도를 높이기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 자기기록매체에 기록된 데이터의 열적 안정성은 자기 이방성 에너지(magnetic anisotropic energy)와 열에너지의 비, 즉, KUV/kBT 에 비례한다. 여기서, KU는 자기기록매체의 자기 이방성 에너지 밀도를, V는 자성 입자의 부피를, kB는 볼츠만 상수를, T는 절대 온도를 나타낸다. 데이터의 열적 안정성을 높이기 위해서는, 자기 이방성 에너지 밀도(KU)가 큰 재료를 기록매체로 사용해야 한다. 그러나 자기 이방성 에너지 밀도(KU)가 큰 재료를 사용할 경우, 기록에 필요한 자기장의 세기가 증가하여, 기록이 어려워지는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 열보조 자기기록(heat assisted magnetic recording)(HAMR) 방식이 제안된바 있다. 열보조 자기기록이란 기록매체의 국소부위를 가열하여 해당 위치의 보자력(coercive force)을 일시적으로 감소시켜 기록을 행하는 것으로 기록을 위해 필요한 자기장의 세기를 낮출 수 있다. 그러나 기록매체를 히팅(heating) 하기 위한 광 스폿(spot)의 크기를 줄이는데 어려움이 있기 때문에, 고기록밀도를 실현하기가 용이하지 않다.
광 스폿(spot)의 크기를 줄일 수 있는 광학 요소를 제공한다.
강한 자기장을 발생시킬 수 있는 광학 요소를 제공한다.
원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 발생시킬 수 있는 광학 요소를 제공한다.
상기 광학 요소를 포함하는 정보저장장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 원편광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원으로부터 발생된 원편광을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송하는 광도파로 구조체;를 포함하는 광학 요소가 제공된다.
상기 광도파로 구조체는 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 출사하도록 구성될 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 금속 및 이에 접촉된 유전체를 포함할 수 있고, 상기 금속과 유전체의 계면을 통해 상기 플라즈몬이 전송될 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 고리(ring) 형태의 구조체를 포함할 수 있다.
상기 고리 형태의 구조체는 불연속(discrete) 구조를 가질 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 막대(rod) 형태의 구조체를 포함할 수 있다.
상기 막대 형태의 구조체의 표면에 홈(groove)이 구비될 수 있다. 상기 홈(groove)은 나선 구조를 가질 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 출사부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형(taper type) 구조체를 포함할 수 있다.
상기 테이퍼형(taper type) 구조체의 표면에 홈(groove)이 구비될 수 있다. 상기 홈(groove)은 나선 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기록매체 및 상기 기록매체에 정보를 기록하기 위한 기록수단을 포함하는 정보저장장치에 있어서, 상기 기록수단은 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 발생시키는 광학 요소;를 포함하고, 상기 원편광된 플라즈모닉 필드를 이용해서 상기 기록매체에 정보를 기록하는 정보저장장치가 제공된다.
상기 기록매체는 자기기록매체일 수 있다.
상기 기록매체는 수직기록매체일 수 있다.
상기 기록매체와 상기 광학 요소 사이의 거리는 수십 nm 이하일 수 있다.
상기 광학 요소는 원편광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원으로부터 발생된 원편광을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송하는 광도파로 구조체;를 포함할 수 있고, 상기 광도파로 구조체로부터 상기 원편광된 플라즈모닉 필드가 출사될 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 금속 및 이에 접촉된 유전체를 포함할 수 있고, 상기 금속과 유전체의 계면을 통해 상기 플라즈몬이 전송될 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 고리(ring) 형태의 구조체를 포함할 수 있다.
상기 고리 형태의 구조체는 불연속(discrete) 구조를 가질 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 막대(rod) 형태의 구조체를 포함할 수 있다.
상기 막대(rod) 형태의 구조체의 표면에 홈(groove)이 구비될 수 있다. 상기 홈(groove)은 나선 구조를 가질 수 있다.
상기 광도파로 구조체는 출사부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형(taper type) 구조체를 포함할 수 있다.
상기 테이퍼형(taper type) 구조체의 표면에 홈(groove)이 구비될 수 있다. 상기 홈(groove)은 나선 구조를 가질 수 있다.
상기 기록수단은 상기 기록매체에 정보를 기록하기 위한 복수의 수단을 포함할 수 있고, 상기 광학 요소는 상기 복수의 수단 중 하나일 수 있다.
상기 정보저장장치는 상기 기록매체에 기록된 정보를 읽기 위한 재생수단을 더 포함할 수 있다.
출사되는 광 스폿(spot)의 사이즈를 줄일 수 있는 광학 요소를 구현할 수 있다. 강한 자기장을 발생시킬 수 있는 광학 요소를 구현할 수 있다.
상기 광학 요소를 정보저장장치의 기록수단에 적용하면, 기록밀도 및 기록성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소를 포함하는 정보저장장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소에서 발생된 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)에 의한 기록 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 광도파로 구조체를 포함하는 정보저장장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소를 포함하는 정보저장장치의 전체적인 구성을 예시적으로 보여주는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
21 : 고리 구조체 21' : 불연속적 고리 구조체
22, 22' : 제1 물질층 22a : 연결부
23, 23' : 막대 구조체 24, 24' : 테이퍼형 구조체
100 : 광원 200, 200A∼200C' : 광도파로 구조체
300 : 기록매체 1000 : 헤드 유닛
2000 : 서스펜션 3000 : 스윙암(swing arm)
4000 : VCM 5000 : 기록매체
F1, F2 : 유효 자기장 G1, G2 : 홈
L10 : 원편광 P1, P10, P20 : 원편광된 플라즈모닉 필드
S1, S2 : 스핀 모멘텀
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소 및 이를 포함하는 정보저장장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소를 포함하는 정보저장장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 원편광(circularly polarized light)(L1)을 발생시키는 광원(100)이 구비될 수 있다. 광원(100)은 소정의 원편광 필터를 포함할 수 있다. 상기 원편광 필터에 의해 임의의 빛이 원편광(L1)으로 변화될 수 있다. 원편광(L1)은 광파의 전기장 성분 또는 자기장 성분이 상기 광파의 진행 방향에 대해 수직 방향으로 회전하는 빛이라 할 수 있다. 상기 광파의 전기장 성분의 진동 방향이 시계 방향인 경우 우회전 원편광이라 하고, 반시계 방향인 경우 좌회전 원편광이라 한다. 다시 말해, 원편광(L1)은 그 전기장 성분의 진동 방향(회전 방향)에 따라, 우회전 원편광과 좌회전 원편광으로 구분될 수 있다.
광원(100)으로부터 발생된 원편광(L1)을 전송하기 위한 광도파로 구조체(200)가 구비될 수 있다. 편의상, 광도파로 구조체(200)는 단순하게 도시하였다. 광도파로 구조체(200)의 구체적인 구조는 이후 도 3 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 광도파로 구조체(200)는 광원(100)에서 발생된 원편광(L1)을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송할 수 있다. 여기서, 상기 플라즈몬은 표면 플라즈몬(surface plasmon)일 수 있다. 예컨대, 광도파로 구조체(200)는 서로 접촉된 금속 및 유전체를 포함할 수 있고, 상기 금속과 유전체의 계면을 통해 상기 플라즈몬이 전송될 수 있다. 상기 플라즈몬은 금속과 유전체의 계면에서 빛과 전자의 진동이 연동되는 공명 현상에 의해 발생할 수 있고, 상기 계면을 따라 진행할 수 있다. 광도파로 구조체(200)는 상기 플라즈몬을 전송하고, 출사부(도면에서 200의 하면부)를 통해 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)(P1)를 출사할 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 일종의 광학적 필드(field)로서, 원편광된 상태의 플라즈모닉 광선(ray)이라 할 수 있다. 이러한 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 광도파로 구조체(200)의 근접 영역에서 유지될 수 있다.
광도파로 구조체(200) 아래에 기록매체(300)가 구비될 수 있다. 기록매체(300)는 자기기록매체일 수 있다. 또한 기록매체(300)는 수직기록매체일 수 있다. 예컨대, 기록매체(300)는 수직 자기기록매체일 수 있다. 광도파로 구조체(200)에서 출사되는 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)를 사용해서 기록매체(300)에 소정의 정보를 기록할 수 있다. 기록 동작시, 광도파로 구조체(200)와 기록매체(300) 사이의 간격은 수백 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 예컨대, 기록 동작시, 광도파로 구조체(200)와 기록매체(300) 사이의 간격은 수십 nm 이하일 수 있다. 광도파로 구조체(200)에서 발생된 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 광도파로 구조체(200)의 근접 영역에서 유지될 수 있기 때문에, 기록 동작시, 기록매체(300)는 광도파로 구조체(200)에 근접하게 배치될 수 있다.
원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 일종의 플라즈모닉 광선(ray)이기 때문에, 플라즈몬의 특성상 일반적인 빛이 가질 수 없는 수준의 매우 짧은 파장(λ)을 가질 수 있다. 따라서 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)를 사용하면, 회절 한계(diffraction limit)를 극복할 수 있는 매우 작은 크기의 광 스폿(spot)을 구현할 수 있다. 예컨대, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)에 의한 광 스폿(spot)의 크기(지름)는 10nm 이하일 수 있다.
또한 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 원편광된 광이라는 점에서 강한 자기장(기록 자기장)을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 3mJ/㎠ 정도의 빛을 사용하면, 6 tesla(T) 정도의 강한 자기장(기록 자기장)을 발생시킬 수 있다. 상기 자기장은 기록매체(300)에 정보를 기록하는데 직접적으로 사용되는 에너지일 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)는 원편광된 광이기 때문에, 그의 진행 방향에 평행한 자기장, 즉, 기록매체(300)에 수직한 자기장을 발생시킬 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)의 전기장 성분의 회전 방향(진동 방향)에 따라, 상기 자기장의 방향이 달라질 수 있다. 예컨대, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)의 전기장 성분의 회전 방향(진동 방향)이 왼쪽인 경우, 상기 자기장은 Z축의 역방향으로 인가될 수 있고, 오른쪽인 경우, 상기 자기장은 Z축 방향으로 인가될 수 있다. 상기 자기장의 인가 방향에 따라, 기록매체(300)에 기록되는 정보(데이터)의 종류가 달라질 수 있다. 즉, 상기 자기장이 Z축의 역방향으로 인가되는 경우, 기록매체(300)에 정보(데이터) '0'이 기록될 수 있고, 상기 자기장이 Z축 방향으로 인가되는 경우, 기록매체(300)에 정보(데이터) '1'이 기록될 수 있다. 상기 자기장의 방향은 원편광된 플라즈모닉 필드(P1)의 전기장 성분의 회전 방향(진동 방향)에 따라 결정되므로, 상기 전기장 성분의 회전 방향(진동 방향)을 제어함으로써, 기록매체(300)에 기록되는 정보(데이터)의 종류를 결정할 수 있다.
원편광된 플라즈모닉 필드(P1)에 의해 발생되는 자기장의 방향 및 상기 자기장에 의한 기록 메커니즘에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2a 및 도 2b에서 원편광된 플라즈모닉 필드(P10, P20)의 진행 방향은 모두 Z축의 역방향, 즉, 기록매체(300)를 향하는 방향이다.
도 2a를 참조하면, 원편광된 플라즈모닉 필드(P10)가 좌회전 원편광된 광인 경우, 그로 인한 스핀 모멘텀(spin momentum)(S1)은 Z축의 역방향으로 발생할 수 있다. 상기 스핀 모멘텀(S1)의 방향은 기록매체(300)에 대한 유효 자기장(effective magnetic field)(F1)의 방향과 동일할 수 있다. 따라서, 기록매체(300)에 Z축의 역방향으로 유효 자기장(F1)이 인가된다고 할 수 있다. 이로 인해, 기록매체(300)의 국소 영역이 Z축의 역방향으로 자화될 수 있다. 이는 기록매체(300)의 국소 영역에 정보(데이터) '0'이 기록된 것이라 할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 원편광된 플라즈모닉 필드(P20)가 우회전 원편광된 광인 경우, 그로 인한 스핀 모멘텀(spin momentum)(S2)은 Z축 방향으로 발생할 수 있다. 따라서, 기록매체(300)에 Z축 방향으로 유효 자기장(F2)이 인가될 수 있다. 그 결과, 기록매체(300)의 국소 영역이 Z축 방향으로 자화될 수 있다. 이는 기록매체(300)의 국소 영역에 정보(데이터) '1'이 기록된 것이라 할 수 있다.
원편광된 플라즈모닉 필드(P1, P10, P20)에 의해 발생되는 자기장(기록 자기장)의 세기는 매우 강할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 3mJ/㎠ 정도의 빛을 사용하면, 6 tesla(T) 정도의 강한 자기장을 발생시킬 수 있다. 따라서, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1, P10, P20)를 이용하면, 기록매체(300)의 국소 영역을 용이하게 자화시킬 수 있다. 다시 말해, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1, P10, P20)를 이용하면, 기록매체(300)에 대한 기록 능력(writability)를 향상시킬 수 있다. 그러므로 기록매체(300)의 물질로 자기 이방성 에너지가 높은 물질(즉, high KU material)(예컨대, L10 구조의 FePt)을 적용하더라도, 기록매체(300)에 대한 기록 동작을 용이하게 수행할 수 있다. 더욱이, 앞서 설명한 바와 같이, 원편광된 플라즈모닉 필드(P1, P10, P20)를 사용하면, 일반적인 빛으로는 구현할 수 없는 매우 작은 크기의 광 스폿(spot)을 만들 수 있기 때문에, 회절 한계 이하의 고해상도를 얻을 수 있다. 이는 기록밀도를 획기적으로 높일 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로 본 발명의 실시예에 따르면, 10nm 이하의 극도의 광 집중(extreme light concentration) 및 강한 기록 자기장을 이용해서 정보저장장치의 기록밀도 및 기록성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 광도파로 구조체(200A, 200A', 200B, 200B', 200C, 200C')를 포함하는 정보저장장치를 보여주는 사시도이다. 도 3 내지 도 8에서 광원(100) 및 기록매체(300)는 도 1의 광원(100) 및 기록매체(300)와 동일하다. 도 3 내지 도 8은 광도파로 구조체(200A, 200A', 200B, 200B', 200C, 200C')의 구조에 중점을 두고 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 광도파로 구조체(200A)는 고리(ring) 형태의 구조체(21)를 포함할 수 있다. 고리 형태의 구조체(21)는 소정의 물질층(이하, 제1 물질층)(22) 내에 구비될 수 있다. 고리 형태의 구조체(21)의 상면 및 하면은 제1 물질층(22)에 의해 커버되지 않고 노출될 수 있다. 고리 형태의 구조체(21)는 금속으로 형성될 수 있고, 제1 물질층(22)은 유전 물질로 형성될 수 있다. 또는 고리 형태의 구조체(21)가 유전 물질로 형성되고, 제1 물질층(22)은 금속으로 형성될 수 있다. 따라서 고리 형태의 구조체(21)와 제1 물질층(22)의 계면은 금속/유전체의 계면일 수 있다. 이러한 고리 형태의 구조체(21)와 제1 물질층(22)의 계면에서 플라즈몬이 발생할 수 있고, 상기 계면을 통해 플라즈몬이 전송될 수 있다. 고리 형태의 구조체(21) 아래쪽으로 원편광된 플라즈모닉 필드(P11)가 출사될 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P11)의 중앙부는 고리 형태의 구조체(21)의 중앙부에 대응하는 위치에 존재할 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P11)에 의해 기록매체(300)에 소정의 정보가 기록될 수 있다.
도 3에서 제1 물질층(22)은 구비되지 않을 수도 있다. 이 경우, 고리 형태의 구조체(21)는 공기층과 접촉될 수 있다. 공기층은 일종의 유전층이므로, 상기 공기층이 제1 물질층(22)의 역할을 대신할 수 있다.
도 4를 참조하면, 광도파로 구조체(200A')는 불연속적 고리 형태를 갖는 구조체(21')를 포함할 수 있다. 즉, 고리 형태의 구조체(21')는 연속된 구조가 아닌 중간 중간이 끊어진 불연속(discrete) 구조를 가질 수 있다. 제1 물질층(22')은 도 3의 제1 물질층(22)과 유사할 수 있다. 단, 도 3의 구조에서는 고리 형태의 구조체(21) 내측의 제1 물질층(22) 부분과 외측의 제1 물질층(22) 부분이 완전히 분리되어 있지만, 도 4의 구조에서는 고리 형태의 구조체(21') 내측의 제1 물질층(22') 부분과 외측의 제1 물질층(22') 부분이 연결부(22a)에 의해 연결될 수 있다. 연결부(22a)는 복수 개 구비될 수 있고, 이 경우, 복수의 연결부(22a)는 등간격으로 배치될 수 있다. 도 4에서는 세 개의 연결부(22a)가 등간격으로 배치된 경우에 대해서 도시하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하고, 연결부(22a)의 개수, 형태, 크기, 배열 방식 등은 다양하게 변화될 수 있다. 연결부(22a)는 제1 물질층(22')과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 불연속적 고리 형태의 구조체(21') 아래쪽으로 원편광된 플라즈모닉 필드(P11')가 출사될 수 있고, 이것에 의해 기록매체(300)에 소정의 정보가 기록될 수 있다.
도 4에서와 같이, 고리 형태의 구조체(21')가 불연속적인 구조를 갖는 경우, 원편광된 플라즈모닉 필드(P11')의 광분포 및 편광 특성이 도 3의 경우와 달라질 수 있다. 불연속적 고리 형태의 구조체(21')의 구조를 다양하게 조절함으로써, 원편광된 플라즈모닉 필드(P11')의 광분포 및 편광 특성을 조절할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 구조를 이용하면, 목적에 맞게 조절된 광분포 및 편광 특성을 갖는 원편광된 플라즈모닉 필드(P11')를 얻을 수 있다.
도 5를 참조하면, 광도파로 구조체(200B)는 막대(rod) 형태의 구조체(23)를 포함할 수 있다. 막대 형태의 구조체(23)는 기록매체(300)에 수직하게 배치될 수 있다. 막대 형태의 구조체(23)는 금속 막대일 수 있다. 이 경우, 도시하지는 않았지만, 막대 형태의 구조체(23)를 둘러싸는 유전 물질층이 더 구비될 수 있다. 상기 유전 물질층은 구비되지 않을 수도 있다. 상기 유전 물질층이 구비되지 않는 경우, 막대 형태의 구조체(23)는 공기와 접해 있을 수 있는데, 공기도 일종의 유전 물질이기 때문에, 공기가 상기 유전 물질층의 역할을 대신할 수 있다. 상기 유전 물질층이 구비되는 경우, 막대 형태의 구조체(23)와 상기 유전 물질층의 물질은 서로 뒤바뀔 수 있다. 경우에 따라, 막대 형태의 구조체(23)는 코어부(core portion) 및 껍질부(shell portion)를 포함하는 구조(즉, 코어-쉘 구조)를 가질 수도 있다. 상기 코어부는 금속으로 형성되고, 상기 껍질부는 유전체로 형성되거나, 그 반대일 수 있다. 막대 형태의 구조체(23) 아래쪽으로 원편광된 플라즈모닉 필드(P12)가 출사될 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P12)의 중앙부는 막대 형태의 구조체(23) 하면의 중앙부에 대응될 수 있다. 원편광된 플라즈모닉 필드(P12)에 의해 기록매체(300)에 소정의 정보가 기록될 수 있다.
도 6을 참조하면, 광도파로 구조체(200B')는 표면에 소정의 홈(groove)(G1)이 형성된 막대 형태의 구조체(23')를 포함할 수 있다. 홈(G1)은, 예컨대, 나선 구조를 가질 수 있다. 그러나 여기서 개시한 홈(G1)의 구조/형태는 예시적인 것이고, 다양하게 변형될 수 있다. 홈(G1)은 광도파로 구조체(200B')를 따라 전송되는 플라즈몬의 회절 특성에 변화를 주어, 출사되는 원편광된 플라즈모닉 필드(P12')의 광분포 및 편광 특성을 변화시킬 수 있다. 홈(G1)의 구조/형태에 의해 원편광된 플라즈모닉 필드(P12')의 광분포 및 편광 특성이 달라질 수 있다. 홈(G1)의 구조/형태를 다양하게 조절함으로써, 원편광된 플라즈모닉 필드(P12')의 광분포 및 편광 특성을 조절할 수 있다. 여기서는, 홈(G1)을 이용하는 경우에 대해서 도시하고 설명하였지만, 다른 실시예에서는 홈(G1)이 아닌 그와 유사한 다른 구조를 이용할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 광도파로 구조체(200C)는 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형(taper type) 구조체(24)를 포함할 수 있다. 테이퍼형 구조체(24)의 폭은 점진적으로(서서히) 좁아질 수 있다. 이 경우, 플라즈몬 에너지가 테이퍼형 구조체(24)를 통해 전송될 때, 그 에너지가 소실되지 않고 보존(유지)될 수 있다. 테이퍼형 구조체(24)는 도 5의 막대 형태의 구조체(23)에서 형태만 변형된 것이라고 할 수 있다. 따라서 테이퍼형 구조체(24)는 도 5의 막대 형태의 구조체(23)와 유사한 물질 및 주변 물질을 가질 수 있다. 테이퍼형 구조체(24)는 아래로 갈수록 폭이 좁아지기 때문에, 테이퍼형 구조체(24)로부터 출사되는 원편광된 플라즈모닉 필드(P13)의 사이즈(즉, 광 스폿의 크기)는 도 5 및 도 6의 그것보다 작을 수 있다. 따라서 도 7과 같은 광도파로 구조체(200C)를 사용하는 경우, 기록밀도를 높이는데 더욱 유리할 수 있다. 여기서는, 테이퍼형 구조체(24)가 원뿔 형상을 갖는 경우에 대해서 도시하였지만, 이는 예시적인 것이고, 그 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 테이퍼형 구조체(24)는 삼각뿔 구조 또는 쌀알 구조와 유사한 구조 등 다양한 구조로 변형될 수 있다.
도 8을 참조하면, 광도파로 구조체(200C')는 표면에 홈(G2)이 형성된 테이퍼형 구조체(24')를 포함할 수 있다. 홈(G2)은 도 6의 홈(G1)과 유사하게 나선 구조를 가질 수 있고, 도 6의 홈(G1)과 유사한 역할을 할 수 있다. 따라서, 홈(G2)의 구조/형태를 다양하게 조절함으로써, 원편광된 플라즈모닉 필드(P13')의 광분포 및 편광 특성을 조절할 수 있다. 홈(G2)이 아닌 그와 유사한 다른 구조를 이용할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소를 포함하는 정보저장장치의 전체적인 구성을 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 정보저장장치는 소정의 기록층을 갖는 기록매체(5000)와 상기 기록매체(5000)에 정보를 기록하는 헤드 유닛(1000)을 포함할 수 있다. 기록매체(5000)는 회전 운동하는 디스크(disc) 타입일 수 있고, 헤드 유닛(1000)은 스윙암(swing arm)(3000)의 서스펜션(suspension)(2000)의 끝 부분에 부착된 상태로 기록매체(5000)의 표면으로부터 부상하여 회동할 수 있다. 이때, 헤드 유닛(1000)과 기록매체(5000) 사이의 거리는 수백 nm 이하, 예컨대, 수십 nm 이하일 수 있다. 스윙암(300)을 회동시키기 위한 VCM(voice coil motor)(4000)이 더 구비될 수 있다.
도 9에서 헤드 유닛(1000)은 기록수단을 포함할 수 있다. 상기 기록수단은 도 1 내지 도 8에서 설명한 광원(100) 및 광도파로 구조체(200, 200A∼200C')를 포함할 수 있다. 광도파로 구조체(200, 200A∼200C')로부터 발생되는 원편광된 플라즈모닉 필드(도 1의 P1)를 이용해서 기록매체(5000)에 소정의 정보를 기록할 수 있다. 부가적으로, 헤드 유닛(1000)은 기록매체(5000)에 기록된 정보를 읽기 위한 재생수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 재생수단은 잘 알려진바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 9의 헤드 유닛(1000)은 도 1 내지 도 8에서 설명한 광원(100)과 광도파로 구조체(200, 200A∼200C')를 포함하는 광학 요소를 보조적인 수단으로 포함할 수 있다. 예컨대, 헤드 유닛(1000)은 정보의 기록을 위한 복수의 수단을 포함할 수 있고, 상기 복수의 수단 중 하나로 상기 광학 요소를 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 헤드 유닛(1000)은 기존의 자기기록헤드에 본원의 실시예에 따른 광학 요소를 부가한 장치일 수 있다. 이 경우, 광도파로 구조체(200, 200A∼200C')로부터 발생된 원편광된 플라즈모닉 필드(도 1의 P1)는 추가적인(additional or extra) 기록 자기장으로 사용될 수 있다. 상기 기존의 자기기록헤드는 일반적인 구조의 헤드이거나, 열보조 자기기록(heat assisted magnetic recording)(HAMR) 방식의 헤드일 수도 있다. 상기 기존의 자기기록헤드의 구조는 잘 알려진바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 출사되는 광 스폿(spot)의 사이즈를 줄일 수 있는 광학 요소를 구현할 수 있다. 상기 광학 요소는 수직 방향의 강한 자기장을 발생시킬 수 있다. 이러한 상기 광학 요소를 정보저장장치의 기록수단에 적용하면, 기록밀도 및 기록성능을 크게 향상시킬 수 있기 때문에, 고밀도/고성능의 정보저장장치를 구현할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소 및 정보저장장치는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소는 자기기록을 위한 자기장 발생 요소로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다양한 목적으로 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 광학 요소는 히팅(heating) 요소로 사용될 수 있다. 또한, 상기 광학 요소는 정보저장장치뿐 아니라 그 밖에 다른 장치에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

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  12. 기록매체 및 상기 기록매체에 정보를 기록하기 위한 기록수단을 포함하는 정보저장장치에 있어서,
    상기 기록수단은 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 발생시키며, 원편광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원으로부터 발생된 원편광을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송하는 광도파로 구조체;를 포함하며 상기 광도파로 구조체로부터 상기 원편광된 플라즈모닉 필드가 출사되는 광학 요소;를 포함하고,
    상기 광도파로 구조체는 표면에 홈(groove)이 형성된 막대(rod) 형태의 구조체를 포함하며,
    상기 원편광된 플라즈모닉 필드를 이용해서 상기 기록매체에 정보를 기록하는 정보저장장치.
  13. 기록매체 및 상기 기록매체에 정보를 기록하기 위한 기록수단을 포함하는 정보저장장치에 있어서,
    상기 기록수단은 원편광된 플라즈모닉 필드(circularly polarized plasmonic field)를 발생시키며, 원편광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원으로부터 발생된 원편광을 플라즈몬(plasmon)으로 변환하여 전송하는 광도파로 구조체;를 포함하며 상기 광도파로 구조체로부터 상기 원편광된 플라즈모닉 필드가 출사되는 광학 요소;를 포함하고,
    상기 광도파 구조체는 출사부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형(taper type) 구조체이며,
    상기 원편광된 플라즈모닉 필드를 이용해서 상기 기록매체에 정보를 기록하는정보저장장치.
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  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 광도파로 구조체는 금속 및 이에 접촉된 유전체를 포함하고,
    상기 금속과 유전체의 계면을 통해 상기 플라즈몬이 전송되는 정보저장장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 기록매체는 수직 자기기록매체인 정보저장장치.
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  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 테이퍼형(taper type) 구조체의 표면에 홈(groove)이 형성된 정보저장장치.
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