大学院物理システム工学専攻大学院物理システム工学専攻 20042004 年度年度固体材料物性第固体材料物性第 1010 回回

－磁気光学効果の応用－磁気光学効果の応用 (1)(1) －－

佐藤勝昭佐藤勝昭ナノ未来科学研究拠点ナノ未来科学研究拠点

第９回に学んだこと第９回に学んだこと磁気光学効果の測定法磁気光学効果の測定法

直交偏光子法直交偏光子法 振動偏光子法振動偏光子法 回転検光子法回転検光子法 ファラデー変調法ファラデー変調法

光学遅延変調法光学遅延変調法 スペクトル測定シススペクトル測定シス

テムテム 楕円率の評価楕円率の評価

直交偏光子法直交偏光子法 (( クロスニコルクロスニコル ))

L

P B A

D

PF A I

P=A+/2

/4 rotation

/2 rotation

rotation

B

(a)

(b)

S

P

B

P

F

+F

A

D

ID

S

振動偏光子法振動偏光子法

PA

DS

BE F A=pt

ID

回転検光子法回転検光子法

Faraday modulator

P

=0+sin pt

B

S

A

DI=I0+ I sin pt

F ID

ファラデー変調器法ファラデー変調器法

ptsin0

x

y

x’y’

/4plate

E0

E0sin

E0cos

E E i i j 0 (cos sin )

Opticaxis

E E i i e j

E i j

E i

i' (cos sin )

cos sin

'

02

0

0

x

y

E’

E

楕円率の測定法楕円率の測定法

i

j

/4

P

PEM A

D

quartz Isotropicmedium

B

fused silica CaF2

Ge etc.

Piezoelectriccrystal

amplitude

position

l

Retardation=(2/)nl sin pt =0sin pt

円偏光変調法（円偏光変調法（光学遅延変調光学遅延変調法）法）

ＰＥＭＰＥＭ (( 光弾光弾性変調器性変調器 )) をを用いる用いる

L MC

P

AC (f Hz)

M1

M2

PEM(p Hz) S

Electromagnet

D

Preamplifier

LA1 (f Hz)

LA2 (p Hz)

LA3 (2p Hz)

磁気光学スペクトル測定系磁気光学スペクトル測定系

磁気光学スペクトル測定上の注意点磁気光学スペクトル測定上の注意点

磁気光学スペクトルの測定には，光源，偏光磁気光学スペクトルの測定には，光源，偏光子，分光器，集光系，検出器の一式が必要で子，分光器，集光系，検出器の一式が必要であるが，各々の機器の分光特性が問題になる．あるが，各々の機器の分光特性が問題になる．さらに，試料の冷却が必要な場合，あるいは，さらに，試料の冷却が必要な場合，あるいは，真空中での測定が必要な場合には，窓材の透真空中での測定が必要な場合には，窓材の透過特性が問題になる． 過特性が問題になる．

各種材料の磁気光学効果各種材料の磁気光学効果

酸化物磁性体：磁性ガーネット酸化物磁性体：磁性ガーネット 金属磁性体：金属磁性体： Fe, Co, NiFe, Co, Ni 金属間化合物・合金：金属間化合物・合金： PtMnSbPtMnSb

などなど 磁性半導体：磁性半導体： CdMnTeCdMnTe などなど アモルファス：アモルファス： TbFeCo, GdFeCTbFeCo, GdFeC

oo などなど 人工構造膜：人工構造膜： Fe/Au, Pt/CoFe/Au, Pt/Co なな

どど

磁気光学効果を用いたヒステリシス測磁気光学効果を用いたヒステリシス測定定

物理システム工学実験物理システム工学実験 III,IVIII,IV 　　 (P3(P3 年年 ))差動検出器コイル試料偏光板青色 LED

電磁石

- 0.8

- 0.6

- 0.4

- 0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

- 300000 - 200000 - 100000 0 100000 200000 300000A/ m磁場（ ）

deg回転角（ ）

(Gd(Gd22Bi)(FeBi)(Fe44GGaa)O)O1212 ののファラデーヒステリシスループファラデーヒステリシスループ

ファラデー効果を用いたファラデー効果を用いた磁区のイメージング磁区のイメージング

検光子

偏光子

対物レンズ試料

穴あき電磁石

光源

CCD カメラ

ファラデー効果で観察した(Gd,Bi)3(Fe,Ga)5O12 の磁区NHK 技研　玉城氏のご厚意による

CCDCCD カメラによる磁気光学イメージカメラによる磁気光学イメージングング

光ストレージについて光ストレージについて

読み出しは、レーザー光を絞ったときに回折限界で決まるスポットサイズで制限されるため、波長が短いほど高密度に記録される。

光ストレージには、読み出し ( 再生 ) 専用のもの、１度だけ書き込み ( 記録 ) できるもの、繰り返し記録・再生できるものの３種類がある。

記録には、さまざまな物理現象が使われている。

スポットサイズスポットサイズ レンズの開口数

NA=nsinα d=0.6λ/NA

現行 CD-ROM: NA=0.6CD-ROM: λ=780nm→d=780nmDVD: λ=650nm→d=650nmBD: NA=0.85　　　　 λ=405nm→d=285nmHD-DVD: NA=0.6　　　　 λ=405nm→d=405nm

スポット径　 d

α

光ストレージの分類光ストレージの分類 光ディスク

再生 ( 読み出し ) 専用のもの CD, CD-ROM, DVD-ROM

記録 ( 書き込み ) 可能なもの 追記型 ( １回だけ記録できるもの ))

CD-R, DVD-R 書換型 ( 繰り返し消去・記録できるもの ))

光相変化 CD-RW, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-R, DVD+R, BD, HD-DVD

光磁気 : MO, GIGAMO, MD, Hi-MD, AS-MO, iD-Photo ホログラフィックメモリ、ホールバーニングメ

モリ

光記録に利用する物理現象光記録に利用する物理現象

CD-ROM, DVD-ROMCD-ROM, DVD-ROM: : ピット形成ピット形成 CD-R, DVD-RCD-R, DVD-R: : 有機色素有機色素の化学変化と基板の熱変形の化学変化と基板の熱変形 CD-RW, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVR: CD-RW, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVR:

アモルファスと結晶の相変化アモルファスと結晶の相変化 MO, MD, GIGAMO, AS-MO, iD-PhotoMO, MD, GIGAMO, AS-MO, iD-Photo: :

強磁性・常磁性相転移強磁性・常磁性相転移 ホログラフィックメモリホログラフィックメモリ：フォトリフラクティブ効果：フォトリフラクティブ効果 ホールバーニングメモリホールバーニングメモリ：不均一吸収帯：不均一吸収帯

光ディスクの特徴光ディスクの特徴 リムーバブルリムーバブル 大容量・高密度大容量・高密度

現行現行 10Gb/in10Gb/in22 ：：ハードディスクハードディスク (70Gbit/in(70Gbit/in22)) に及ばないに及ばない 超解像、短波長、近接場を利用して超解像、短波長、近接場を利用して 100Gbit/in100Gbit/in22 をめざすをめざす

ランダムアクセスランダムアクセス 磁気テープに比し圧倒的に有利；磁気テープに比し圧倒的に有利；

カセットテープ→カセットテープ→ MD, VTR→DVDMD, VTR→DVD ハードディスクに比べるとハードディスクに比べるとシーク時間が長いシーク時間が長い

高信頼性高信頼性 ハードディスクに比し、ハードディスクに比し、ヘッドの浮上量が大きいヘッドの浮上量が大きい

光ディスクの面記録密度の伸び光ディスクの面記録密度の伸び

鈴木孝雄：第 113 回日本応用磁気学会研究会資料 (2000.1) p.11 に加筆

ハードディスク

光ディスク

MO

いろいろないろいろな光ディスク光ディスク

CD-ROMCD-ROM

ポリカーボネート基板： n=1.55 λ=780nm → 基板中の波長 λ’=503nm ピットの深さ :110nm ~ ¼ 波長 反射光の位相差 π ：打ち消し

http://www.infonet.co.jp/ueyama/ip/multimedia/cd.html

CD-ROMCD-ROM ドライブドライブ フォーカスサーボ トラッキングサーボ 光ピックアップ

http://www.infonet.co.jp/ueyama/ip/multimedia/cd.html

CD-RWCD-RW

光相変化ディスク 結晶とアモルファスの間の相変化を利用

http://www.cds21solutions.org/main/osj/j/cdrw/rw_phase.html

光相変化記録光相変化記録 アモルファスアモルファス // 結晶の結晶の相変化を利用相変化を利用 書換可能型書換可能型　　成膜初期状態のアモルファスを熱処成膜初期状態のアモルファスを熱処

理により結晶状態に初期化しておきレーザ光照射理により結晶状態に初期化しておきレーザ光照射により融点により融点 TTmm (600℃) (600℃) 以上に加熱後急冷させアモ以上に加熱後急冷させアモルファスとして記録。消去は結晶化温度ルファスとして記録。消去は結晶化温度 TTcrcr(400℃)(400℃)以下の加熱緩冷して結晶化。以下の加熱緩冷して結晶化。 HighHigh レベル：レベル： TTmm 以上に加熱→以上に加熱→急冷急冷→→アモルアモル

ファスファス LowLow レベル：レベル： TTcrcr 以上に加熱→以上に加熱→緩冷緩冷→→結晶化結晶化DVD-RAM:DVD-RAM: GeSbTeGeSbTe 系系DVD±RW: Ag-InSbTeDVD±RW: Ag-InSbTe 系系

相変化ディスクの記録と消去相変化ディスクの記録と消去 融点以上から急冷：融点以上から急冷：

アモルファスアモルファス→低反射率→低反射率

融点以下、結晶化融点以下、結晶化温度以上で徐冷：温度以上で徐冷：結晶化結晶化→高反射率→高反射率

http://www.cds21solutions.org/main/osj/j/cdrw/rw_phase.html

相変化と反射率相変化と反射率

初期状態：結晶状態 記録状態：アモルファス状態R: 大

R:小記録

消去

レーザスポット

記録マーク

CD-RCD-R

有機色素を用いた有機色素を用いた光記録光記録

光による熱で色素光による熱で色素が分解が分解

気体の圧力により気体の圧力により加熱された基板が加熱された基板が変形変形

ピットとして働くピットとして働く

DVDDVD ファミリーファミリー  DVD-ROM DVD-R DVD-RAM DVD-RW DVD+RW

容量 (GB) 4.7 / 9.42 層 8.54

3.95 / 7.9 4.7 / 9.4 4.7/9.4 4.7/9.4

形状 disk disk cartridge disk disk

マーク形成材　料

ピット形成1 層 R=45-852 層 R=18-30

熱変形型有機色素R=45-85%

相変化型GeSbTe 系R=18-30%

相変化型AgInSbTe 系R=18-30%

相変化型AgInSbTe 系R=18-30%

レーザ波長レンズ NA

650/6350.6

650/6350.6

6500.6

638/6500.6

6500.65

最短マーク長 １層 :0.42 層： 0.44

0.4 0.41-0.43 0.4  0.4

トラック幅 0.74 0.8Wobbled Land pre-bit

0.74Wobbled L/G

0.74Wobbled Land pre-bit

0.74 HF Wobbled groove

書き換え可能回数

－ － 105 103-104 103-104

MOMO （光磁気）記録（光磁気）記録 記録：　熱磁気記録：　熱磁気 ((キュリー温度）記録キュリー温度）記録

光光を用いてアクセスするを用いてアクセスする磁気記録磁気記録 再生：　磁気光学効果再生：　磁気光学効果

磁化に応じた偏光の回転を電気信号に変換磁化に応じた偏光の回転を電気信号に変換 MO, MDMO, MD に利用に利用 互換性が高い互換性が高い 書き替え耐性高い：書き替え耐性高い： 10001000万回以上万回以上 ドライブが複雑ドライブが複雑 (( 偏光光学系と磁気系が必要）偏光光学系と磁気系が必要） MSR, MAMMOS, DWDDMSR, MAMMOS, DWDD など新現象の有効利など新現象の有効利

用可能用可能

光磁気ディスク光磁気ディスク

記録：　熱磁気記録：　熱磁気 (( キュリー温度）記録キュリー温度）記録 再生：　磁気光学効果再生：　磁気光学効果 MO: 3.5” 128→230→650→1.3G→2.3MO: 3.5” 128→230→650→1.3G→2.3

G G MDMD ：： 6cm6cm 　　 iD-Photo, Canon-Panasonic(5cm)iD-Photo, Canon-Panasonic(5cm)

光磁気記録の歴史光磁気記録の歴史 1962 Conger,Tomlinson 1962 Conger,Tomlinson 光磁気メモリを提案光磁気メモリを提案 1967 Mee Fan 1967 Mee Fan ビームアドレス方式の光磁気記録の提案ビームアドレス方式の光磁気記録の提案 1971 Argard (Honeywel)1971 Argard (Honeywel) MnBiMnBi 薄膜を媒体とした薄膜を媒体とした MOMO ディスクを発表ディスクを発表 1972 Suits(IBM)1972 Suits(IBM) EuOEuO 薄膜を利用した薄膜を利用した MOMO ディスクを試作ディスクを試作 1973 Chaudhari(IBM)1973 Chaudhari(IBM) アモルファスアモルファス GdCoGdCo 薄膜に熱磁気記録（補償温度記薄膜に熱磁気記録（補償温度記

録）録） 1976 Sakurai(1976 Sakurai( 阪大阪大 )) アモルファスアモルファス TbFeTbFe 薄膜にキュリー温度記録薄膜にキュリー温度記録 1980 Imamura(KDD)1980 Imamura(KDD) TbFeTbFe 系薄膜を利用した系薄膜を利用した MOMO ディスクを発表ディスクを発表 1981 Togami(NHK)1981 Togami(NHK) GdCoGdCo 系薄膜系薄膜 MOMO ディスクにディスクに TVTV 動画像を記録動画像を記録 1988 1988 各社各社 5”MO5”MO ディスクディスク (( 両面両面 650MB)650MB) 発売開始発売開始 1889 1889 各社各社 3.3 ”MO3.3 ”MO ディスクディスク (( 片面片面 128MB)128MB) 発売開始発売開始 1991 Aratani(Sony)1991 Aratani(Sony) MSR(MSR( 磁気誘起超解像）を発表磁気誘起超解像）を発表 1992 Sony1992 Sony MD(MD( ミニディスク）を商品化ミニディスク）を商品化 1997 Sanyo1997 Sanyo 他他 ASMO(5”ASMO(5” 片面片面 6GB6GB ：： L/G, MFM/MSR)L/G, MFM/MSR) 規格発表規格発表 1998 Fujitsu1998 Fujitsu 他他 GIGAMO(3.5”GIGAMO(3.5” 片面片面 1.3GB)1.3GB) 発売開始発売開始 2001 Sanyo2001 Sanyo ディジカメ用ディジカメ用 iD-Photo(2”, 780MB)iD-Photo(2”, 780MB) 発売発売 2002 Canon-2002 Canon- 松下松下 ハンディカメラ用ハンディカメラ用 2“3GB2“3GB ディスク発表ディスク発表 2004 Sony2004 Sony Hi-MDHi-MD 発表発表

光磁気媒体光磁気媒体

MOMO ディスクの構造ディスクの構造 ポリカーボネート基板窒化珪素保護膜・（ MOエンハンスメント膜を兼ねる）

MO 記録膜( アモルファス TbFeCo)

Al反射層landgroove 樹脂

レーザ光をレンズで集め磁性体をレーザ光をレンズで集め磁性体を加熱加熱 キュリー温度以上になると磁化を消失キュリー温度以上になると磁化を消失 冷却時冷却時にコイルからの磁界を受けて記録にコイルからの磁界を受けて記録

光磁気記録光磁気記録 情報の記録 情報の記録 (1)(1)

外部磁界 光磁気記録媒体

温度

光スポット

Tc

コイル

M

Tc

補償温度補償温度 ((TTcompcomp)) の利用の利用 アモルファスアモルファス TbFeCoTbFeCo はは　一種のフェリ磁性体なので　一種のフェリ磁性体なので

　補償温度　補償温度 TTcompcomp が存在が存在 TTcompcomp でで HHcc 最大最大 ::

記録磁区安定記録磁区安定

光磁気記録光磁気記録 情報の記録 情報の記録 (2)(2)

T

M TbFeCo

Tcomp

Hc

Mtotal室温

TcTbFe,Co

アモルファスアモルファス R-TMR-TM 合金合金

光磁気記録光磁気記録 情報の読み出し 情報の読み出し

磁化に応じた偏光の回転を検出し電気に変換磁化に応じた偏光の回転を検出し電気に変換D1

D2

+

-LD

偏光ビームスプリッタS

N

N

S

N

S

差動検出系差動検出系 差動検出による高感度化差動検出による高感度化

偏光

偏光ビームスプリッター

Ｓ偏光

Ｐ偏光

+

－出力

光センサー

光センサー

MOMO ドライブドライブ

MOMO ドライブの光ヘッドドライブの光ヘッド

Laser diode

Photo-detector

Focusing lens

Half wave-plate

lens

Beam splitter

PBS(polarizing beam splitter)

Rotation ofpolarization

Recorded marks

Track pitch

Bias field coil

MO film

mirror

２種類の記録方式２種類の記録方式 光強度変調光強度変調 (LIM)(LIM) ：現行の：現行の MOMO ディスクディスク

電気信号で光を変調電気信号で光を変調 磁界は一定磁界は一定 ビット形状は長円形ビット形状は長円形

磁界変調磁界変調 (MFM)(MFM) ：現行：現行 MD, iD-PhotoMD, iD-Photo 電気信号で磁界を変調電気信号で磁界を変調 光強度は一定光強度は一定 ビット形状は矢羽形ビット形状は矢羽形

記録ビットの形状記録ビットの形状

(a)

(b)

MO-SNOMMO-SNOM で見た記録マークで見た記録マーク

SNOM: 近接場顕微鏡

佐藤勝昭 : 応用物理 69 [10] (2000) 1220-1221

FeFe のの LL33 吸収端の吸収端の XMCDXMCD を用いてを用いて観測した観測した MOMO 媒体の磁区像媒体の磁区像

SiN(70nm)/ TbFeCo(50nm)/SiN(20nm)/Al(30nm)/SiN(20nm) MO 媒体

  N. Takagi, H. Ishida, A. Yamaguchi, H. Noguchi, M. Kume, S. Tsunashima, M. Kumazawa, and P. Fischer: Digest Joint MORIS/APDSC2000, Nagoya, October 30-November 2, 2000, WeG-05, p.114.

XMCD:X線磁気円二色性

交換結合膜交換結合膜1st layer

2nd layer

(a)A-type

AF

F

(a)P-type

1st layer

2nd layer

Domain wall

(b)A-type

P-type

1st layer

2nd layerWall

1st layer

2nd layer

Wall

Hext

Hext

P L

P H

Laser beam P L

Laser beam P H

Bias field

(↓)

Cooling process

LIMDOWLIMDOW 　（オーバライト）　（オーバライト）

光ディスク高密度化の戦略光ディスク高密度化の戦略 回折限界の範囲で回折限界の範囲で

短波長光源の使用：青紫色レーザの採用短波長光源の使用：青紫色レーザの採用 高高 NANA レンズの採用：レンズの採用： NA=0.85NA=0.85 多層構造を使う多層構造を使う

回折限界を超えて回折限界を超えて 超解像技術を使う超解像技術を使う

磁気誘起超解像：磁気誘起超解像： GIGAMOGIGAMO に採用されている技術に採用されている技術 MAMMOS, DWDDMAMMOS, DWDD ：磁気超解像を強化する技術：磁気超解像を強化する技術

近接場を使う近接場を使う SILSIL の採用の採用 Super-RENSSuper-RENS Bow-tie antennaBow-tie antenna

我が国で開発された青紫色レーザーは、最近に我が国で開発された青紫色レーザーは、最近になって複数の会社から安定供給できるようにななって複数の会社から安定供給できるようになり、これを用いた光ディスクが登場した。光デり、これを用いた光ディスクが登場した。光ディスクの面密度は原理的にィスクの面密度は原理的に 1/1/dd22 で決まるので、で決まるので、波長が従来の波長が従来の 650nm650nmからから 405nm405nm に変わることにに変わることにより、原理的により、原理的に 2.62.6倍の高密度化が可能になる。倍の高密度化が可能になる。

日亜化学青紫 LD

光源の短波長化

=405 nm=405 nm の青紫色レーザーを光源としの青紫色レーザーを光源とし NANA=0.85=0.85 の高の高 NANAレンズを用いるとレンズを用いると dd=0.28 =0.28 mm のスポットに絞り込みが可のスポットに絞り込みが可能能

ROMROM の場合は、ピットの内外からの反射光の干渉でデーの場合は、ピットの内外からの反射光の干渉でデータを読みとるので、ピット径はタを読みとるので、ピット径は dd の半分以下にできる。の半分以下にできる。従って、トラックピッチを従って、トラックピッチを dd=0.28 =0.28 mm としビット長をとしビット長を dd//2=0.14 2=0.14 mm とするととすると 16 Gb/in16 Gb/in22 以上の面密度が得られる。以上の面密度が得られる。

高高 NA(2.03)NA(2.03) のの SILSIL を用い、トラックピッチを詰めるを用い、トラックピッチを詰める (0.1(0.16)6)ことでことで 100Gb/in100Gb/in22 が達成可能が達成可能

RAMRAM の場合は、マークの直径は光スポットと同程度なのの場合は、マークの直径は光スポットと同程度なので、記録密度はで、記録密度は 8 Gb/in8 Gb/in22程度である。程度である。

光源の短波長化光源の短波長化による高密度化による高密度化

多層化による高密度化多層化による高密度化

相変化記録の場合、４層程度にまで多層化でき相変化記録の場合、４層程度にまで多層化できるので、記録密度はこの層数倍となる。るので、記録密度はこの層数倍となる。

光磁気記録においても多層化技術が開発されて光磁気記録においても多層化技術が開発されており、少なくとも波長多重２層化についてはおり、少なくとも波長多重２層化については 20 20 Gb/inGb/in22程度の記録密度が実証されている程度の記録密度が実証されている [i][i] 。。[i] [i] 伊藤彰義：「最先端光磁気記録技術」日本応用磁伊藤彰義：「最先端光磁気記録技術」日本応用磁

気学会第気学会第 128128 回研究会「磁気ストレージ技術の趨勢回研究会「磁気ストレージ技術の趨勢はどこに」はどこに」 (2003.1.30)(2003.1.30) 資料集資料集 p.31p.31

Tcomp Tc

Hc

MTb

MFeCo

Total magnetization Ms

0

温度

磁化の絶対値 保磁力Hc

a-a-TbFeCo MOTbFeCo MO 媒体媒体

TbFeCo 系の場合、補償温度が室温付近に来るよう膜組成が制御されているため、図に示すように、室温付近での Ms が小さく、従って、 Hc が大きいので、超常磁性効果に対して有効である。

超高密度光ディスクへの展開超高密度光ディスクへの展開1.1. 超解像超解像

1.1. MSR/MAMMOSMSR/MAMMOS2.2. Super-RENS (Sb)Super-RENS (Sb)

2.2. 短波長化短波長化3.3. 近接場近接場

1.1. SILSIL2.2. Super-RENS (AgOSuper-RENS (AgOxx))

磁気誘起超解像技術磁気誘起超解像技術 (MSR)(MSR) 光磁気記録では、磁気誘起超解像光磁気記録では、磁気誘起超解像 (MSR)(MSR)技術が実用技術が実用

化されており、これを採用した化されており、これを採用した GIGAMOGIGAMO では、では、 ==650 nm(650 nm(赤色レーザ赤色レーザ )) を用いて回折限界を超える直径を用いて回折限界を超える直径0.30.3mm のマークを読みとっているのマークを読みとっている [1][1]。直径。直径 3.5”3.5” のの GGIGAMOIGAMO の記録密度はの記録密度は 2.5 Gb/in2.5 Gb/in22程度である。程度である。

次世代規格である次世代規格である ASMOASMO では磁界変調記録法を採用では磁界変調記録法を採用することによりすることにより 0.235 0.235 mm の小さなマークを記録すの小さなマークを記録することが可能で、面記録密度としては約ることが可能で、面記録密度としては約 4.6 Gb/in4.6 Gb/in22

程度となる程度となる [2][2]。。[1][1] M. Moribe, M. Maeda, H. Nakayama, M. Yoshida, and K. Shono: M. Moribe, M. Maeda, H. Nakayama, M. Yoshida, and K. Shono: Digest ISDigest IS

OM’01, Th-I-01, Taipei, 2001OM’01, Th-I-01, Taipei, 2001..

[2] S. Sumi, A. Takahashi and T. Watanabe: J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 [2] S. Sumi, A. Takahashi and T. Watanabe: J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1 (1999) 173(1999) 173

MSRMSR 方式の図解方式の図解

解像度は光の解像度は光の回折限界回折限界から決まるから決まる dd=0.6λ/=0.6λ/NANA ( (ここにここに NANA==nn sinα) sinα) 波長以下のビットは分解しない波長以下のビットは分解しない

記録層と記録層と再生層再生層を分離を分離 読み出し時のレーザの強度分布を利用読み出し時のレーザの強度分布を利用

ある温度を超えた部分のみをある温度を超えた部分のみを再生層に転写再生層に転写すするる

CAD-MSRCAD-MSR

α

d

磁気機能を利用した信号増大磁気機能を利用した信号増大 光磁気記録においてさらに小さなマーク光磁気記録においてさらに小さなマーク

を十分なを十分な SNSN 比を以て光学的に読みとる比を以て光学的に読みとる方法として、磁区拡大再生方法として、磁区拡大再生 (MAMMOS)(MAMMOS)および磁壁移動再生および磁壁移動再生 (DWDD)(DWDD) という技という技術が開発された。これらは、光磁気記録術が開発された。これらは、光磁気記録特有の再生技術である。特有の再生技術である。

MAMMOSMAMMOS

MAMMOSMAMMOS では記録層から読み出し層に転写する際に磁では記録層から読み出し層に転写する際に磁界によって磁区を拡大して、レーザー光の有効利用を図界によって磁区を拡大して、レーザー光の有効利用を図り信号強度を稼いでいるり信号強度を稼いでいる [1][1]。原理的にはこの技術を用。原理的にはこの技術を用いていて 100 Gb/in100 Gb/in22 の記録密度が達成できるはずで、実験の記録密度が達成できるはずで、実験室レベルで室レベルで 64 Gb/in64 Gb/in22程度までは実証されているようで程度までは実証されているようであるある [2][2]。無磁界。無磁界 MAMMOSMAMMOS も開発されている。も開発されている。

[1][1] H. Awano, S. Ohnuki, H. Shirai, and N. Ohta: Appl. Phys. Lett. H. Awano, S. Ohnuki, H. Shirai, and N. Ohta: Appl. Phys. Lett. 6969 (1996) 425 (1996) 4257.7.

[2] A. Itoh, N.Ohta, T. Uchiyama, A. Takahashi, M. Mieda, N. Iketani, Y. Uchihar[2] A. Itoh, N.Ohta, T. Uchiyama, A. Takahashi, M. Mieda, N. Iketani, Y. Uchihara, M. Nakata, K. Tezuka, H. Awano, S. Imai, and K. Nakagawa: a, M. Nakata, K. Tezuka, H. Awano, S. Imai, and K. Nakagawa: Digest MORISDigest MORIS/APDSC2000, Oct. 30- Nov. 2, Nagoya/APDSC2000, Oct. 30- Nov. 2, Nagoya, p. 90., p. 90.

MAMMOSMAMMOS(( 磁区拡大 磁区拡大 MO MO システムシステム ))

MAMMOMAMMOSS

の効果の効果 通常再生通常再生 信号はほとんど信号はほとんど 00

•ＭＳＲ再生–信号振幅小

•MAMMOS 再生–フル出力

DWDDDWDD DWDDDWDD も記録層から読み出し層に転写する点はも記録層から読み出し層に転写する点は MAMA

MMOSMMOS と同じであるが、転写された磁区を読み出しと同じであるが、転写された磁区を読み出し層の温度勾配を利用して磁壁を移動させて拡大する層の温度勾配を利用して磁壁を移動させて拡大するので、磁界を必要としないので、磁界を必要としない [1][1]。。

ソニーはソニーは 2004.1.82004.1.8 にに DWDDDWDD を用いたを用いた Hi-MD(1GB)Hi-MD(1GB)を発売するとプレス発表を行った。 を発売するとプレス発表を行った。 [2][2]

また、松下が新規格のハンディビデオ用また、松下が新規格のハンディビデオ用 MO(2”, 3GMO(2”, 3GB)B) として商品化を検討した経過があるとして商品化を検討した経過がある [3][3]。 。

[1][1] T. Shiratori, E. Fujii, Y. Miyaoka, and Y. Hozumi: T. Shiratori, E. Fujii, Y. Miyaoka, and Y. Hozumi: Proc. MORIS1997Proc. MORIS1997, J. Magn. Soc. J, J. Magn. Soc. Jpn. pn. 2222, Suppl.S2 (1997) 47., Suppl.S2 (1997) 47.

[2][2]伊藤大貴：日経エレクトロニクス伊藤大貴：日経エレクトロニクス 204.2.2, p.28204.2.2, p.28[3][3] M. Birukawa, Y. Hino, K. Nishikiori, K. Uchida, T. Shiratori, T. Hiroki, Y. Miyaoka and M. Birukawa, Y. Hino, K. Nishikiori, K. Uchida, T. Shiratori, T. Hiroki, Y. Miyaoka and Y. Hozumi: Y. Hozumi: Proc. MORIS2002Proc. MORIS2002, Trans. Magn. Soc. Jpn. , Trans. Magn. Soc. Jpn. 22 (2002) 273 (2002) 273

DWDD(DWDD( 磁壁移動検出磁壁移動検出 )) 室温状態では、「記録層」の記録マークは、中間の「スイッチン室温状態では、「記録層」の記録マークは、中間の「スイッチン

グ層」を介し、「移動層」に交換結合力で転写されている。グ層」を介し、「移動層」に交換結合力で転写されている。 再生光スポットをディスクの記録トラックに照射することにより再生光スポットをディスクの記録トラックに照射することにより昇温し、中間の「スイッチング層」のキュリー温度以上の領域で昇温し、中間の「スイッチング層」のキュリー温度以上の領域では磁化が消滅し、各層間に働いていた交換結合力が解消。は磁化が消滅し、各層間に働いていた交換結合力が解消。

移動層に転写されていたマークを保持しておく力の一つである交移動層に転写されていたマークを保持しておく力の一つである交換結合力が解消されることで、記録マークを形成する磁区の周り換結合力が解消されることで、記録マークを形成する磁区の周りの磁壁が、磁壁のエネルギーが小さくなる高い温度領域に移動し、の磁壁が、磁壁のエネルギーが小さくなる高い温度領域に移動し、小さな記録マークが拡大される小さな記録マークが拡大される

まるでゴムで引っぱられるように、移動層に転写されている磁区まるでゴムで引っぱられるように、移動層に転写されている磁区の端（磁壁）が移動。磁壁移動検出方式という名称は、ここからの端（磁壁）が移動。磁壁移動検出方式という名称は、ここから発想されました。読み出しの時だけ、記録メディアの方が、記録発想されました。読み出しの時だけ、記録メディアの方が、記録層に記録された微小な記録マークを虫眼鏡で拡大するかのように層に記録された微小な記録マークを虫眼鏡で拡大するかのようにふるまうので、レーザービームスポット径より高密度に記録されふるまうので、レーザービームスポット径より高密度に記録されていても読み取ることが可能になるわけです。ていても読み取ることが可能になるわけです。

キャノンのＨＰより

DWDDDWDD 概念図概念図原理的には再生上の分解能の限界がない。

移動層

スイッチング層

記録層

DWDDDWDD ディスクディスク

Sony packs more into mini-discsSony packs more into mini-discsBy Alfred Hermida By Alfred Hermida BBC News Online technology editor in Las Vegas BBC News Online technology editor in Las Vegas Sony has learnt from others that use hard drives or memory cardsSony has learnt from others that use hard drives or memory cards

Sony has packed a lot more into its mini-disc digital music players. Sony has packed a lot more into its mini-disc digital music players. The Japanese electronics giant has developed a new format which can store The Japanese electronics giant has developed a new format which can store

up to 45 hours of music on a single disc, as well as pictures and text. up to 45 hours of music on a single disc, as well as pictures and text. The new Hi-MD players and discs will be available from April, Sony said at thThe new Hi-MD players and discs will be available from April, Sony said at th

e Consumer Electronics Show in Las Vegas. e Consumer Electronics Show in Las Vegas. The mini-disc walkman has been facing tough competition from portable MPThe mini-disc walkman has been facing tough competition from portable MP

3 players, like Apple's iPod, which holds up to 10,000 songs on a hard driv3 players, like Apple's iPod, which holds up to 10,000 songs on a hard drive. e.

"With Hi-MD players, we're giving music lovers more choices," said Todd Sc"With Hi-MD players, we're giving music lovers more choices," said Todd Schrader, Vice President of Marketing for Sony Electronics' portable music ranghrader, Vice President of Marketing for Sony Electronics' portable music range. "Nothing's been left out." e. "Nothing's been left out."

Thursday, 8 January, 2004

Hi-MDHi-MD

Hi-MDHi-MD 　　 conventional 300 MB 13hr30minconventional 300 MB 13hr30min Hi-MD new type 1GB 45 hr(Market) →4.7GB(RHi-MD new type 1GB 45 hr(Market) →4.7GB(R&D)&D) 64.8 mm disk thickness 0.6mm64.8 mm disk thickness 0.6mm Track L/G 0.54μm TPTrack L/G 0.54μm TP Bit length 0.08μmBit length 0.08μm Areal density 14.9Gb/inAreal density 14.9Gb/in22

MORIS2004(Yokohama May 17-19, 2004)MORIS2004(Yokohama May 17-19, 2004)

近接場記録近接場記録 回折限界を超えた高密度化に欠かせないのが、近接場光学技回折限界を超えた高密度化に欠かせないのが、近接場光学技術である。術である。 19911991年、年、 BetzigBetzigらは光ファイバーをテーパー状らは光ファイバーをテーパー状に細めたプローブから出る近接場光を用いて回折限界を超えに細めたプローブから出る近接場光を用いて回折限界を超えた光磁気記録ができること、および、このプローブを用いてた光磁気記録ができること、および、このプローブを用いて磁気光学効果による読み出しができることを明らかにし、将磁気光学効果による読み出しができることを明らかにし、将来の高密度記録方式として近接場光がにわかに注目を浴びる来の高密度記録方式として近接場光がにわかに注目を浴びることになったことになった [1][1]。。

日立中研のグループはこの方法が光磁気記録だけでなく光相日立中研のグループはこの方法が光磁気記録だけでなく光相変化記録にも利用できることを明らかにした変化記録にも利用できることを明らかにした [2][2]。しかし、。しかし、このように光ファイバ・プローブを走査するやり方では、高このように光ファイバ・プローブを走査するやり方では、高速の転送レートを得ることができない。速の転送レートを得ることができない。[1][1] E. Betzig, J.K. Trautman, R. Wolfe, E.M. Gyorgy, P.L. Finn, M.H. Kryder a E. Betzig, J.K. Trautman, R. Wolfe, E.M. Gyorgy, P.L. Finn, M.H. Kryder a

nd C.-H. Chang: Appl. Phys. Lett. nd C.-H. Chang: Appl. Phys. Lett. 6161 (1992) 1432 (1992) 1432[2] S. Hosaka, T. Shintani, M. Miyamoto, A. Hirotsume, M. Terao, M. Yoshida, [2] S. Hosaka, T. Shintani, M. Miyamoto, A. Hirotsume, M. Terao, M. Yoshida,

K. Fujita and S. Kammer: Jpn. J. Appl. Phys. K. Fujita and S. Kammer: Jpn. J. Appl. Phys. 3535 (1996) 443. (1996) 443.

SIL (solid immersion lens)SIL (solid immersion lens) 高速の転送レートを得ることができない問題高速の転送レートを得ることができない問題を解決する方法とを解決する方法と

して提案されたのが、して提案されたのが、 SILSIL[1][1]というレンズを用いた光磁気記録というレンズを用いた光磁気記録である。である。

TerrisTerrisらは波長らは波長 780 nm780 nm のレーザー光を光源としのレーザー光を光源とし SILSIL 光学系を光学系を使って使って TbFeCoTbFeCo 膜に光磁気記録し、直径膜に光磁気記録し、直径 0.2 0.2 mm の磁区が形成さの磁区が形成されることをれることを MFMMFM により確認したにより確認した [2][2]。。

SILSIL を磁気ディスク装置のヘッド・アセンブリを磁気ディスク装置のヘッド・アセンブリ ((いわゆるジンバいわゆるジンバルル )) に搭載して光磁気記録を行うアイデアがに搭載して光磁気記録を行うアイデアが 19941994年年 TerrisTerrisらにらにより出されたより出された [3][3]。この方法により、面記録密度。この方法により、面記録密度 2.45 Gb/in2.45 Gb/in22 、、データ転送速度データ転送速度 3.3 Mbps3.3 Mbps を達成している。を達成している。

鈴木らは鈴木らは MFM(MFM( 磁気力顕微鏡磁気力顕微鏡 )) を用いて、を用いて、 SILSIL 記録されたマーク記録されたマークを観測しを観測し 2 Gmarks/in2 Gmarks/in22 を達成していると発表したを達成していると発表した [4][4]。。

[1][1] S.M. Mansfield and G. Kino: Appl. Phys. Lett. S.M. Mansfield and G. Kino: Appl. Phys. Lett. 5757 (1990) 2615. (1990) 2615.[2] B. D. Terris, H.J. Maminn and D. Ruger: Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 141.[2] B. D. Terris, H.J. Maminn and D. Ruger: Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 141.[3] B.D.Terris, H.J. Mamin, D. Ruger, W.R. Studenmund and G.S.Kino: Appl. Phys, Lett. [3] B.D.Terris, H.J. Mamin, D. Ruger, W.R. Studenmund and G.S.Kino: Appl. Phys, Lett. 6565

(1994) 388.(1994) 388.[4] P. Glijer, T. Suzuki, and B. Terris: J. Magn. Soc. Jpn. [4] P. Glijer, T. Suzuki, and B. Terris: J. Magn. Soc. Jpn. 2020 Suppl.S1 (1996) 297. Suppl.S1 (1996) 297.

SIL (solid immersion lens)SIL (solid immersion lens)

R. Gambino and T.Suzuki: Magneto-Optical Recording Materilas (IEEE Press, 1999)

相変化ディスクにおける超解像技相変化ディスクにおける超解像技術術

相変化ディスクの場合には、磁気的な転写が相変化ディスクの場合には、磁気的な転写ができないので超解像技術を適用するのが難しできないので超解像技術を適用するのが難しいが、産総研で開発されたいが、産総研で開発された Super-RENSSuper-RENS 方式方式により、回折限界を超えてにより、回折限界を超えて 0.1 0.1 mm経の微小経の微小マークの再生が可能になったマークの再生が可能になった [3][3]。。

[3][3] J. Tominaga, H. Fuji, A. Sato, T. Nakano and N. Atoda: JpJ. Tominaga, H. Fuji, A. Sato, T. Nakano and N. Atoda: Jpn. J. Appl. Phys. n. J. Appl. Phys. 3939 (2000) 957. (2000) 957.

Super-RENSSuper-RENSsuper-resolution near-field systemsuper-resolution near-field system

SbSb 膜：光吸収飽和膜：光吸収飽和 波長より小さな窓を開け波長より小さな窓を開け

るる AgOxAgOx膜：分解・膜：分解・ AgAg析出析出

散乱体→近接場散乱体→近接場 AgAgプラズモン→光増強プラズモン→光増強 可逆性あり。可逆性あり。

相変化媒体だけでなく相変化媒体だけでなく光磁気にも適用可能光磁気にも適用可能

高温スポット

近接場散乱

短波長化短波長化

DVD-ROMDVD-ROM:405nm:405nm のレーザを用い、のレーザを用い、 track pitch =0.26track pitch =0.26mm 、、mark length=0.213mark length=0.213mm のの disk(disk( 容量容量 25GB)25GB) をを NA=0.85NA=0.85 ののレンズを用いて再生することに成功レンズを用いて再生することに成功 [i][i]。。 [i][i] M. Katsumura, et al.: M. Katsumura, et al.: Digest ISOM2000, Sept. 5-9, 2000, Chitose,Digest ISOM2000, Sept. 5-9, 2000, Chitose, p. p.

18.18. DVD-RWDVD-RW:405nm:405nm のレーザを用い、のレーザを用い、 track pitch=0.34track pitch=0.34mm 、、

mark length=0.29mark length=0.29mm 、層間間隔、層間間隔 3535mm の２層ディスクの２層ディスク (( 容容量量 27GB27GB)) のの NA=0.65NA=0.65 のレンズで記録再生を行い、のレンズで記録再生を行い、 33Mbps33Mbpsの転送レートを達成の転送レートを達成 [ii][ii] 。。[ii][ii] T. Akiyama, M. Uno, H. Kitaura, K. Narumi, K. Nishiuchi and N. YamadT. Akiyama, M. Uno, H. Kitaura, K. Narumi, K. Nishiuchi and N. Yamada: a: Digest ISOM2000, Sept. 5-9, 2000, ChitoseDigest ISOM2000, Sept. 5-9, 2000, Chitose, p. 116., p. 116.

青紫レーザ青紫レーザとと SILSIL による記録再生による記録再生

青紫色レーザ

ＳＩＬヘッド

NA=1.5405nm80nm mark40GB

I. Ichimura et. al. (Sony), ISOM2000FrM01

SIL (solid immersion lens)SIL (solid immersion lens)

SILSIL を用いた光記録を用いた光記録

熱磁気記録熱磁気記録 // 磁束検出法磁束検出法

Slider

LD, PD

MO recording film

Arm

Magnetic coil for recording GMR element for reading

助田による

光アシストハードディスク光アシストハードディスク

H. Saga et al. DigestMORIS/APDSC2000, TuE-05, p.92.

青紫色レーザ

TbFeCodisk

再生用磁気ヘッド

記録用光ヘッド(SIL)

60Gbit/in2 を達成

プレーナ・プラズモンヘッド（記録） 偏光制御ヘッドシステム（再生）

高効率 高分解能 高生産性

近接場光 スポット径 ＜ 20nm効率 ＞ 10%

++++-

-- -

高 C/N 比

導波路

小型薄型化

微小開口（～ 20nm 径）

近接場光記録ヘッド　　＋　　近接場光再生ヘッド

LD

サスペンション

アクチュエータ

媒体

ヘッド

高効率記録 / 高 S/N 再生の各ﾌﾞﾚｰｸｽﾙｰ技術の両立により、ﾃﾗﾋﾞｯﾄ記録を実用化

ハイブリッドヘッド　（記録・再生の最適なハイブリッドヘッド　（記録・再生の最適な組合せ）組合せ）

革新的技術をめざして革新的技術をめざして (1)(1)

体積ホログラフィ体積ホログラフィ 干渉を利用して光の位相情報を記録干渉を利用して光の位相情報を記録 位置のシフトにより、異なる情報を体積的に記録位置のシフトにより、異なる情報を体積的に記録 フォトリフラクティブ結晶、フォトポリマーの開発フォトリフラクティブ結晶、フォトポリマーの開発 空間光変調器空間光変調器 (SLM)(SLM) の進歩：の進歩：

ディジタルマイクロミラーディジタルマイクロミラー (DMD)(DMD) などなど 高感度光検出器アレーの出現：高感度光検出器アレーの出現：

CMOSCMOS型アクティブピクセルデテクタ型アクティブピクセルデテクタ (APD)(APD)

革新的技術をめざして革新的技術をめざして (2)(2) ホールバーニングメモリホールバーニングメモリ

波長多重記録波長多重記録 不均一吸収帯内の特定波長の吸収を消滅して記録不均一吸収帯内の特定波長の吸収を消滅して記録 無機物：無機物：

アルカリハライドの色中心の電子励起とトラッピングアルカリハライドの色中心の電子励起とトラッピング 絶縁物中の希土類イオンや遷移金属イオンの電子励起吸収帯絶縁物中の希土類イオンや遷移金属イオンの電子励起吸収帯 EuEu+3+3: Y: Y22SiOSiO55 を用いてホールバーニングによるホログラフィックを用いてホールバーニングによるホログラフィック動画記録に成功している動画記録に成功している [i][i]。。 [i][i]光永正治，上杉　直，佐々木光永正治，上杉　直，佐々木 浩子，唐木浩子，唐木 幸一幸一 :: 応用物理応用物理 , , 6464 (1995) (1995) 250.250.

有機物：有機物： 光互変異性、水素結合の光最配位、光イオン化などの光吸収帯光互変異性、水素結合の光最配位、光イオン化などの光吸収帯

低温が必要低温が必要 常温で動作する材料開発が課題常温で動作する材料開発が課題