光情報記録媒体、記録用粒子、光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置
【課題】本発明は、戻り光の光量を増大することができる。
【解決手段】本発明の光情報記録媒体１００は、記録層１０１において直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２が、光としての記録光ビームＬＷに基づく近接場光ＬＷｎの照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質３に包囲された状態で配置されている。また光情報記録媒体１００は、記録層１０１において、媒質３の複素誘電率ε２の変化に応じてナノ微粒子２が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるようにする。
【解決手段】本発明の光情報記録媒体１００は、記録層１０１において直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２が、光としての記録光ビームＬＷに基づく近接場光ＬＷｎの照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質３に包囲された状態で配置されている。また光情報記録媒体１００は、記録層１０１において、媒質３の複素誘電率ε２の変化に応じてナノ微粒子２が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光情報記録媒体、記録用粒子、光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置に関し、例えば記憶容量の大きい光情報記録媒体に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光情報記録再生装置としては、光情報記録媒体としての光ディスクに対して光ビームを照射することにより、当該光ディスクに情報を記録し、また当該光ディスクから情報を再生するようになされたものが広く普及している。この光ディスクとしては、一般にＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）及びＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標、以下ＢＤと呼ぶ）等が用いられている。
【０００３】
ところで光ディスク装置では、音楽コンテンツや映像コンテンツ等の各種コンテンツ、或いはコンピュータ用の各種データ等のような種々の情報を光ディスクに記録するようになされている。特に近年では、映像の高精細化や音楽の高音質化等により情報量が増大し、また１枚の光ディスクに記録するコンテンツ数の増加が要求されているため、当該光ディスクのさらなる大容量化が求められている。
【０００４】
この光ディスク装置では、使用する光ビームの波長を短くすると共に、対物レンズの開口数ＮＡ（Numerical Aperture）を大きくすることにより光ビームのスポットサイズを小さくし、これに伴って記録マークのサイズを小さくすることにより光ディスクの大容量化を達成してきた。
【０００５】
一般的に、光の回折限界のため、スポットサイズを光ビームの波長サイズ未満に小径化することはできないとされている。そこで屈折率の高い材料を用いると共に光情報記録媒体までの距離を波長λの１／４以内に近接させるソリッドイマージョンレンズ等の近接光レンズが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながらこのソリッドイマージョンレンズを用いた場合であっても、スポットサイズを１００［ｎｍ］にまで小径化することが限界と考えられている。そこで、局所的にプラズモン共鳴現象を生じさせるプラズモン・アンテナによって、小さなスポットサイズでなるスポットを形成する方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
これにより光情報記録媒体における記録マークのサイズを微少化することができ、光情報記録媒体をさらに大容量化できることが期待されている。
【特許文献１】特開２００５−１８２８９５公報
【非特許文献１】T. Matshumoto, T. Shimano, H. Saga, and H. Sukeda J. Appl.Phys., Vol. 95, No.8, 15 April 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところでかかる構成の光ディスク装置では、記録マークが微少化されるに従い、当該記録マークからの戻り光が減少するという問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲された状態で配置され、媒質の複素誘電率の変化に応じてナノ微粒子が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させる記録層を設けるようにした。
【００１１】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１２】
また本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなる金属微粒子が、光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料によって包囲されてなる記録層を設けるようにした。
【００１３】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１４】
さらに本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と媒質とによって構成され、記録光の照射に応じて媒質の複素誘電率を変化させることにより情報を記録し、読出光の照射に応じたナノ微粒子による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により情報を再生させる記録層を設けるようにした。
【００１５】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１６】
また本発明の記録用粒子においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲されてなるようにした。
【００１７】
これにより記録用粒子では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１８】
さらに本発明の記録用粒子においては、 直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と当該ナノ粒子を包む媒質とによって構成され、ナノ微粒子と媒質のいずれか一方が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させるようにした。
【００１９】
これにより記録用粒子では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００２０】
また本発明の光情報再生方法及び光情報再生装置においては、光を集光して光情報記録媒体に照射し、光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出するようにした。
【００２１】
これにより光情報再生方法及び光情報再生装置では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光することができる。
【００２２】
さらに本発明の光情報記録方法においては、光情報記録媒体に対して光を照射したときに当該光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録するようにした。
【００２３】
これにより光情報記録方法においては、再生光の照射に応じて局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００２４】
さらに本発明の光情報記録装置においては、 光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう光の強度を変化させる光強度制御部とを設けるようにした。
【００２５】
これにより光情報記録再生装置においては、再生光の照射に応じて局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができ、かくして戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００２８】
（１）本発明の原理
一般的にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ等の金属では、ナノサイズ（１００［ｎｍ］以下）の微粒子の状態（以下、これをナノ微粒子と呼ぶ）において、特定の条件を満たす時光に反応して局所プラズモン共鳴を生じさせることが知られている。
【００２９】
局所プラズモン共鳴とは、ナノ微粒子において、電磁場振動及び電荷振動が結合し、共鳴を起こした状態をいい、このときナノ微粒子近傍に強い電磁界の局在が生じる。この強い電磁場を近接光場という。
【００３０】
ナノ微粒子の直径をａとし、当該ナノ微粒子に対して入射される入射光の波長をλとすると、波長λよりも直径ａが十分に小さいとき（ａ＜＜λ）、ナノ微粒子には一様な電磁界が印加されると考えられる。これは長波長近似と呼ばれ、このときナノ微粒子の分極率αは以下の式で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
（１）式から、右辺の誘電率項の分母が「０」に近づくと、分極率は著しく増加することがわかる。このときナノ微粒子では、入射光が有する電磁場に応じて共鳴的な電磁場及び電荷の振動、すなわち局所プラズモン共鳴を生じる。
【００３３】
空気中において、媒質の誘電率ε２＝１であるため、微粒子の複素誘電率ε１（ω）が次式を満たすとき、局所プラズモン共鳴が生じることになる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
【数３】
【００３６】
（２）式及び（３）式から、Ｒｅ、すなわち複素誘電率ε１（ω）の実数部分が−２、Ｉｍ、すなわち複素誘電率ε１（ω）の虚数部分がほぼ「０」となるとき、ナノ微粒子がプラズモン共鳴を生じることがわかる。
【００３７】
入射光が可視光領域の場合、Ａｕ、Ａｇなどのいわゆる貴金属が（１）式、（２）式及び（３）式に示す条件を満たすため、当該可視光領域でなる入射光に応じて局所プラズモン共鳴を生じることになる。
【００３８】
ナノ微粒子は、この局所プラズモン共鳴により近接光場を形成し、非常に強い近接場光及び散乱光を発生させる。この近接場光は、殆ど伝播することがなく、ナノ微粒子近傍に局在する特性を有している。一方散乱光は遠くまで伝播する特性を有している。
【００３９】
またＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）−ＲＥ（Rewritable）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）±ＲＷ（Rewritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）では、相変化方式が採用されている。この相変化方式では、相変化材料でなる相変化膜上に光ビームを照射し、結晶状態及び非結晶状態（以下、これらをまとめて相状態と呼ぶ）を変化させることにより当該相変化膜上に記録マークを形成するようになされている。
【００４０】
この相変化材料では、相状態の変化に応じて複素誘電率が変化する。これらのことから、仮に相変化材料において局所プラズモン共鳴を生じさせることができれば、一の波長でなる光ビームを照射したときに相変化に応じて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることができ、散乱光の強度（以下、これを散乱光強度と呼ぶ）を大きく変化させることができると考えられる。
【００４１】
ここで複素誘電率ε１（ω）と複素屈折率（ｎ、ｋ）との関係を次式に示す。
【００４２】
【数４】
【００４３】
【数５】
【００４４】
すなわち空気中において上述した（１）式、（２）式及び（３）式の関係を満たすためには、ｎ＝１．４１４、ｋ＝０をほぼ満たせば良いことになる。
【００４５】
図１に、一般的な４種類の相変化材料及びＡｇについて、結晶状態（Cry：Crystal）と、非晶状態（Amo：Amorphous）における分極αの状態を、入射光の波長λ及び複素屈折率Ｎ（実数部＝ｎ、虚数部＝ｋ）との関係として示している。なお図１では色彩の濃淡により分極αを表しており、濃い部分ほど分極が大きいことを示している。また相変化材料としては、Ｇｅ８Ｓｂ３３Ｔｅ５９、Ｇｅ２２Ｓｂ２２Ｔｅ５６、ＡｇＧｅＳｂＴｅ、Ａｇ８Ｉｎ１４Ｓｂ５５Ｔｅ２３について示している。
【００４６】
図より、相変化材料の分極αはいずれの波長λにおいても非常に小さく、局所プラズモン共鳴を生じないことがわかる。これに対してＡｇの分極αは、波長λ＝３５０［ｎｍ］付近で非常に大きくなっており、入射光が波長λ＝３５０［ｎｍ］付近のときに局所プラズモン共鳴を生じることがわかる。
【００４７】
また相変化材料では、結晶状態と非晶状態において複素屈折率Ｎ（ｎ及びｋ）の値が大きく変化していることがわかる。すなわち相変化材料は、結晶状態と非結晶状態において、複素誘電率の値を大きく変化させることがわかる。
【００４８】
ここで（１）式に示したように、局所プラズモン共鳴を生じさせる条件は、媒質、すなわちナノ微粒子の周囲に存在する材質の複素誘電率ε２によって変化する。
【００４９】
そこで本発明では、例えば図２（Ａ）に示すように、ナノ微粒子ＮＰの周囲に相変化材料など、入射光の照射に応じて状態を第１の状態から第２の状態へと変化させると共に当該状態変化に応じて複素誘電率が変化する材料を媒質ＳＨとしてナノ微粒子の周囲に配置し、これを記録用材料ＭＴとする。このとき本発明では、第１の状態においては局所プラズモン共鳴の生じる度合いが大きく、第２の状態においては局所プラズモン共鳴の生じる度合いが小さくなるように、媒質ＳＨを選定する。
【００５０】
図２（Ｂ）に示すように、この記録用材料ＭＴでは、第１の状態でなる媒質ＳＨ（以下、これを媒質ＳＨ１と呼ぶ）に対して例えば情報記録用の記録用光ビームＬＷが照射されると、ナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ１との界面で局所プラズモン共鳴を生じる。
【００５１】
このとき記録用材料ＭＴは、ナノ微粒子ＮＰの外側近傍において、非常に強い近接場光ＬＮを発生させる。これにより図２（Ｃ）に示すように、記録用材料ＭＴは、非常に短時間で媒質ＳＨを例えば第１の状態とは誘電率ε２の異なる第２の状態（以下、これを媒質ＳＨ２と呼ぶ）へ変化させることができる。
【００５２】
すなわち記録用材料ＭＴでは、媒質ＳＨの状態を変化させることにより、記録用光ビームＬＷに応じて情報を記録することが可能となる。また局所プラズモン共鳴を利用することにより、比較的小さな光エネルギーで情報を記録することができる。
【００５３】
また図３（Ａ）に示すように、媒質ＳＨが第１状態でなる記録用材料ＭＴは、情報読出用の読出光ビームＬＲが照射されると、複素誘電率ε２との関係によりナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ１との界面で局所プラズモン共鳴を大きく生じさせる。このとき記録用材料ＭＴは、ナノ微粒子ＮＰの外側近傍において非常に強い近接場光ＬＮを発生させると共に、強度の大きな散乱光ＬＳをも発生させる。
【００５４】
この散乱光ＬＳは遠くまで伝播するため、散乱光ＬＳの一部を戻り光として受光することが可能である。すなわち記録用材料ＭＴは、媒質ＳＨが第１の状態にあるときには、度合いの大きな局所プラズモン共鳴による比較的強度の大きな散乱光ＬＳを戻り光として受光させることができる。
【００５５】
一方図３（Ｂ）に示すように、媒質ＳＨが第２状態でなる記録用材料ＭＴでは、読出光ビームＬＲが照射されると、複素誘電率ε２との関係によりナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ２との界面で局所プラズモン共鳴を小さく生じさせ、強度の小さな散乱光ＬＳのみを発生することになる。このため記録用材料ＭＴでは、媒質ＳＨが第２の状態にあるときには、度合いの小さな局所プラズモン共鳴による強度の小さな散乱光ＬＳを戻り光として受光させることができる。
【００５６】
すなわち記録用材料ＭＴでは、散乱光ビームＬＳａの受光量から記録用材料ＭＴにおける媒質ＳＨの状態（すなわち第１の状態であるか第２の状態であるか）を検出することが可能となる。
【００５７】
このように記録用材料ＭＴでは、ナノ微粒子ＮＰを媒質ＳＨで包むと共に、媒質ＳＨの状態を変化させて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより、記録用材料ＭＴに情報を記録及び再生することが可能となる。
【００５８】
（２）記録用材料の構成
図４に示すように、記録用材料１は、ナノ微粒子２が媒質３によって囲まれた構成でなる。この記録用材料１は、例えば図４（Ａ）に示すように、媒質３の中にナノ微粒子２が埋め込まれるようにしても良い。
【００５９】
また記録用材料１は、図４（Ｂ）に示すように、ナノ微粒子２を中心核、媒質３を外殻とする粒子状に形成されるようにしても良い。以下、この粒子状に形成された記録用材料１を記録用粒子１Ｓと呼ぶ。
【００６０】
ナノ微粒子２の材質としては特に限定されないが、大きな分極を生じ易い材質であることが好ましく、特に金属であることが好ましい。さらにナノ微粒子２としては、可視光領域の光に応じて局所プラズモン共鳴を生じることが知られているＰｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ又はＣｕであることが好ましく、局所プラズモン共鳴の度合いが大きいとされるＡｇ又はＡｕが特に好ましい。
【００６１】
またナノ微粒子２は、その直径Ｄ２が１［ｎｍ］以上でなることが好ましい。ナノ微粒子２の直径Ｄ２が１［ｎｍ］未満になると、粒子としての安定性が得られないためである。またナノ微粒子２は、その直径Ｄ２が５０［ｎｍ］以下でなることが好ましい。直径Ｄ２が５０［ｎｍ］を超えると、局所プラズモン共鳴の度合いが低下するからである。さらにナノ微粒子２は、記憶密度の観点からその直径Ｄ２が２０［ｎｍ］以下、さらには１５［ｎｍ］以下でなることが好ましい。
【００６２】
また媒質３は、所定の強度以上でなる光に応じてその状態を変化させ、複素誘電率ε２を変化させる材料でなる。この状態の変化としては、例えば結晶状態と非晶状態とを変化させる相変化や、光に応じて酸化を引き起こす酸化などが挙げられる。すなわち媒質３の材質としては、酸化材料や相変化材料であることが好ましく、特に相変化材料であることが好ましい。既にＢＤ−ＲＥ等で採用されているからである。
【００６３】
また媒質３として可逆的な状態変化を引き起こす相変化材料を用いることにより、情報を何度も書き換え可能にすることができる。この場合、記録用材料１における媒質３を第１の温度まで上昇させるよう加熱することにより当該媒質３を結晶状態にし、当該第１の温度よりも低い第２の温度まで加熱することにより当該媒質３を非晶状態にすることができる。
【００６４】
さらに非晶状態において局所プラズモン共鳴の度合いが小さくなるように媒質３を選定することが好ましい。相変化材料では、非晶状態においてその自由エネルギーが結晶状態よりも高く、結晶状態と比較して不安定な状態となるが、情報の再生の際に非晶状態でなる記録用材料１において温度が上昇することを抑制することができ、再生回数を向上させ得るからである。
【００６５】
媒質３の材質としては特に限定されないが、分極を生じる誘電体材料、半導体材料、半金属材料及び金属材料などの無機材料であることが好ましく、さらに少なくともその一部に半導体材料を含有することが好ましい。また媒質３は、複数種類の無機材料が組み合わされることが特に好ましい。組成を変更することにより複素誘電率ε２の変化量などを調製し易いからである。この無機材料としては、例えばＧｅ、Ｓｂ及びＴｅなどの半導体材料及び半金属材料や、Ａｇなどの金属材料が適宜組み合わされることが好ましい。
【００６６】
媒質３の表面までの厚さＴ３は、１［ｎｍ］以上でなることが好ましい。１［ｎｍ］未満となると、ナノ微粒子２に対し媒質３としての特性を十分に発揮できないからである。また媒質３の厚さＴ３は、５０［ｎｍ］未満でなることが好ましい。厚さＴ３が５０［ｎｍ］以上になると、近接場光が媒質３の表面まで十分に到達しなくなるからである。さらに媒質３の厚さＴ３は、２０［ｎｍ］以下、さらに好ましくは１０［ｎｍ］以下でなることが好ましい。散乱光ビームＬＳａを極力吸収しないようにするためである。
【００６７】
またナノ微粒子２と一の状態でなる媒質３とにおける（２）式の左辺の値と、ナノ微粒子２と他の状態でなる媒質３とにおける（２）式の左辺の値とが相違することが必要となる。局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるためである。さらにはナノ微粒子２と一の状態でなる媒質３とにおいて（２）式を満たすことが好ましい。図５に、直径が６０［ｎｍ］でなるＡｇ粒子における局所プラズモン共鳴に対する媒質３の誘電率（実数部及び虚数部）の影響を示すグラフを示している。実数部のグラフである図５（Ａ）に示すように、左辺の値における実数部が１以下であれば、電界強度が２０［Ｖ／ｍ］以上となり、０．５以下であれば、電界強度が４００［Ｖ／ｍ］以上となることから、（２）式における左辺の値の実数部が１以下、より好ましくは０．５以下であることが好ましい。また虚数部のグラフである図５（Ｂ）に示すように、左辺の値における虚数部が０．６以下、より好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．０５以下であることが好ましい。一方、ナノ微粒子２と他の状態でなる媒質３とにおいて（２）式を満たさない（すなわち（２）式の左辺の値における実数部が１より大きく、（２）式の左辺の値における値虚数部が０．４より大きい）ことが好ましい。なお、ナノ微粒子２によってのみ決定される（３）式の左辺の値は、０．５以下、より好ましくは０．３以下であることが好ましい。局所プラズモン共鳴の度合いに影響するからである。
【００６８】
これにより記録用材料１が一の状態では局所プラズモン共鳴を大きく生じる一方、他の状態では局所プラズモン共鳴を殆ど生じないことになり、記録用材料１における媒質３の状態に応じて戻り散乱光ビームＬＳａの光量を大きく変化させることが可能となる。
【００６９】
また記録用材料を図４（Ｂ）に示したような記録用粒子１Ｓとして構成する場合、当該記録用粒子１Ｓの直径Ｄ１は３［ｎｍ］以上であることが好ましい。記録用粒子１Ｓとしての特性を維持するためである。また記録用粒子１Ｓの直径Ｄ１は、記憶密度の観点から５２［ｎｍ］以下、さらには２０［ｎｍ］以下であることが好ましい。
【００７０】
具体的に、この記録用粒子１Ｓは、例えば以下のように作製される。例えばナノ微粒子２としてＡｇを用いた場合、硝酸銀（ＡｇＮＯ３）をエタノール溶液又は水溶液とし、アルカンチオール誘導体、還元剤としてのＮａＢＨ４を加え攪拌することにより、銀粒子を所定のサイズまで凝集させる。
【００７１】
媒質３として例えばＧｅＳｂＴｅを使用する場合、銀粒子を含有するエタノール溶液又は水溶液に対して、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含むエタノール溶液又は水溶液を混合し、例えば０［℃］において所定時間に亘って攪拌する。また、硝酸銀溶液に対してＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含む化合物を直接添加したり、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含むエタノール溶液又は水溶液に対して凝集させた銀粒子を添加することも可能である。この後、水又はエタノールを蒸発させることにより、記録用粒子１Ｓを得ることができる。
【００７２】
なおＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの濃度を変更することによりＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの比率を適宜変更することができる。また攪拌時間を変更することにより、ナノ微粒子２としての銀粒子の直径及び媒質３としてのＧｅＳｂＴｅの厚さを適宜変更することが可能である。また記録用粒子１Ｓは、これ以外にも種々の方法により作製することが可能である。
【００７３】
（３）実施例
次に、実施例について説明する。本実施例においては、図６に示すような記録用粒子１Ｓの散乱光強度について、シミュレーションを行った。なお記録用粒子１Ｓにおいて、ナノ微粒子２としてＡｇを用い、媒質３として相変化材料でなるＧｅＳｂＴｅ（組成比２：２：５）を用いた。本実施例において、この記録用粒子１ＳをサンプルＳＳ１とし、当該サンプル１におけるナノ微粒子２をＡｇ中心核２Ｓ、媒質３をＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓと呼ぶ。
【００７４】
図７に波長と散乱光強度との関係を示している。この図７では、有限差分時間領域法（Finite Differential Time Domain Method）を用いて計算した結果を示している。なお図７の計算に用いたサンプルＳＳ１は、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２が１５［ｎｍ］であり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が２．５［ｎｍ］、サンプルＳＳ１としての直径Ｄ１が２０［ｎｍ］である。
【００７５】
曲線Ｃ１は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＡｇの散乱光強度を示したものであり、波長λが３５０［ｎｍ］付近で局所プラズモン共鳴が生じ、強度の大きい散乱光が生じていることがわかる。
【００７６】
曲線Ｃ２は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＧｅＳｂＴｅの結晶状態における散乱光強度を示している。２８０［ｎｍ］近傍での散乱光強度が最も大きいものの、その強度はさほど大きくないといえる。
【００７７】
曲線Ｃ３は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＧｅＳｂＴｅの非晶状態における散乱光強度を示している。２８０［ｎｍ］近傍での散乱光強度が最も大きいものの、その強度は非常に小さい。
【００７８】
曲線Ｃ２及びＣ３から、ＧｅＳｂＴｅ単体のナノ微粒子では、結晶状態における散乱光強度が最大となる場合であっても、その強度は小さく、十分な戻り光が得られないことが示唆された。また結晶状態と非晶状態との差も小さく、散乱光ＬＳからこれらの差を検出することは困難といえる。
【００７９】
曲線Ｃ４は、サンプルＳＳ１においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが結晶状態であるとき（以下、これを結晶状態サンプルＳＳ１ａと呼ぶ）の散乱光強度を示している。結晶状態サンプルＳＳ１ａでは、２４０［ｎｍ］付近で非常に大きな散乱光強度を示しており、当該２４０［ｎｍ］付近で大きな局所プラズモン共鳴を生じていることがわかる。また結晶状態サンプルＳＳ１ａでは、波長λが２２０［ｎｍ］付近から３６０［ｎｍ］付近までの間、比較的高い散乱光強度を示している。
【００８０】
曲線Ｃ５は、サンプルＳＳ１においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが非晶状態であるとき（以下、これを非晶状態サンプルＳＳ１ｂと呼ぶ）の散乱光強度を示している。非晶状態サンプルＳＳ１ｂでは、結晶状態サンプルＳＳ１ａと同様、２４０［ｎｍ］付近にピークを有しているものの、その散乱光強度は非常に小さい。このことから非晶状態サンプルＳＳ１ｂでは、２４０［ｎｍ］付近で局所プラズモン共鳴を生じているものの、その度合いが非常に小さいものであるということがわかる。
【００８１】
これらの結果から、サンプルＳＳ１に対して例えば２４０［ｎｍ］でなる入射光（すなわち記録用光ビームＬＷ又は読出光ビームＬＲ）を照射することにより、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態に応じて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることができることがわかる。すなわち、サンプルＳＳ１を用いて、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態を変化させて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録及び再生し得ることが確認された。
【００８２】
なお波長λが２４０［ｎｍ］のときの結晶状態サンプルＳＳ１ａにおけるＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの複素誘電率ε２は、１．３１５−０．５１７４ｉであり、局所プラズモン共鳴の条件である（２）式を満たしている。一方非晶状態サンプルＳＳ１ｂにおけるＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの複素誘電率ε２は、５．０６４−１．１５７ｉであり、（２）式を満たしていない。このことは、図８において結晶状態サンプルＳＳ１ａの散乱光強度に大きなピークがみられたのに対し、非晶状態サンプルＳＳ１ｂにおいて大きなピークがみられなかったことと整合する。
【００８３】
次に、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３を２．５［ｎｍ］に固定し、Ａｇ中心核の直径Ｄ２を変化させたサンプルＳＳ１に対し、波長λが３６０［ｎｍ］でなる入射光を照射したときの電界増強度を算出し、図８に示した。なお電界増強度とは、入射光の強度（すなわち電界）に対して、微粒子表面（すなわちサンプルＳＳ１の表面）の電界がどの程度増強されるかを示すものである。図８では縦軸の横軸との交点の値はゼロであり、単純に電界の増大の度合い、すなわち局所プラズモン共鳴の生じた度合いを示している。
【００８４】
Ａｇ中心核２Ｓは、その直径Ｄ２が０［ｎｍ］から大きくなるにつれて電界増強度も大きくなり、５０［ｎｍ］のときに電界増強度がほぼ最大値をとる。またＡｇ中心核２Ｓは、直径Ｄ２が小さい方が記録密度を向上させ得るため、直径Ｄ２が５０［ｎｍ］以下であることが好ましい。記録密度の観点からは、さらに直径Ｄ２が小さい方が好ましく、例えば１［Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ］以上の記録密度を達成するためには、直径Ｄ２を１８［ｎｍ］以下、さらには１５［ｎｍ］以下にすることが好ましい。
【００８５】
次に、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２を１５［ｎｍ］に固定し、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３を変化させたサンプルＳＳ１に対し、波長λが３６０［ｎｍ］でなる入射光を照射したときの電界増強度を算出し、図９に示した。
【００８６】
曲線Ｃ１１は、Ａｇ中心核２ＳとＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓとの界面における電界増強度、すなわち局所プラズモン共鳴の度合いを表している。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、電界増強度が増大している。これは、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が厚くなるに従って当該ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが媒質としての特性を発揮するためであると考えられる。
【００８７】
曲線Ｃ１２は、サンプルＳＳ１の表面、すなわちＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの空気との界面における電界増強度を示している。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、徐々に電界増強度が低下している。これはＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、局所プラズモン共鳴の生じるＡｇ中心核２ＳとＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓとの界面からの距離が遠くなるためである。
【００８８】
すなわちＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなれば局所プラズモン共鳴の度合いが大きくなるものの、サンプルＳＳ１の表面における電場は逆に小さくなり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態を十分に変化させ得なくなる可能性が生じることがわかる。一般的に非常に強い近接場光の範囲は、ナノ微粒子２の半径程度とされていることから、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３はその２倍、すなわちナノ微粒子２の直径Ｄ２程度に抑制することが好ましい。実際上図９では、Ａｇ中心核２Ｓが１５［ｎｍ］でなることから、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が１５［ｎｍ］以上になると、電界増強度が急激に低下している。
【００８９】
なお図８及び図９では、結晶状態サンプルＳＳ１ａと非晶状態サンプルＳＳ１ｂとで、電界増強度の値は異なるもののほぼ相似形の曲線を得ることができた。すなわち上述した結果は、結晶状態サンプルＳＳ１ａと非晶状態サンプルＳＳ１ｂの双方に当て嵌まるものである。
【００９０】
図１０に、入射光の波長λが４００［ｎｍ］の場合の分極αを示している。なお図１０の計算に用いたサンプルＳＳ１は、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２が１５［ｎｍ］であり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が２．５［ｎｍ］、サンプルＳＳ１としての直径Ｄ１が２０［ｎｍ］である。またＡｇ中心核２Ｓの複素屈折率はｎ＝０．１７３、ｋ＝１．９５として計算した。
【００９１】
図１０からわかるように、波長λが４００［ｎｍ］でなる入射光に対して局所プラズモン共鳴を生じるためには、媒質３の複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０となる。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓは、結晶状態でその複素屈折率がｎ＝２．０、ｋ＝３．０であり、非晶状態でその複素屈折率がｎ＝３．０、ｋ＝２．０であり、上記条件とはかなり離隔している。
【００９２】
言い換えると、結晶状態又は非晶状態のいずれか一方で複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０の近傍の値をとるような相変化材料を選定することにより、波長λが４００［ｎｍ］の入射光を記録光ビームＬＷ及び読出光ビームＬＲとして使用することが可能となることがわかる。
【００９３】
なお図１０においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓは、結晶状態のとき、非晶状態と比して分極αが高い領域の近傍に位置しており、この差が図７の散乱光強度における差異につながったものと考えられる。
【００９４】
このように、ナノ微粒子２としてＡｇ中心核２Ｓを、媒質３としてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓを用いることにより、特に２４０［ｎｍ］近傍で局所プラズモン共鳴の度合いを大きく変化させ得ることが確認された。また、媒質３の複素屈折率を結晶状態又は非晶状態のいずれか一方においてその複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０の近傍となるような材料を選定することにより、入射光の波長λを４００［ｎｍ］に設定することが可能となることが確認された。
【００９５】
（４）光情報記録媒体の構成
光情報記録媒体１００は、全体として従来のＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤと同様に直径約１２０［ｍｍ］の円盤状に構成されており、中央部分に孔部１００Ｈが形成されている。なお光情報記録媒体１００の形状に制限はなく、矩形状や多角形状であっても良い。また必ずしも孔部１００Ｈを有する必要はない。
【００９６】
また光情報記録媒体１００は、図１１（Ａ）に断面図を示すように、基板１０２上に情報を記録するための記録層１０１が形成されることにより構成されている。因みに基板１０２の厚さは、０．０５［ｍｍ］〜１．２０［ｍｍ］の範囲内で適宜選定される。
【００９７】
基板１０２は、光情報記録媒体１００としての物理的強度を維持するため、１種類又は２種類以上でなる硬質の材料が用いられる。基板１０２は、例えばポリカーボネイトやポリメチルメタクリレートのようなや樹脂材料や、ガラスやセラミック等の無機材料により構成されている。基板１０２は、透過率が低い材料を用いることも可能であるが、透過率の高い材料を用いることが好ましい。散乱光ビームＬＳａ以外の余分な光が反射されて戻り光と共に受光されるのを防止するためである。
【００９８】
なお光情報記録媒体１００がＤＶＤやＢＤなどと同様に交換可能なメディアとして使用される場合には、大量生産の容易な樹脂材料が好適に用いられる。一方光情報記録媒体１００がハードディスクなどと同様にドライブに固定されたメディアとして使用される場合には、精度が高く周囲環境の影響を受けにくい無機材料が好適に用いられる。
【００９９】
この基板１０２と記録層１０１の界面には、入射光として使用される光ビームの波長に対して無反射となるような多層無機層（例えば、Ｎｂ２Ｏ２／ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の４層）のＡＲ（AntiReflection coating）処理を施しても良い。散乱光ビームＬＳａ以外の光が戻り光と共に受光されるのを防止するためである。
【０１００】
また図１１（Ｂ）に示すように、記録層１０１上に当該記録層１０１を保護するための保護層１０３を設けても良い。この保護層１０３としては、例えば傷の付きにくいハードコート層などがスパッタリングや蒸着、スピンコートなどによって設けられる。
【０１０１】
保護層１０３は、その厚みが１０［ｎｍ］以下、より好ましくは５［ｎｍ］以下でなることが好ましい。プラズモンアンテナ（詳しくは後述する）から入射される近接場光を記録層１０１に到達させるためである。因みに保護層１０３の代り又は保護層１０３上に、摺動性を向上させるための潤滑層を設けても良い。この潤滑層としては、シリコン化合物又はフッ素化合物などが使用される。
【０１０２】
記録層１０１は、基板１０２上に記録用材料１が配置されることにより形成されている。すなわちナノ微粒子２が媒質３によって包囲されていれば良く、媒質３の内部にナノ微粒子２が埋め込まれていても良く、また記録用粒子１Ｓとして配置されていても良い。記録層１０１には、例えば同心円又は螺旋状にトラックＴＲが形成され、当該トラックＴＲに沿って情報が記録される。このトラックＴＲは、例えばＤＶＤ及びＢＤのように凹凸でなるランド及びグルーブが形成されても良く、またハードディスクのようにその表面が平坦でも良い。
【０１０３】
また記録層１０１において、ナノ微粒子２は、図１２（Ａ）に示すように、トラックＴＲにのみ配置されていても良く、また記録層１０１の全面に（すなわちトラックＴＲ以外の箇所にも）敷き詰めるように配置されていても良い。
【０１０４】
図１２（Ｂ）に示すように、記録用粒子１Ｓを記録層１０１の全面に敷き詰めることによりナノ微粒子２を記録層１０１の全面に敷き詰めることができる。例えばＬＢ（Langmuir Blodgett）トラフを用いるＬＢ法により行うことができる。すなわちＬＢトラフの水面上にクロロホルム溶媒の記録用粒子１Ｓを滴下し、クロロホルムが蒸発した後、水面上に残った記録用粒子１Ｓを一定速度で動くバリアで圧縮し、水素終端した基板１０２を引き上げることで転写する。これにより図１３（Ａ）に示したように基板１０２上に記録用粒子１Ｓが敷き詰められる。
【０１０５】
この場合記録層１０１においては、例えば１つの記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良く、また複数の記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良い。この記録層１０１では、例えば製造時における初期化によりアドレス情報などが記載されることにより初めて情報が記録されるべきトラックＴＲが形成されることになる。
【０１０６】
また図１３（Ｂ）に示すように、媒質３の内部にナノ微粒子２が埋め込まれるようにして形成されても良い。
【０１０７】
次に記録用粒子１ＳをトラックＴＲ上にのみ配列させることによりナノ微粒子２をトラックＴＲ上に配置する場合について説明する。基板１０２上に電子線露光及びリソグラフィーを用いたナノインプリンティング法などによって予め凹みを形成しておき、記録用粒子１Ｓを分散した水溶液中に含浸させ、当該基板１０２をゆっくりと引き上げる。これにより図１３（Ｃ）に示すように、凹み上に記録用粒子１Ｓが配列される。なおこの手法は、特許文献２に記載されている。因みにこの方法を用いて記録用粒子１Ｓを記録層１０１の全面に敷き詰めることももちろん可能である。
【特許文献２】特開２００５−１３８０１１公報
【０１０８】
この場合、図１４（Ａ）に示すように、１つのトラックＴＲに対して１列の記録用粒子１Ｓが配列されるようにしても良い。このとき１つの記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良く、また複数の記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良い。また図１４（Ｂ）に示すように、１つのトラックＴＲに対して複数列の記録用粒子１Ｓが配列されるようにしても良い。
【０１０９】
また図１５に示すように、記録用粒子１Ｓ間が互いに離隔して配列されるようにしても良い。このとき各記録用粒子１Ｓが光情報記録媒体１００の半径方向であるラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向（すなわちトラックの走査方向）に所定間隔ＳＰずつ離隔して配置されることが好ましい。これにより記録用粒子１Ｓ間によるクロストークを抑制することが可能となる。
【０１１０】
なおこのときのトラックピッチＴＰは、特に制限はないが、クロストークを効果的に防止し得、かつ記録密度を大きく低減させないように例えば記録用粒子１Ｓの１．２倍以上３．０倍以下に設定されることが好ましい。またタンジェンシャル方向の間隔ＳＰについても同様である。
【０１１１】
またトラックＴＲ上にナノ微粒子２を配置させる方法について説明する。例えばナノインプリンティング法を用いたエッチングなどにより基板１０２上に凹みを形成した後、スパッタリングにより媒質３の層を形成する。この結果基板１０２の表面は凹みを有したまま媒質３によって覆われる。次いで同様の引き上げ法により凹み上にナノ微粒子２を配置し、再度スパッタリングにより媒質３の層を形成する。この結果、図１３（Ｄ）に示すように、ナノ微粒子２が媒質３によって包囲された状態で当該ナノ微粒子２をトラックＴＲ上にのみ配列させることが可能となる。因みにこの方法では、凹みのパターンを変更することにより、ナノ微粒子２を記録層１０１の全面に敷き詰めることも可能である。
【０１１２】
なお記録層１０１の製造方法については、これらに限定されるものではなく、その他種々の方法を用いて記録層１０１を作製することが可能である。
【０１１３】
このように光情報記録媒体１００は、ナノ微粒子２が媒質３によって包囲された状態でなる記録層１０１を基板１０２上に形成することができる。このとき光情報記録媒体１００は、予めナノ微粒子２を媒質３によって包囲してなる記録用粒子１Ｓを基板１０２上に配列させることにより、その製造工程を比較的簡易にし得るようになされている。
【０１１４】
（５）情報の記録及び再生
（５−１）光情報記録再生装置の構成
図３において、２０は全体として光情報記録装置を示している。この光ディスクドライブ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される制御部２１によって統括制御されている。
【０１１５】
なお説明の便宜上、記録用粒子１Ｓが基板１０２上に配列されることにより記録層１０１を構成する光情報記録媒体１００に対して情報を記録及び再生する場合について説明する。
【０１１６】
制御部２１は、ＲＯＭに格納されている基本プログラムや情報記録再生プログラム等をＲＡＭに展開することによって、これらのプログラムに基づいて光情報記録媒体１００に対する再生処理及び記録処理を実行するようになされている。
【０１１７】
制御部２１は、再生処理の際、光情報記録媒体１００から読み出すデータを特定するためのアドレス情報と共に、データ読出命令を駆動制御部２２へ送出する。
【０１１８】
駆動制御部２２は、制御部２１からのデータ読出命令に応じて、スピンドルモータ２４を制御することにより光情報記録媒体１００を所定の回転速度で回転させると共に、データ読出命令及びアドレス情報を基にスレッドモータ２５を制御することにより、光ピックアップ３０を当該光情報記録媒体１００の径方向に移動させる。
【０１１９】
そして制御部２１は、光情報記録媒体１００の情報記録層におけるアドレス情報に応じたトラックに対し、光ピックアップ３０の記録再生光源３１から所定の波長λでなる読出用光ビームＬＲを発射させ、スポット形成部４０によって読出光ビームＬＲを集光して光情報記録媒体１００に照射する。
【０１２０】
すなわち図１７に示すように、光ピックアップ３０の記録再生光源３１は、再生処理に応じた光量で読出光ビームＬＲを出射し、コリメータレンズ３２へ入射する。コリメータレンズ３２は、発散光として入射された光ビームを平行光に変換し、ビームスプリッタ３３へ入射する。
【０１２１】
ビームスプリッタ３３は、入射された光ビームの大部分をそのまま透過させ、スポット形成部４０に入射する。そしてスポット形成部４０は、読出光ビームＬＲを集光し光情報記録媒体１００に照射する。
【０１２２】
またスポット形成部４０は、読出光ビームＬＲに応じて光情報記録媒体１００から戻る戻り散乱光ビームＬＳａを受光し、ビームスプリッタ３３に入射させる。
【０１２３】
ビームスプリッタ３３は入射された戻り散乱光ビームＬＳａを反射し、その方向を９０[°]変化させ、集光レンズ３５を介して受光素子３６に入射する。そして、受光素子３６は戻り散乱光ビームＬＳａビームを光電変換して受光信号を生成し、当該検出信号を信号処理部２３（図１６）へ供給する。
【０１２４】
信号処理部２３は、受光信号を基に、当該受光信号を基に戻り散乱光ビームＬＳａの和光量を表す再生ＲＦ信号を生成し、外部機器（図示せず）へ送出する。
【０１２５】
このとき駆動制御部２３は、対物レンズ３７を光ディスクの径方向であるトラッキング方向及び当該光ディスクに近接する又は離隔するフォーカス方向の２方向へ駆動させることにより、読出光ビームＬＲの焦点を光情報記録媒体１００の所望のトラックに合致させる。
【０１２６】
また制御部２１は、記録処理の際、光ディスク１００の情報記録層にデータを記録する箇所を指定するためのアドレス情報と共に、データ書込命令を駆動制御部２２へ送出する。駆動制御部２２は、供給されたアドレス情報に基づき光ピックアップ３０の位置を制御する。
【０１２７】
さらに制御部２１は、外部機器（図示せず）等から入力された書込データに基づいて光ピックアップ３０を制御し、光ディスク１００の記録層１０１におけるアドレス情報に応じたトラックに記録光ビームＬＷの焦点を合わせ、データの記録に適した強度に調整された記録光ビームＬＷを照射することにより、書込データを当該光情報記録媒体１００に記録していく。
【０１２８】
このように光ディスクドライブ２０では、光情報記録媒体１００に対する情報の再生及び記録処理を行うようになされている。
【０１２９】
（５−２）スポット形成部
次に、スポット形成部４０について説明する。
【０１３０】
図１８（Ａ）に示すように、光ピックアップ３０は、光情報記録媒体１００の入射面に対して平行に配置されたガイド軸２５Ａ及び２５Ｂに沿って移動する。光ピックアップ３０は、スポット形成部４０を光情報記録媒体１００の入射面に対向させるようレンズ保持部４５を配置させており、当該スポット形成部４０と光情報記録媒体１００とのギャップが例えば２０［ｎｍ］未満になるように設定されている。
【０１３１】
図１８（Ｂ）に示すように、レンズ保持部４５は、トラッキング方向に対して直交する方向に平行な４本の支持ワイヤ３４Ａによって光ピックアップ３０に取り付けられている。レンズ保持４１は、その外側にボイスコイルモータ４３Ｂが取り付られており、当該ボイスコイルモータ４３Ｂをマグネット３４Ｃと対向させている。そしてレンズ保持部４５は、ボイスコイルモータ３４Ｂに流れる電流に応じてマグネット３４との間で発生する推力によってトラッキング方向及びフォーカス方向に駆動されるようになされている。
【０１３２】
図１９に示すように、スポット形成部４０は、集光レンズ４１と、ソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersion Lens）４２と、プラズモンアンテナ４３とから構成されている。
【０１３３】
集光レンズ４１は、例えばガラスやプラスチックなどの光学材料をモールド成型した非球面レンズでなる。集光レンズ４１は、入射光（読出光ビームＬＲ及び記録光ビームＬＷ）を集光し、ソリッドイマージョンレンズ４２に入射する。
【０１３４】
ソリッドイマージョンレンズ４２は、高屈折率（例えばｎ＝１．９２）の球体の一部を平坦化した半球状又は超半球状のレンズでなる。ソリッドイマージョンレンズ４２は、屈折率に応じて入射光を集光レンズ４１よりも大きい開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）で集光する。
【０１３５】
集光された入射光は、ソリッドイマージョンレンズ４２の先端で集光点を結ぶ。この集光点にはプラズモンアンテナ４３が配置されている。図１９（Ｂ）に示すようにプラズモンアンテナ４３は、例えば三角形状のＡｕでなる２つの金属板４３ａによって構成されており、その先端４３ａｔで局所プラズモン共鳴を励起するようになされている。
【０１３６】
ここで入射光のスポットサイズは、金属板４３ａのギャップＧＰに比例する。従ってギャップＧＰは、記録マークのサイズ応じて決定されることになる。例えば直径Ｄ１が約２０［ｎｍ］でなる記録用粒子１Ｓを用い、１粒子を１ビットとして情報の記録を行う場合、このギャップＧＰは当該直径Ｄ１とほぼ同じ約２０［ｎｍ］に設定される。
【０１３７】
このプラズモンアンテナ４３は、金属板４３ａの先端４３ａｔにおける電場を増強し、近接場光ＬＷｎを発生させる。
【０１３８】
例えば図２０に示すように光情報記録媒体１００に対して情報を記録する際、プラズモンアンテナ４３は、入射光である記録光ビームＬＷに応じて近接場光ＬＷｎを発生する。なお図では、近接場光ＬＷｎを電場として表している。
【０１３９】
記録用粒子１Ｓは、ナノ微粒子２が当該近接場光ＬＷｎと結合し、局所プラズモン共鳴を生じる。この結果記録用粒子１Ｓは、近接場光ＬＷｎの電場をさらに増強してなる増強近接場光ＬＮｓを発生させる。これにより記録用粒子１Ｓは、効果的に媒質３の温度を上昇させることができ、迅速に媒質３の状態を変化させることができる。
【０１４０】
なお媒質３が相変化材料であった場合には、例えば記録用粒子１Ｓが結晶か温度に達するのに十分な初期化光ビームを照射し徐冷することにより、全ての記録用粒子１Ｓの媒質３を結晶化（すなわち初期化）させておく。その上で記録時には、非晶化させたい記録用粒子１Ｓに対して記録光ビームＬＷを照射する。このとき記録光ビームＬＷの光強度を初期化光ビームよりも小さくしておくことにより、記録用粒子１Ｓの媒質３を非安定状態に留め、非晶化することができる。これら一連の操作により、記録用粒子１Ｓの結晶／非晶状態を変化させることができ、情報を記録することができる。
【０１４１】
また図２１（Ａ）に示すように光情報記録媒体１００に記録された情報を再生する際、プラズモンアンテナ４３は、記録用粒子１Ｓに対し、入射光である再生光ビームＬＲに応じて近接場光ＬＲｎを発生する。
【０１４２】
このとき記録用粒子１Ｓは、媒質３が局所プラズモン共鳴の度合いが大きい第１の状態である場合には、ナノ微粒子２が近接場光ＬＲｎと結合して局所プラズモン共鳴を生じることにより当該の電場をさらに増強して増強近接場光ＬＮｓを発生させる。このとき記録用粒子１Ｓは、図７を用いて説明したように強度の大きな散乱光ＬＳを発生する。この散乱光ＬＳは、強度の大きい近接場光ＬＲｎに応じて発生されることから、その光強度が非常に大きくなる。
【０１４３】
ここでスポット形成部４０は、１以上でなる大きな開口数で入射光を集光している。このためスポット形成部４０に向かって発生される散乱光ＬＳのうち、開口数に応じた広い角度でなる部分を戻り散乱光ビームＬＳａとして受光することができる。
【０１４４】
この結果光ピックアップ３０（図１７）では、強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを受光素子３６によって受光することが可能となる。
【０１４５】
一方図２１（Ｂ）に示すように、記録用粒子１Ｓは、媒質３が局所プラズモン共鳴の度合いが小さい第２の状態である場合には、ナノ微粒子２が近接場光ＬＲｎと結合するものの局所プラズモン共鳴の度合いが小さいため、比較的小さな強度でなる散乱光ＬＳを発生する。
【０１４６】
この結果光ピックアップ３０は、受光素子３６によって強度の小さな戻り散乱光ビームＬＳａを受光することになる。このとき光ピックアップ３０は、第１の状態のときと比較すると小さいものの、記録用粒子１Ｓの表面によって反射された反射光よりも強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを受光することができる。
【０１４７】
光情報記録再生装置２０は、受光素子３６における戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて再生信号を生成することにより、強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて情報の再生を行うことができる。
【０１４８】
このとき光情報記録再生装置２０は、記録された情報に応じて強度差の大きな戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて再生信号を生成できるため、記録された情報を高い精度で再生し得るようになされている。
【０１４９】
（６）動作及び効果
以上の構成において、光情報記録媒体１００における記録層１０１は、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２が、光としての記録光ビームＬＷに基づく近接場光ＬＷｎの照射に応じて複素誘電率ε２を変化させる媒質３に包囲された状態で配置されている。また光情報記録媒体１００は、媒質３の複素誘電率ε２の変化に応じてナノ微粒子２が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるようにした。
【０１５０】
これにより記録層１０１は、複素誘電率ε２の差異によって情報を記録できると共に、当該複素誘電率ε２の差異に基づいて変化する局所プラズモン共鳴の度合いによって情報を再生することができる。この結果記録層１０１は、局所プラズモン共鳴によって発生される強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて情報を再生させることができる。
【０１５１】
また記録層１０１は、ナノ微粒子２を媒質３によって包んだ記録用粒子１Ｓが配列されることにより構成されている。これにより記録層１０１は、ナノ微粒子２に対する媒質３の厚さを均一にすることができ、同条件において生じる局所プラズモン共鳴の度合いをナノ微粒子２ごとに均一にすることができる。
【０１５２】
ここで図８を用いて上述したように、ナノ微粒子２の直径Ｄ２が５０［ｎｍ］のときに電界増強度、すなわち局所プラズモン共鳴の度合いが最大となり、直径Ｄ２が小さくなるにつれて徐々に低下する。ここで例えば記録密度［１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２］を達成するためには、１ビット当たりに使用できる面積を２５［ｎｍ］×２５［ｎｍ］程度にする必要があると考えられる。
【０１５３】
さらに記録層１０１は、記録用粒子１Ｓの１粒子が１ビットの情報を表すようにしたため、複数の記録用粒子１Ｓによって１ビットの情報を表す場合と比較して、ナノ微粒子２の直径Ｄ２を極力大きく設定することができ、効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１５４】
また記録層１０１は、記録用粒子１Ｓが、情報が記録されるべきトラックＴＲにのみ配列されているようにした。これにより記録層１０１は、記録用粒子１Ｓの使用数を最小限に抑制することができる。
【０１５５】
さらに記録層１０１は、記録用粒子１Ｓを、記録用粒子１Ｓをラジアル方向ではトラックピッチＴＰごとに、タンジェンシャル方向では間隔ＳＰごとにずらして配列することにより、隣接する記録用粒子１Ｓを互いに所定間隔だけ離隔して配列している。
【０１５６】
これにより記録用粒子１Ｓは、隣接する記録用粒子１Ｓからの増強近接場光ＬＷｎ及びＬＲｎの影響を殆ど排除することができ、クロストークを抑制することができる。
【０１５７】
また記録層１０１は、記録用粒子１Ｓが当該記録層１０１の全面に敷き詰められて配列されている。これにより記録層１０１は、予め基板１０２上にトラックＴＲのパターンを形成することなく、製造工程を簡易にすることができる。
【０１５８】
さらに記録層１０１は、媒質３が近接場光ＬＷｎの照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料でなる。これにより記録層１０１は、近接場光ＬＷｎに応じて結晶状態又は非晶状態に何度も遷移させることができ、光情報記録媒体１００を書き換え可能なメディアとして使用させることができる。
【０１５９】
また記録層１０１は、ナノ微粒子２としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はＣｕを用いるようにした。これらの貴金属は、一般的に可視光において局所プラズモン共鳴を生じることが知られている。これにより記録層１０１は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤに使用された実績のある可視光領域の波長λでなる光に基づいて近接場光ＬＷｎ及びＬＲｎを発生することができる。
【０１６０】
さらに記録層１０１では、ナノ微粒子２の直径Ｄ２が１［ｎｍ］以上、５０［ｎｍ］以下でなることにより、図８に示したようにナノ微粒子２として安定した状態で効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１６１】
また記録層１０１では、媒質３の厚さＴ３が１［ｎｍ］以上、２５［ｎｍ］以下でなる
ことにより、図９に示したように効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１６２】
さらに記録用粒子１Ｓは、直径が２［ｎｍ］以上、５２［ｎｍ］以下でなることにより、記録用粒子１Ｓとして安定した状態で光情報記録媒体１００としての記録密度を向上させることができる。
【０１６３】
ここで一般的に、プラズモンアンテナ４３を用いる場合、金属板４３ａの周囲から記録光ビームＬＷが漏れて記録層１０１に照射されることになる。光情報記録媒体１００は、記録層１０１に隣接して配置され、光としての記録光ビームＬＷを高透過率で透過する基板１０２を有する。これによりこれにより光情報記録媒体１００は、漏れた記録光ビームＬＷを透過させ、受光素子３６に受光させずに済むため、戻り散乱光ビームＬＳａにノイズの原因となる余計な光を混入させず、再生信号におけるＳ／Ｎ（Singal to Noise）比を向上させることができる。
【０１６４】
光情報記録媒体１００では、基板１０２と記録層１０１との界面に反射防止膜が設けられていることにより、漏れた記録光ビームＬＷを反射させることを防止し、再生信号におけるＳ／Ｎ比を一段と向上させることができる。
【０１６５】
また光情報記録再生装置２０は、光源としての記録再生光源３１から出射された読出光ビームＬＲを集光して光情報記録媒体１００に照射し、光情報記録媒体１００において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出するようにした。
【０１６６】
これにより光情報記録再生装置２０は、局所プラズモン共鳴によって発生される強度の大きい散乱光ビームＬＳａを受光することができると共に、散乱光ビームＬＳａにおける大きい光量差から局所プラズモン共鳴の度合いを検出することができ、高い精度で情報を再生することができる。
【０１６７】
また光情報記録再生装置２０は、プラズモンアンテナ４３によって発生する近接場ＬＲｎ光を光情報記録媒体１００に照射することにより、小さいスポット径で大きなエネルギーを有する近接場光ＬＲｎを照射することができる。
【０１６８】
さらに光情報記録再生装置２０は、光照射部であるスポット形成部４０総体としての開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が１．０以上でなることにより、ナノ微粒子２から発生された散乱光ＬＳを大きい角度で受光することができ、戻り散乱光ビームＬＳａの光量を増大させることができる。またスポット形成部４０は、ナノ微粒子２から発生された散乱光ＬＳを直接的に受光するため、散乱光ＬＳを減衰させることなく、大きい光量を維持した散乱光ＬＳに基づく光量の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを得ることができる。
【０１６９】
また光情報記録再生装置２０は、記録再生用光源３１から出射された記録光ビームＬＷを集光して近接場光ＬＷｎとして光情報記録媒体１００に照射し、光情報記録媒体１００において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう制御部２の制御に基づき当該記録光ビームＬＲの強度を変化させるようにした。
【０１７０】
これにより光情報記録再生装置２０は、大きな戻り散乱光ビームＬＳａが得られる状態で光情報記録媒体１００に情報を記録し得る。
【０１７１】
以上の構成によれば、光情報記録媒体１００の記録層１０１は、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２と媒質３とによって構成され、記録光ビームＬＷの照射に応じて媒質３の複素誘電率ε２を変化させることにより情報を記録し、読出光ビームＬＲの照射に応じたナノ微粒子２による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により情報を再生させるようにした。
【０１７２】
これにより光情報記録媒体１００は、情報の再生時における戻り光として光量の大きな戻り散乱光ビームＬＳａを生成することができ、かくして戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を実現できる。
【０１７３】
（７）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、光ピックアップ３０がガイド軸２５Ａ及び２５Ｂに沿って移動するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば図２２に示すように、根本部分が回転することにより移動するサスペンション１５０を用いるようにしても良い。このサスペンション１５０では、その先端にスポット形成部１４０を設けると共に、当該スポット形成部１４０の上部に光ピックアップ１３０を設け、当該光ピックアップ１３０を同様のサスペンション（図示しない）によって移動させるようにする。
【０１７４】
この場合、スポット形成部１４０は、図２３に示すように、光ピックアップ１３０から入射される入射光Ｌを受光して集光する。このときスポット形成部１４０は、空気の圧力によって光情報記録媒体１００から所定の浮上すきまＧＦを維持した状態で移動するスライダ１４４内に形成される。なお、スライダ１４４内に光ピックアップ１３０及びスポット形成部１４０の双方を設けることももちろん可能である。
【０１７５】
また上述した実施の形態においては、ナノ微粒子２として金属粒子を用い、媒質３として相変化材料を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば図２４に示すように、ナノ微粒子２として相変化材料を用い、媒質３として金属粒子を用いるようにしても良い。この場合であっても、媒質３の分極に基づいてナノ微粒子２と媒質３との界面で局所プラズモン共鳴を発生させることができ、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７６】
さらに上述した実施の形態においては、集光レンズ４１、ソリッドイマージョンレンズ４２及びプラズモンアンテナ４３によって入射光Ｌを集光して光情報記録媒体１００に照射する場合について述べたが、本発明はこれに限られない。本発明は、様々な構成でなる光学部品によって入射光Ｌを集光して光情報記録媒体１００に照射することができる。
【０１７７】
さらに上述した実施の形態においては、プラズモンアンテナ４３によって発生した近接場光ＬＲｎ及びＬＷｎを光情報記録媒体１００に照射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば単純な集光レンズによって集光した光ビームを光情報記録媒体１００に対して照射しても良い。
【０１７８】
さらに上述した実施の形態においては、再生光ビームＬＲと反対方向に進行する散乱光ＬＳを戻り散乱光ビームＬＳａとして受光するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば光情報記録媒体１００における入射面とは反対側に受光素子を設置し、当該光情報記録媒体を透過した散乱光ＬＳを受光するようにしても良い。この場合であっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７９】
さらに上述した実施の形態においては、局所プラズモン共鳴の度合いが最大となる光の波長を記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲの波長とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。本発明では、記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲの波長は適宜選択でき、例えば実施例１のサンプルＳＳ１に対して４０５［ｎｍ］でなる記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲを用いるようにしても良い。
【０１８０】
さらに上述した実施の形態においては、記録層としての記録層１０１によって光情報記録媒体としての光情報記録媒体１００を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成でなる記録層１０１によって光情報記録媒体を構成するようにしても良い。
【０１８１】
さらに上述した実施の形態においては、ナノ微粒子としてのナノ微粒子２と、媒質としての媒質３とによって記録用粒子としての記録用粒子１Ｓを構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成によるナノ微粒子と、媒質とによって記録用粒子を構成するようにしても良い。
【０１８２】
さらに上述した実施の形態においては、光照射部としてのスポット形成部４０と、検出部としての受光素子３６とによって光情報再生装置としての光情報記録再生装置２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成による光照射部と、検出部とによって本発明の光情報再生装置を構成するようにしても良い。
【０１８３】
さらに上述した実施の形態においては光照射部としてのスポット形成部４０と、光強度制御部としての制御部２１とによって光情報記録装置としての光情報記録再生装置２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成による光照射部と、光強度制御部とによって本発明の光情報記録装置を構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明は、例えば大容量でなる光情報記録再生装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】各材料の屈折率と分極の関係を示す略線図である。
【図２】本発明の記録原理の説明に供する略線図である。
【図３】本発明の再生原理の説明に供する略線図である。
【図４】記録用材料の構成を示す略線図である。
【図５】近接場光強度の誘電率依存性を示す略線図である。
【図６】サンプルの構成を示す略線図である。
【図７】結晶状態と非晶状態における散乱光強度を示す略線図である。
【図８】Ａｇ中心核の直径を変化させたときの電界増強度を示す略線図である。
【図９】ＧｅＳｂＴｅ殻の厚さを変化させた時の電界増強度を示す略線図である。
【図１０】４００ｎｍにおける銀粒子の共鳴条件を示す略線図である。
【図１１】光情報記録媒体の構成を示す略線図である。
【図１２】記録層の構成（１）を示す略線図である。
【図１３】記録層の構成（２）を示す略線図である。
【図１４】記録層の構成（３）を示す略線図である。
【図１５】記録層の構成（４）を示す略線図である。
【図１６】光情報記録再生装置の構成を示す略線図である。
【図１７】光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図１８】スポット形成部の配置を示す略線図である。
【図１９】スポット形成部の構成を示す略線図である。
【図２０】情報の記録の説明に供する略線図である。
【図２１】情報の再生の説明に供する略線図である。
【図２２】他の実施の形態によるスポット形成部の配置を示す略線図である。
【図２３】他の実施の形態によるスポット形成部の構成を示す略線図である。
【図２４】他の実施の形態による記録用材料の構成を示す略線図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１……記録用材料、１Ｓ……記録用粒子、２……ナノ微粒子、２Ｓ……Ａｇ中心核…、３……媒質、３Ｓ……ＧｅＳｂＴｅ殻、２１……制御部、２３……信号処理部、３０……光ピックアップ、３１……記録再生光源、３６……受光素子、４０……スポット形成部、４１……集光レンズ、４２……ソリッドイマージョンレンズ、４３……プラズモンアンテナ、１００……光情報記録媒体、１０１……記録層、１０２……基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光情報記録媒体、記録用粒子、光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置に関し、例えば記憶容量の大きい光情報記録媒体に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光情報記録再生装置としては、光情報記録媒体としての光ディスクに対して光ビームを照射することにより、当該光ディスクに情報を記録し、また当該光ディスクから情報を再生するようになされたものが広く普及している。この光ディスクとしては、一般にＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）及びＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標、以下ＢＤと呼ぶ）等が用いられている。
【０００３】
ところで光ディスク装置では、音楽コンテンツや映像コンテンツ等の各種コンテンツ、或いはコンピュータ用の各種データ等のような種々の情報を光ディスクに記録するようになされている。特に近年では、映像の高精細化や音楽の高音質化等により情報量が増大し、また１枚の光ディスクに記録するコンテンツ数の増加が要求されているため、当該光ディスクのさらなる大容量化が求められている。
【０００４】
この光ディスク装置では、使用する光ビームの波長を短くすると共に、対物レンズの開口数ＮＡ（Numerical Aperture）を大きくすることにより光ビームのスポットサイズを小さくし、これに伴って記録マークのサイズを小さくすることにより光ディスクの大容量化を達成してきた。
【０００５】
一般的に、光の回折限界のため、スポットサイズを光ビームの波長サイズ未満に小径化することはできないとされている。そこで屈折率の高い材料を用いると共に光情報記録媒体までの距離を波長λの１／４以内に近接させるソリッドイマージョンレンズ等の近接光レンズが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながらこのソリッドイマージョンレンズを用いた場合であっても、スポットサイズを１００［ｎｍ］にまで小径化することが限界と考えられている。そこで、局所的にプラズモン共鳴現象を生じさせるプラズモン・アンテナによって、小さなスポットサイズでなるスポットを形成する方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
これにより光情報記録媒体における記録マークのサイズを微少化することができ、光情報記録媒体をさらに大容量化できることが期待されている。
【特許文献１】特開２００５−１８２８９５公報
【非特許文献１】T. Matshumoto, T. Shimano, H. Saga, and H. Sukeda J. Appl.Phys., Vol. 95, No.8, 15 April 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところでかかる構成の光ディスク装置では、記録マークが微少化されるに従い、当該記録マークからの戻り光が減少するという問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲された状態で配置され、媒質の複素誘電率の変化に応じてナノ微粒子が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させる記録層を設けるようにした。
【００１１】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１２】
また本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなる金属微粒子が、光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料によって包囲されてなる記録層を設けるようにした。
【００１３】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１４】
さらに本発明の光情報記録媒体においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と媒質とによって構成され、記録光の照射に応じて媒質の複素誘電率を変化させることにより情報を記録し、読出光の照射に応じたナノ微粒子による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により情報を再生させる記録層を設けるようにした。
【００１５】
これにより光情報記録媒体では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１６】
また本発明の記録用粒子においては、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲されてなるようにした。
【００１７】
これにより記録用粒子では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００１８】
さらに本発明の記録用粒子においては、 直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と当該ナノ粒子を包む媒質とによって構成され、ナノ微粒子と媒質のいずれか一方が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させるようにした。
【００１９】
これにより記録用粒子では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００２０】
また本発明の光情報再生方法及び光情報再生装置においては、光を集光して光情報記録媒体に照射し、光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出するようにした。
【００２１】
これにより光情報再生方法及び光情報再生装置では、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光することができる。
【００２２】
さらに本発明の光情報記録方法においては、光情報記録媒体に対して光を照射したときに当該光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録するようにした。
【００２３】
これにより光情報記録方法においては、再生光の照射に応じて局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【００２４】
さらに本発明の光情報記録装置においては、 光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう光の強度を変化させる光強度制御部とを設けるようにした。
【００２５】
これにより光情報記録再生装置においては、再生光の照射に応じて局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、局所プラズモン共鳴によって生じる強度の大きい散乱光を戻り光として受光させることができ、かくして戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００２８】
（１）本発明の原理
一般的にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ等の金属では、ナノサイズ（１００［ｎｍ］以下）の微粒子の状態（以下、これをナノ微粒子と呼ぶ）において、特定の条件を満たす時光に反応して局所プラズモン共鳴を生じさせることが知られている。
【００２９】
局所プラズモン共鳴とは、ナノ微粒子において、電磁場振動及び電荷振動が結合し、共鳴を起こした状態をいい、このときナノ微粒子近傍に強い電磁界の局在が生じる。この強い電磁場を近接光場という。
【００３０】
ナノ微粒子の直径をａとし、当該ナノ微粒子に対して入射される入射光の波長をλとすると、波長λよりも直径ａが十分に小さいとき（ａ＜＜λ）、ナノ微粒子には一様な電磁界が印加されると考えられる。これは長波長近似と呼ばれ、このときナノ微粒子の分極率αは以下の式で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
（１）式から、右辺の誘電率項の分母が「０」に近づくと、分極率は著しく増加することがわかる。このときナノ微粒子では、入射光が有する電磁場に応じて共鳴的な電磁場及び電荷の振動、すなわち局所プラズモン共鳴を生じる。
【００３３】
空気中において、媒質の誘電率ε２＝１であるため、微粒子の複素誘電率ε１（ω）が次式を満たすとき、局所プラズモン共鳴が生じることになる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
【数３】
【００３６】
（２）式及び（３）式から、Ｒｅ、すなわち複素誘電率ε１（ω）の実数部分が−２、Ｉｍ、すなわち複素誘電率ε１（ω）の虚数部分がほぼ「０」となるとき、ナノ微粒子がプラズモン共鳴を生じることがわかる。
【００３７】
入射光が可視光領域の場合、Ａｕ、Ａｇなどのいわゆる貴金属が（１）式、（２）式及び（３）式に示す条件を満たすため、当該可視光領域でなる入射光に応じて局所プラズモン共鳴を生じることになる。
【００３８】
ナノ微粒子は、この局所プラズモン共鳴により近接光場を形成し、非常に強い近接場光及び散乱光を発生させる。この近接場光は、殆ど伝播することがなく、ナノ微粒子近傍に局在する特性を有している。一方散乱光は遠くまで伝播する特性を有している。
【００３９】
またＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）−ＲＥ（Rewritable）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）±ＲＷ（Rewritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）では、相変化方式が採用されている。この相変化方式では、相変化材料でなる相変化膜上に光ビームを照射し、結晶状態及び非結晶状態（以下、これらをまとめて相状態と呼ぶ）を変化させることにより当該相変化膜上に記録マークを形成するようになされている。
【００４０】
この相変化材料では、相状態の変化に応じて複素誘電率が変化する。これらのことから、仮に相変化材料において局所プラズモン共鳴を生じさせることができれば、一の波長でなる光ビームを照射したときに相変化に応じて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることができ、散乱光の強度（以下、これを散乱光強度と呼ぶ）を大きく変化させることができると考えられる。
【００４１】
ここで複素誘電率ε１（ω）と複素屈折率（ｎ、ｋ）との関係を次式に示す。
【００４２】
【数４】
【００４３】
【数５】
【００４４】
すなわち空気中において上述した（１）式、（２）式及び（３）式の関係を満たすためには、ｎ＝１．４１４、ｋ＝０をほぼ満たせば良いことになる。
【００４５】
図１に、一般的な４種類の相変化材料及びＡｇについて、結晶状態（Cry：Crystal）と、非晶状態（Amo：Amorphous）における分極αの状態を、入射光の波長λ及び複素屈折率Ｎ（実数部＝ｎ、虚数部＝ｋ）との関係として示している。なお図１では色彩の濃淡により分極αを表しており、濃い部分ほど分極が大きいことを示している。また相変化材料としては、Ｇｅ８Ｓｂ３３Ｔｅ５９、Ｇｅ２２Ｓｂ２２Ｔｅ５６、ＡｇＧｅＳｂＴｅ、Ａｇ８Ｉｎ１４Ｓｂ５５Ｔｅ２３について示している。
【００４６】
図より、相変化材料の分極αはいずれの波長λにおいても非常に小さく、局所プラズモン共鳴を生じないことがわかる。これに対してＡｇの分極αは、波長λ＝３５０［ｎｍ］付近で非常に大きくなっており、入射光が波長λ＝３５０［ｎｍ］付近のときに局所プラズモン共鳴を生じることがわかる。
【００４７】
また相変化材料では、結晶状態と非晶状態において複素屈折率Ｎ（ｎ及びｋ）の値が大きく変化していることがわかる。すなわち相変化材料は、結晶状態と非結晶状態において、複素誘電率の値を大きく変化させることがわかる。
【００４８】
ここで（１）式に示したように、局所プラズモン共鳴を生じさせる条件は、媒質、すなわちナノ微粒子の周囲に存在する材質の複素誘電率ε２によって変化する。
【００４９】
そこで本発明では、例えば図２（Ａ）に示すように、ナノ微粒子ＮＰの周囲に相変化材料など、入射光の照射に応じて状態を第１の状態から第２の状態へと変化させると共に当該状態変化に応じて複素誘電率が変化する材料を媒質ＳＨとしてナノ微粒子の周囲に配置し、これを記録用材料ＭＴとする。このとき本発明では、第１の状態においては局所プラズモン共鳴の生じる度合いが大きく、第２の状態においては局所プラズモン共鳴の生じる度合いが小さくなるように、媒質ＳＨを選定する。
【００５０】
図２（Ｂ）に示すように、この記録用材料ＭＴでは、第１の状態でなる媒質ＳＨ（以下、これを媒質ＳＨ１と呼ぶ）に対して例えば情報記録用の記録用光ビームＬＷが照射されると、ナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ１との界面で局所プラズモン共鳴を生じる。
【００５１】
このとき記録用材料ＭＴは、ナノ微粒子ＮＰの外側近傍において、非常に強い近接場光ＬＮを発生させる。これにより図２（Ｃ）に示すように、記録用材料ＭＴは、非常に短時間で媒質ＳＨを例えば第１の状態とは誘電率ε２の異なる第２の状態（以下、これを媒質ＳＨ２と呼ぶ）へ変化させることができる。
【００５２】
すなわち記録用材料ＭＴでは、媒質ＳＨの状態を変化させることにより、記録用光ビームＬＷに応じて情報を記録することが可能となる。また局所プラズモン共鳴を利用することにより、比較的小さな光エネルギーで情報を記録することができる。
【００５３】
また図３（Ａ）に示すように、媒質ＳＨが第１状態でなる記録用材料ＭＴは、情報読出用の読出光ビームＬＲが照射されると、複素誘電率ε２との関係によりナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ１との界面で局所プラズモン共鳴を大きく生じさせる。このとき記録用材料ＭＴは、ナノ微粒子ＮＰの外側近傍において非常に強い近接場光ＬＮを発生させると共に、強度の大きな散乱光ＬＳをも発生させる。
【００５４】
この散乱光ＬＳは遠くまで伝播するため、散乱光ＬＳの一部を戻り光として受光することが可能である。すなわち記録用材料ＭＴは、媒質ＳＨが第１の状態にあるときには、度合いの大きな局所プラズモン共鳴による比較的強度の大きな散乱光ＬＳを戻り光として受光させることができる。
【００５５】
一方図３（Ｂ）に示すように、媒質ＳＨが第２状態でなる記録用材料ＭＴでは、読出光ビームＬＲが照射されると、複素誘電率ε２との関係によりナノ微粒子ＮＰと媒質ＳＨ２との界面で局所プラズモン共鳴を小さく生じさせ、強度の小さな散乱光ＬＳのみを発生することになる。このため記録用材料ＭＴでは、媒質ＳＨが第２の状態にあるときには、度合いの小さな局所プラズモン共鳴による強度の小さな散乱光ＬＳを戻り光として受光させることができる。
【００５６】
すなわち記録用材料ＭＴでは、散乱光ビームＬＳａの受光量から記録用材料ＭＴにおける媒質ＳＨの状態（すなわち第１の状態であるか第２の状態であるか）を検出することが可能となる。
【００５７】
このように記録用材料ＭＴでは、ナノ微粒子ＮＰを媒質ＳＨで包むと共に、媒質ＳＨの状態を変化させて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより、記録用材料ＭＴに情報を記録及び再生することが可能となる。
【００５８】
（２）記録用材料の構成
図４に示すように、記録用材料１は、ナノ微粒子２が媒質３によって囲まれた構成でなる。この記録用材料１は、例えば図４（Ａ）に示すように、媒質３の中にナノ微粒子２が埋め込まれるようにしても良い。
【００５９】
また記録用材料１は、図４（Ｂ）に示すように、ナノ微粒子２を中心核、媒質３を外殻とする粒子状に形成されるようにしても良い。以下、この粒子状に形成された記録用材料１を記録用粒子１Ｓと呼ぶ。
【００６０】
ナノ微粒子２の材質としては特に限定されないが、大きな分極を生じ易い材質であることが好ましく、特に金属であることが好ましい。さらにナノ微粒子２としては、可視光領域の光に応じて局所プラズモン共鳴を生じることが知られているＰｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ又はＣｕであることが好ましく、局所プラズモン共鳴の度合いが大きいとされるＡｇ又はＡｕが特に好ましい。
【００６１】
またナノ微粒子２は、その直径Ｄ２が１［ｎｍ］以上でなることが好ましい。ナノ微粒子２の直径Ｄ２が１［ｎｍ］未満になると、粒子としての安定性が得られないためである。またナノ微粒子２は、その直径Ｄ２が５０［ｎｍ］以下でなることが好ましい。直径Ｄ２が５０［ｎｍ］を超えると、局所プラズモン共鳴の度合いが低下するからである。さらにナノ微粒子２は、記憶密度の観点からその直径Ｄ２が２０［ｎｍ］以下、さらには１５［ｎｍ］以下でなることが好ましい。
【００６２】
また媒質３は、所定の強度以上でなる光に応じてその状態を変化させ、複素誘電率ε２を変化させる材料でなる。この状態の変化としては、例えば結晶状態と非晶状態とを変化させる相変化や、光に応じて酸化を引き起こす酸化などが挙げられる。すなわち媒質３の材質としては、酸化材料や相変化材料であることが好ましく、特に相変化材料であることが好ましい。既にＢＤ−ＲＥ等で採用されているからである。
【００６３】
また媒質３として可逆的な状態変化を引き起こす相変化材料を用いることにより、情報を何度も書き換え可能にすることができる。この場合、記録用材料１における媒質３を第１の温度まで上昇させるよう加熱することにより当該媒質３を結晶状態にし、当該第１の温度よりも低い第２の温度まで加熱することにより当該媒質３を非晶状態にすることができる。
【００６４】
さらに非晶状態において局所プラズモン共鳴の度合いが小さくなるように媒質３を選定することが好ましい。相変化材料では、非晶状態においてその自由エネルギーが結晶状態よりも高く、結晶状態と比較して不安定な状態となるが、情報の再生の際に非晶状態でなる記録用材料１において温度が上昇することを抑制することができ、再生回数を向上させ得るからである。
【００６５】
媒質３の材質としては特に限定されないが、分極を生じる誘電体材料、半導体材料、半金属材料及び金属材料などの無機材料であることが好ましく、さらに少なくともその一部に半導体材料を含有することが好ましい。また媒質３は、複数種類の無機材料が組み合わされることが特に好ましい。組成を変更することにより複素誘電率ε２の変化量などを調製し易いからである。この無機材料としては、例えばＧｅ、Ｓｂ及びＴｅなどの半導体材料及び半金属材料や、Ａｇなどの金属材料が適宜組み合わされることが好ましい。
【００６６】
媒質３の表面までの厚さＴ３は、１［ｎｍ］以上でなることが好ましい。１［ｎｍ］未満となると、ナノ微粒子２に対し媒質３としての特性を十分に発揮できないからである。また媒質３の厚さＴ３は、５０［ｎｍ］未満でなることが好ましい。厚さＴ３が５０［ｎｍ］以上になると、近接場光が媒質３の表面まで十分に到達しなくなるからである。さらに媒質３の厚さＴ３は、２０［ｎｍ］以下、さらに好ましくは１０［ｎｍ］以下でなることが好ましい。散乱光ビームＬＳａを極力吸収しないようにするためである。
【００６７】
またナノ微粒子２と一の状態でなる媒質３とにおける（２）式の左辺の値と、ナノ微粒子２と他の状態でなる媒質３とにおける（２）式の左辺の値とが相違することが必要となる。局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるためである。さらにはナノ微粒子２と一の状態でなる媒質３とにおいて（２）式を満たすことが好ましい。図５に、直径が６０［ｎｍ］でなるＡｇ粒子における局所プラズモン共鳴に対する媒質３の誘電率（実数部及び虚数部）の影響を示すグラフを示している。実数部のグラフである図５（Ａ）に示すように、左辺の値における実数部が１以下であれば、電界強度が２０［Ｖ／ｍ］以上となり、０．５以下であれば、電界強度が４００［Ｖ／ｍ］以上となることから、（２）式における左辺の値の実数部が１以下、より好ましくは０．５以下であることが好ましい。また虚数部のグラフである図５（Ｂ）に示すように、左辺の値における虚数部が０．６以下、より好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．０５以下であることが好ましい。一方、ナノ微粒子２と他の状態でなる媒質３とにおいて（２）式を満たさない（すなわち（２）式の左辺の値における実数部が１より大きく、（２）式の左辺の値における値虚数部が０．４より大きい）ことが好ましい。なお、ナノ微粒子２によってのみ決定される（３）式の左辺の値は、０．５以下、より好ましくは０．３以下であることが好ましい。局所プラズモン共鳴の度合いに影響するからである。
【００６８】
これにより記録用材料１が一の状態では局所プラズモン共鳴を大きく生じる一方、他の状態では局所プラズモン共鳴を殆ど生じないことになり、記録用材料１における媒質３の状態に応じて戻り散乱光ビームＬＳａの光量を大きく変化させることが可能となる。
【００６９】
また記録用材料を図４（Ｂ）に示したような記録用粒子１Ｓとして構成する場合、当該記録用粒子１Ｓの直径Ｄ１は３［ｎｍ］以上であることが好ましい。記録用粒子１Ｓとしての特性を維持するためである。また記録用粒子１Ｓの直径Ｄ１は、記憶密度の観点から５２［ｎｍ］以下、さらには２０［ｎｍ］以下であることが好ましい。
【００７０】
具体的に、この記録用粒子１Ｓは、例えば以下のように作製される。例えばナノ微粒子２としてＡｇを用いた場合、硝酸銀（ＡｇＮＯ３）をエタノール溶液又は水溶液とし、アルカンチオール誘導体、還元剤としてのＮａＢＨ４を加え攪拌することにより、銀粒子を所定のサイズまで凝集させる。
【００７１】
媒質３として例えばＧｅＳｂＴｅを使用する場合、銀粒子を含有するエタノール溶液又は水溶液に対して、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含むエタノール溶液又は水溶液を混合し、例えば０［℃］において所定時間に亘って攪拌する。また、硝酸銀溶液に対してＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含む化合物を直接添加したり、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含むエタノール溶液又は水溶液に対して凝集させた銀粒子を添加することも可能である。この後、水又はエタノールを蒸発させることにより、記録用粒子１Ｓを得ることができる。
【００７２】
なおＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの濃度を変更することによりＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの比率を適宜変更することができる。また攪拌時間を変更することにより、ナノ微粒子２としての銀粒子の直径及び媒質３としてのＧｅＳｂＴｅの厚さを適宜変更することが可能である。また記録用粒子１Ｓは、これ以外にも種々の方法により作製することが可能である。
【００７３】
（３）実施例
次に、実施例について説明する。本実施例においては、図６に示すような記録用粒子１Ｓの散乱光強度について、シミュレーションを行った。なお記録用粒子１Ｓにおいて、ナノ微粒子２としてＡｇを用い、媒質３として相変化材料でなるＧｅＳｂＴｅ（組成比２：２：５）を用いた。本実施例において、この記録用粒子１ＳをサンプルＳＳ１とし、当該サンプル１におけるナノ微粒子２をＡｇ中心核２Ｓ、媒質３をＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓと呼ぶ。
【００７４】
図７に波長と散乱光強度との関係を示している。この図７では、有限差分時間領域法（Finite Differential Time Domain Method）を用いて計算した結果を示している。なお図７の計算に用いたサンプルＳＳ１は、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２が１５［ｎｍ］であり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が２．５［ｎｍ］、サンプルＳＳ１としての直径Ｄ１が２０［ｎｍ］である。
【００７５】
曲線Ｃ１は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＡｇの散乱光強度を示したものであり、波長λが３５０［ｎｍ］付近で局所プラズモン共鳴が生じ、強度の大きい散乱光が生じていることがわかる。
【００７６】
曲線Ｃ２は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＧｅＳｂＴｅの結晶状態における散乱光強度を示している。２８０［ｎｍ］近傍での散乱光強度が最も大きいものの、その強度はさほど大きくないといえる。
【００７７】
曲線Ｃ３は、直径が２０［ｎｍ］でなるナノ微粒子単体としてのＧｅＳｂＴｅの非晶状態における散乱光強度を示している。２８０［ｎｍ］近傍での散乱光強度が最も大きいものの、その強度は非常に小さい。
【００７８】
曲線Ｃ２及びＣ３から、ＧｅＳｂＴｅ単体のナノ微粒子では、結晶状態における散乱光強度が最大となる場合であっても、その強度は小さく、十分な戻り光が得られないことが示唆された。また結晶状態と非晶状態との差も小さく、散乱光ＬＳからこれらの差を検出することは困難といえる。
【００７９】
曲線Ｃ４は、サンプルＳＳ１においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが結晶状態であるとき（以下、これを結晶状態サンプルＳＳ１ａと呼ぶ）の散乱光強度を示している。結晶状態サンプルＳＳ１ａでは、２４０［ｎｍ］付近で非常に大きな散乱光強度を示しており、当該２４０［ｎｍ］付近で大きな局所プラズモン共鳴を生じていることがわかる。また結晶状態サンプルＳＳ１ａでは、波長λが２２０［ｎｍ］付近から３６０［ｎｍ］付近までの間、比較的高い散乱光強度を示している。
【００８０】
曲線Ｃ５は、サンプルＳＳ１においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが非晶状態であるとき（以下、これを非晶状態サンプルＳＳ１ｂと呼ぶ）の散乱光強度を示している。非晶状態サンプルＳＳ１ｂでは、結晶状態サンプルＳＳ１ａと同様、２４０［ｎｍ］付近にピークを有しているものの、その散乱光強度は非常に小さい。このことから非晶状態サンプルＳＳ１ｂでは、２４０［ｎｍ］付近で局所プラズモン共鳴を生じているものの、その度合いが非常に小さいものであるということがわかる。
【００８１】
これらの結果から、サンプルＳＳ１に対して例えば２４０［ｎｍ］でなる入射光（すなわち記録用光ビームＬＷ又は読出光ビームＬＲ）を照射することにより、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態に応じて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることができることがわかる。すなわち、サンプルＳＳ１を用いて、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態を変化させて局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録及び再生し得ることが確認された。
【００８２】
なお波長λが２４０［ｎｍ］のときの結晶状態サンプルＳＳ１ａにおけるＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの複素誘電率ε２は、１．３１５−０．５１７４ｉであり、局所プラズモン共鳴の条件である（２）式を満たしている。一方非晶状態サンプルＳＳ１ｂにおけるＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの複素誘電率ε２は、５．０６４−１．１５７ｉであり、（２）式を満たしていない。このことは、図８において結晶状態サンプルＳＳ１ａの散乱光強度に大きなピークがみられたのに対し、非晶状態サンプルＳＳ１ｂにおいて大きなピークがみられなかったことと整合する。
【００８３】
次に、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３を２．５［ｎｍ］に固定し、Ａｇ中心核の直径Ｄ２を変化させたサンプルＳＳ１に対し、波長λが３６０［ｎｍ］でなる入射光を照射したときの電界増強度を算出し、図８に示した。なお電界増強度とは、入射光の強度（すなわち電界）に対して、微粒子表面（すなわちサンプルＳＳ１の表面）の電界がどの程度増強されるかを示すものである。図８では縦軸の横軸との交点の値はゼロであり、単純に電界の増大の度合い、すなわち局所プラズモン共鳴の生じた度合いを示している。
【００８４】
Ａｇ中心核２Ｓは、その直径Ｄ２が０［ｎｍ］から大きくなるにつれて電界増強度も大きくなり、５０［ｎｍ］のときに電界増強度がほぼ最大値をとる。またＡｇ中心核２Ｓは、直径Ｄ２が小さい方が記録密度を向上させ得るため、直径Ｄ２が５０［ｎｍ］以下であることが好ましい。記録密度の観点からは、さらに直径Ｄ２が小さい方が好ましく、例えば１［Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ］以上の記録密度を達成するためには、直径Ｄ２を１８［ｎｍ］以下、さらには１５［ｎｍ］以下にすることが好ましい。
【００８５】
次に、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２を１５［ｎｍ］に固定し、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３を変化させたサンプルＳＳ１に対し、波長λが３６０［ｎｍ］でなる入射光を照射したときの電界増強度を算出し、図９に示した。
【００８６】
曲線Ｃ１１は、Ａｇ中心核２ＳとＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓとの界面における電界増強度、すなわち局所プラズモン共鳴の度合いを表している。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、電界増強度が増大している。これは、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が厚くなるに従って当該ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓが媒質としての特性を発揮するためであると考えられる。
【００８７】
曲線Ｃ１２は、サンプルＳＳ１の表面、すなわちＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの空気との界面における電界増強度を示している。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、徐々に電界増強度が低下している。これはＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなるに従って、局所プラズモン共鳴の生じるＡｇ中心核２ＳとＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓとの界面からの距離が遠くなるためである。
【００８８】
すなわちＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が大きくなれば局所プラズモン共鳴の度合いが大きくなるものの、サンプルＳＳ１の表面における電場は逆に小さくなり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの結晶状態を十分に変化させ得なくなる可能性が生じることがわかる。一般的に非常に強い近接場光の範囲は、ナノ微粒子２の半径程度とされていることから、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３はその２倍、すなわちナノ微粒子２の直径Ｄ２程度に抑制することが好ましい。実際上図９では、Ａｇ中心核２Ｓが１５［ｎｍ］でなることから、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が１５［ｎｍ］以上になると、電界増強度が急激に低下している。
【００８９】
なお図８及び図９では、結晶状態サンプルＳＳ１ａと非晶状態サンプルＳＳ１ｂとで、電界増強度の値は異なるもののほぼ相似形の曲線を得ることができた。すなわち上述した結果は、結晶状態サンプルＳＳ１ａと非晶状態サンプルＳＳ１ｂの双方に当て嵌まるものである。
【００９０】
図１０に、入射光の波長λが４００［ｎｍ］の場合の分極αを示している。なお図１０の計算に用いたサンプルＳＳ１は、Ａｇ中心核２Ｓの直径Ｄ２が１５［ｎｍ］であり、ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓの厚さＴ３が２．５［ｎｍ］、サンプルＳＳ１としての直径Ｄ１が２０［ｎｍ］である。またＡｇ中心核２Ｓの複素屈折率はｎ＝０．１７３、ｋ＝１．９５として計算した。
【００９１】
図１０からわかるように、波長λが４００［ｎｍ］でなる入射光に対して局所プラズモン共鳴を生じるためには、媒質３の複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０となる。ＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓは、結晶状態でその複素屈折率がｎ＝２．０、ｋ＝３．０であり、非晶状態でその複素屈折率がｎ＝３．０、ｋ＝２．０であり、上記条件とはかなり離隔している。
【００９２】
言い換えると、結晶状態又は非晶状態のいずれか一方で複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０の近傍の値をとるような相変化材料を選定することにより、波長λが４００［ｎｍ］の入射光を記録光ビームＬＷ及び読出光ビームＬＲとして使用することが可能となることがわかる。
【００９３】
なお図１０においてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓは、結晶状態のとき、非晶状態と比して分極αが高い領域の近傍に位置しており、この差が図７の散乱光強度における差異につながったものと考えられる。
【００９４】
このように、ナノ微粒子２としてＡｇ中心核２Ｓを、媒質３としてＧｅＳｂＴｅ殻３Ｓを用いることにより、特に２４０［ｎｍ］近傍で局所プラズモン共鳴の度合いを大きく変化させ得ることが確認された。また、媒質３の複素屈折率を結晶状態又は非晶状態のいずれか一方においてその複素屈折率がｎ＝１．５、ｋ＝０の近傍となるような材料を選定することにより、入射光の波長λを４００［ｎｍ］に設定することが可能となることが確認された。
【００９５】
（４）光情報記録媒体の構成
光情報記録媒体１００は、全体として従来のＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤと同様に直径約１２０［ｍｍ］の円盤状に構成されており、中央部分に孔部１００Ｈが形成されている。なお光情報記録媒体１００の形状に制限はなく、矩形状や多角形状であっても良い。また必ずしも孔部１００Ｈを有する必要はない。
【００９６】
また光情報記録媒体１００は、図１１（Ａ）に断面図を示すように、基板１０２上に情報を記録するための記録層１０１が形成されることにより構成されている。因みに基板１０２の厚さは、０．０５［ｍｍ］〜１．２０［ｍｍ］の範囲内で適宜選定される。
【００９７】
基板１０２は、光情報記録媒体１００としての物理的強度を維持するため、１種類又は２種類以上でなる硬質の材料が用いられる。基板１０２は、例えばポリカーボネイトやポリメチルメタクリレートのようなや樹脂材料や、ガラスやセラミック等の無機材料により構成されている。基板１０２は、透過率が低い材料を用いることも可能であるが、透過率の高い材料を用いることが好ましい。散乱光ビームＬＳａ以外の余分な光が反射されて戻り光と共に受光されるのを防止するためである。
【００９８】
なお光情報記録媒体１００がＤＶＤやＢＤなどと同様に交換可能なメディアとして使用される場合には、大量生産の容易な樹脂材料が好適に用いられる。一方光情報記録媒体１００がハードディスクなどと同様にドライブに固定されたメディアとして使用される場合には、精度が高く周囲環境の影響を受けにくい無機材料が好適に用いられる。
【００９９】
この基板１０２と記録層１０１の界面には、入射光として使用される光ビームの波長に対して無反射となるような多層無機層（例えば、Ｎｂ２Ｏ２／ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の４層）のＡＲ（AntiReflection coating）処理を施しても良い。散乱光ビームＬＳａ以外の光が戻り光と共に受光されるのを防止するためである。
【０１００】
また図１１（Ｂ）に示すように、記録層１０１上に当該記録層１０１を保護するための保護層１０３を設けても良い。この保護層１０３としては、例えば傷の付きにくいハードコート層などがスパッタリングや蒸着、スピンコートなどによって設けられる。
【０１０１】
保護層１０３は、その厚みが１０［ｎｍ］以下、より好ましくは５［ｎｍ］以下でなることが好ましい。プラズモンアンテナ（詳しくは後述する）から入射される近接場光を記録層１０１に到達させるためである。因みに保護層１０３の代り又は保護層１０３上に、摺動性を向上させるための潤滑層を設けても良い。この潤滑層としては、シリコン化合物又はフッ素化合物などが使用される。
【０１０２】
記録層１０１は、基板１０２上に記録用材料１が配置されることにより形成されている。すなわちナノ微粒子２が媒質３によって包囲されていれば良く、媒質３の内部にナノ微粒子２が埋め込まれていても良く、また記録用粒子１Ｓとして配置されていても良い。記録層１０１には、例えば同心円又は螺旋状にトラックＴＲが形成され、当該トラックＴＲに沿って情報が記録される。このトラックＴＲは、例えばＤＶＤ及びＢＤのように凹凸でなるランド及びグルーブが形成されても良く、またハードディスクのようにその表面が平坦でも良い。
【０１０３】
また記録層１０１において、ナノ微粒子２は、図１２（Ａ）に示すように、トラックＴＲにのみ配置されていても良く、また記録層１０１の全面に（すなわちトラックＴＲ以外の箇所にも）敷き詰めるように配置されていても良い。
【０１０４】
図１２（Ｂ）に示すように、記録用粒子１Ｓを記録層１０１の全面に敷き詰めることによりナノ微粒子２を記録層１０１の全面に敷き詰めることができる。例えばＬＢ（Langmuir Blodgett）トラフを用いるＬＢ法により行うことができる。すなわちＬＢトラフの水面上にクロロホルム溶媒の記録用粒子１Ｓを滴下し、クロロホルムが蒸発した後、水面上に残った記録用粒子１Ｓを一定速度で動くバリアで圧縮し、水素終端した基板１０２を引き上げることで転写する。これにより図１３（Ａ）に示したように基板１０２上に記録用粒子１Ｓが敷き詰められる。
【０１０５】
この場合記録層１０１においては、例えば１つの記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良く、また複数の記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良い。この記録層１０１では、例えば製造時における初期化によりアドレス情報などが記載されることにより初めて情報が記録されるべきトラックＴＲが形成されることになる。
【０１０６】
また図１３（Ｂ）に示すように、媒質３の内部にナノ微粒子２が埋め込まれるようにして形成されても良い。
【０１０７】
次に記録用粒子１ＳをトラックＴＲ上にのみ配列させることによりナノ微粒子２をトラックＴＲ上に配置する場合について説明する。基板１０２上に電子線露光及びリソグラフィーを用いたナノインプリンティング法などによって予め凹みを形成しておき、記録用粒子１Ｓを分散した水溶液中に含浸させ、当該基板１０２をゆっくりと引き上げる。これにより図１３（Ｃ）に示すように、凹み上に記録用粒子１Ｓが配列される。なおこの手法は、特許文献２に記載されている。因みにこの方法を用いて記録用粒子１Ｓを記録層１０１の全面に敷き詰めることももちろん可能である。
【特許文献２】特開２００５−１３８０１１公報
【０１０８】
この場合、図１４（Ａ）に示すように、１つのトラックＴＲに対して１列の記録用粒子１Ｓが配列されるようにしても良い。このとき１つの記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良く、また複数の記録用粒子１Ｓに対して１ビットの情報を記録しても良い。また図１４（Ｂ）に示すように、１つのトラックＴＲに対して複数列の記録用粒子１Ｓが配列されるようにしても良い。
【０１０９】
また図１５に示すように、記録用粒子１Ｓ間が互いに離隔して配列されるようにしても良い。このとき各記録用粒子１Ｓが光情報記録媒体１００の半径方向であるラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向（すなわちトラックの走査方向）に所定間隔ＳＰずつ離隔して配置されることが好ましい。これにより記録用粒子１Ｓ間によるクロストークを抑制することが可能となる。
【０１１０】
なおこのときのトラックピッチＴＰは、特に制限はないが、クロストークを効果的に防止し得、かつ記録密度を大きく低減させないように例えば記録用粒子１Ｓの１．２倍以上３．０倍以下に設定されることが好ましい。またタンジェンシャル方向の間隔ＳＰについても同様である。
【０１１１】
またトラックＴＲ上にナノ微粒子２を配置させる方法について説明する。例えばナノインプリンティング法を用いたエッチングなどにより基板１０２上に凹みを形成した後、スパッタリングにより媒質３の層を形成する。この結果基板１０２の表面は凹みを有したまま媒質３によって覆われる。次いで同様の引き上げ法により凹み上にナノ微粒子２を配置し、再度スパッタリングにより媒質３の層を形成する。この結果、図１３（Ｄ）に示すように、ナノ微粒子２が媒質３によって包囲された状態で当該ナノ微粒子２をトラックＴＲ上にのみ配列させることが可能となる。因みにこの方法では、凹みのパターンを変更することにより、ナノ微粒子２を記録層１０１の全面に敷き詰めることも可能である。
【０１１２】
なお記録層１０１の製造方法については、これらに限定されるものではなく、その他種々の方法を用いて記録層１０１を作製することが可能である。
【０１１３】
このように光情報記録媒体１００は、ナノ微粒子２が媒質３によって包囲された状態でなる記録層１０１を基板１０２上に形成することができる。このとき光情報記録媒体１００は、予めナノ微粒子２を媒質３によって包囲してなる記録用粒子１Ｓを基板１０２上に配列させることにより、その製造工程を比較的簡易にし得るようになされている。
【０１１４】
（５）情報の記録及び再生
（５−１）光情報記録再生装置の構成
図３において、２０は全体として光情報記録装置を示している。この光ディスクドライブ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される制御部２１によって統括制御されている。
【０１１５】
なお説明の便宜上、記録用粒子１Ｓが基板１０２上に配列されることにより記録層１０１を構成する光情報記録媒体１００に対して情報を記録及び再生する場合について説明する。
【０１１６】
制御部２１は、ＲＯＭに格納されている基本プログラムや情報記録再生プログラム等をＲＡＭに展開することによって、これらのプログラムに基づいて光情報記録媒体１００に対する再生処理及び記録処理を実行するようになされている。
【０１１７】
制御部２１は、再生処理の際、光情報記録媒体１００から読み出すデータを特定するためのアドレス情報と共に、データ読出命令を駆動制御部２２へ送出する。
【０１１８】
駆動制御部２２は、制御部２１からのデータ読出命令に応じて、スピンドルモータ２４を制御することにより光情報記録媒体１００を所定の回転速度で回転させると共に、データ読出命令及びアドレス情報を基にスレッドモータ２５を制御することにより、光ピックアップ３０を当該光情報記録媒体１００の径方向に移動させる。
【０１１９】
そして制御部２１は、光情報記録媒体１００の情報記録層におけるアドレス情報に応じたトラックに対し、光ピックアップ３０の記録再生光源３１から所定の波長λでなる読出用光ビームＬＲを発射させ、スポット形成部４０によって読出光ビームＬＲを集光して光情報記録媒体１００に照射する。
【０１２０】
すなわち図１７に示すように、光ピックアップ３０の記録再生光源３１は、再生処理に応じた光量で読出光ビームＬＲを出射し、コリメータレンズ３２へ入射する。コリメータレンズ３２は、発散光として入射された光ビームを平行光に変換し、ビームスプリッタ３３へ入射する。
【０１２１】
ビームスプリッタ３３は、入射された光ビームの大部分をそのまま透過させ、スポット形成部４０に入射する。そしてスポット形成部４０は、読出光ビームＬＲを集光し光情報記録媒体１００に照射する。
【０１２２】
またスポット形成部４０は、読出光ビームＬＲに応じて光情報記録媒体１００から戻る戻り散乱光ビームＬＳａを受光し、ビームスプリッタ３３に入射させる。
【０１２３】
ビームスプリッタ３３は入射された戻り散乱光ビームＬＳａを反射し、その方向を９０[°]変化させ、集光レンズ３５を介して受光素子３６に入射する。そして、受光素子３６は戻り散乱光ビームＬＳａビームを光電変換して受光信号を生成し、当該検出信号を信号処理部２３（図１６）へ供給する。
【０１２４】
信号処理部２３は、受光信号を基に、当該受光信号を基に戻り散乱光ビームＬＳａの和光量を表す再生ＲＦ信号を生成し、外部機器（図示せず）へ送出する。
【０１２５】
このとき駆動制御部２３は、対物レンズ３７を光ディスクの径方向であるトラッキング方向及び当該光ディスクに近接する又は離隔するフォーカス方向の２方向へ駆動させることにより、読出光ビームＬＲの焦点を光情報記録媒体１００の所望のトラックに合致させる。
【０１２６】
また制御部２１は、記録処理の際、光ディスク１００の情報記録層にデータを記録する箇所を指定するためのアドレス情報と共に、データ書込命令を駆動制御部２２へ送出する。駆動制御部２２は、供給されたアドレス情報に基づき光ピックアップ３０の位置を制御する。
【０１２７】
さらに制御部２１は、外部機器（図示せず）等から入力された書込データに基づいて光ピックアップ３０を制御し、光ディスク１００の記録層１０１におけるアドレス情報に応じたトラックに記録光ビームＬＷの焦点を合わせ、データの記録に適した強度に調整された記録光ビームＬＷを照射することにより、書込データを当該光情報記録媒体１００に記録していく。
【０１２８】
このように光ディスクドライブ２０では、光情報記録媒体１００に対する情報の再生及び記録処理を行うようになされている。
【０１２９】
（５−２）スポット形成部
次に、スポット形成部４０について説明する。
【０１３０】
図１８（Ａ）に示すように、光ピックアップ３０は、光情報記録媒体１００の入射面に対して平行に配置されたガイド軸２５Ａ及び２５Ｂに沿って移動する。光ピックアップ３０は、スポット形成部４０を光情報記録媒体１００の入射面に対向させるようレンズ保持部４５を配置させており、当該スポット形成部４０と光情報記録媒体１００とのギャップが例えば２０［ｎｍ］未満になるように設定されている。
【０１３１】
図１８（Ｂ）に示すように、レンズ保持部４５は、トラッキング方向に対して直交する方向に平行な４本の支持ワイヤ３４Ａによって光ピックアップ３０に取り付けられている。レンズ保持４１は、その外側にボイスコイルモータ４３Ｂが取り付られており、当該ボイスコイルモータ４３Ｂをマグネット３４Ｃと対向させている。そしてレンズ保持部４５は、ボイスコイルモータ３４Ｂに流れる電流に応じてマグネット３４との間で発生する推力によってトラッキング方向及びフォーカス方向に駆動されるようになされている。
【０１３２】
図１９に示すように、スポット形成部４０は、集光レンズ４１と、ソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersion Lens）４２と、プラズモンアンテナ４３とから構成されている。
【０１３３】
集光レンズ４１は、例えばガラスやプラスチックなどの光学材料をモールド成型した非球面レンズでなる。集光レンズ４１は、入射光（読出光ビームＬＲ及び記録光ビームＬＷ）を集光し、ソリッドイマージョンレンズ４２に入射する。
【０１３４】
ソリッドイマージョンレンズ４２は、高屈折率（例えばｎ＝１．９２）の球体の一部を平坦化した半球状又は超半球状のレンズでなる。ソリッドイマージョンレンズ４２は、屈折率に応じて入射光を集光レンズ４１よりも大きい開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）で集光する。
【０１３５】
集光された入射光は、ソリッドイマージョンレンズ４２の先端で集光点を結ぶ。この集光点にはプラズモンアンテナ４３が配置されている。図１９（Ｂ）に示すようにプラズモンアンテナ４３は、例えば三角形状のＡｕでなる２つの金属板４３ａによって構成されており、その先端４３ａｔで局所プラズモン共鳴を励起するようになされている。
【０１３６】
ここで入射光のスポットサイズは、金属板４３ａのギャップＧＰに比例する。従ってギャップＧＰは、記録マークのサイズ応じて決定されることになる。例えば直径Ｄ１が約２０［ｎｍ］でなる記録用粒子１Ｓを用い、１粒子を１ビットとして情報の記録を行う場合、このギャップＧＰは当該直径Ｄ１とほぼ同じ約２０［ｎｍ］に設定される。
【０１３７】
このプラズモンアンテナ４３は、金属板４３ａの先端４３ａｔにおける電場を増強し、近接場光ＬＷｎを発生させる。
【０１３８】
例えば図２０に示すように光情報記録媒体１００に対して情報を記録する際、プラズモンアンテナ４３は、入射光である記録光ビームＬＷに応じて近接場光ＬＷｎを発生する。なお図では、近接場光ＬＷｎを電場として表している。
【０１３９】
記録用粒子１Ｓは、ナノ微粒子２が当該近接場光ＬＷｎと結合し、局所プラズモン共鳴を生じる。この結果記録用粒子１Ｓは、近接場光ＬＷｎの電場をさらに増強してなる増強近接場光ＬＮｓを発生させる。これにより記録用粒子１Ｓは、効果的に媒質３の温度を上昇させることができ、迅速に媒質３の状態を変化させることができる。
【０１４０】
なお媒質３が相変化材料であった場合には、例えば記録用粒子１Ｓが結晶か温度に達するのに十分な初期化光ビームを照射し徐冷することにより、全ての記録用粒子１Ｓの媒質３を結晶化（すなわち初期化）させておく。その上で記録時には、非晶化させたい記録用粒子１Ｓに対して記録光ビームＬＷを照射する。このとき記録光ビームＬＷの光強度を初期化光ビームよりも小さくしておくことにより、記録用粒子１Ｓの媒質３を非安定状態に留め、非晶化することができる。これら一連の操作により、記録用粒子１Ｓの結晶／非晶状態を変化させることができ、情報を記録することができる。
【０１４１】
また図２１（Ａ）に示すように光情報記録媒体１００に記録された情報を再生する際、プラズモンアンテナ４３は、記録用粒子１Ｓに対し、入射光である再生光ビームＬＲに応じて近接場光ＬＲｎを発生する。
【０１４２】
このとき記録用粒子１Ｓは、媒質３が局所プラズモン共鳴の度合いが大きい第１の状態である場合には、ナノ微粒子２が近接場光ＬＲｎと結合して局所プラズモン共鳴を生じることにより当該の電場をさらに増強して増強近接場光ＬＮｓを発生させる。このとき記録用粒子１Ｓは、図７を用いて説明したように強度の大きな散乱光ＬＳを発生する。この散乱光ＬＳは、強度の大きい近接場光ＬＲｎに応じて発生されることから、その光強度が非常に大きくなる。
【０１４３】
ここでスポット形成部４０は、１以上でなる大きな開口数で入射光を集光している。このためスポット形成部４０に向かって発生される散乱光ＬＳのうち、開口数に応じた広い角度でなる部分を戻り散乱光ビームＬＳａとして受光することができる。
【０１４４】
この結果光ピックアップ３０（図１７）では、強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを受光素子３６によって受光することが可能となる。
【０１４５】
一方図２１（Ｂ）に示すように、記録用粒子１Ｓは、媒質３が局所プラズモン共鳴の度合いが小さい第２の状態である場合には、ナノ微粒子２が近接場光ＬＲｎと結合するものの局所プラズモン共鳴の度合いが小さいため、比較的小さな強度でなる散乱光ＬＳを発生する。
【０１４６】
この結果光ピックアップ３０は、受光素子３６によって強度の小さな戻り散乱光ビームＬＳａを受光することになる。このとき光ピックアップ３０は、第１の状態のときと比較すると小さいものの、記録用粒子１Ｓの表面によって反射された反射光よりも強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを受光することができる。
【０１４７】
光情報記録再生装置２０は、受光素子３６における戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて再生信号を生成することにより、強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて情報の再生を行うことができる。
【０１４８】
このとき光情報記録再生装置２０は、記録された情報に応じて強度差の大きな戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて再生信号を生成できるため、記録された情報を高い精度で再生し得るようになされている。
【０１４９】
（６）動作及び効果
以上の構成において、光情報記録媒体１００における記録層１０１は、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２が、光としての記録光ビームＬＷに基づく近接場光ＬＷｎの照射に応じて複素誘電率ε２を変化させる媒質３に包囲された状態で配置されている。また光情報記録媒体１００は、媒質３の複素誘電率ε２の変化に応じてナノ微粒子２が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるようにした。
【０１５０】
これにより記録層１０１は、複素誘電率ε２の差異によって情報を記録できると共に、当該複素誘電率ε２の差異に基づいて変化する局所プラズモン共鳴の度合いによって情報を再生することができる。この結果記録層１０１は、局所プラズモン共鳴によって発生される強度の大きい戻り散乱光ビームＬＳａに基づいて情報を再生させることができる。
【０１５１】
また記録層１０１は、ナノ微粒子２を媒質３によって包んだ記録用粒子１Ｓが配列されることにより構成されている。これにより記録層１０１は、ナノ微粒子２に対する媒質３の厚さを均一にすることができ、同条件において生じる局所プラズモン共鳴の度合いをナノ微粒子２ごとに均一にすることができる。
【０１５２】
ここで図８を用いて上述したように、ナノ微粒子２の直径Ｄ２が５０［ｎｍ］のときに電界増強度、すなわち局所プラズモン共鳴の度合いが最大となり、直径Ｄ２が小さくなるにつれて徐々に低下する。ここで例えば記録密度［１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２］を達成するためには、１ビット当たりに使用できる面積を２５［ｎｍ］×２５［ｎｍ］程度にする必要があると考えられる。
【０１５３】
さらに記録層１０１は、記録用粒子１Ｓの１粒子が１ビットの情報を表すようにしたため、複数の記録用粒子１Ｓによって１ビットの情報を表す場合と比較して、ナノ微粒子２の直径Ｄ２を極力大きく設定することができ、効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１５４】
また記録層１０１は、記録用粒子１Ｓが、情報が記録されるべきトラックＴＲにのみ配列されているようにした。これにより記録層１０１は、記録用粒子１Ｓの使用数を最小限に抑制することができる。
【０１５５】
さらに記録層１０１は、記録用粒子１Ｓを、記録用粒子１Ｓをラジアル方向ではトラックピッチＴＰごとに、タンジェンシャル方向では間隔ＳＰごとにずらして配列することにより、隣接する記録用粒子１Ｓを互いに所定間隔だけ離隔して配列している。
【０１５６】
これにより記録用粒子１Ｓは、隣接する記録用粒子１Ｓからの増強近接場光ＬＷｎ及びＬＲｎの影響を殆ど排除することができ、クロストークを抑制することができる。
【０１５７】
また記録層１０１は、記録用粒子１Ｓが当該記録層１０１の全面に敷き詰められて配列されている。これにより記録層１０１は、予め基板１０２上にトラックＴＲのパターンを形成することなく、製造工程を簡易にすることができる。
【０１５８】
さらに記録層１０１は、媒質３が近接場光ＬＷｎの照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料でなる。これにより記録層１０１は、近接場光ＬＷｎに応じて結晶状態又は非晶状態に何度も遷移させることができ、光情報記録媒体１００を書き換え可能なメディアとして使用させることができる。
【０１５９】
また記録層１０１は、ナノ微粒子２としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はＣｕを用いるようにした。これらの貴金属は、一般的に可視光において局所プラズモン共鳴を生じることが知られている。これにより記録層１０１は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤに使用された実績のある可視光領域の波長λでなる光に基づいて近接場光ＬＷｎ及びＬＲｎを発生することができる。
【０１６０】
さらに記録層１０１では、ナノ微粒子２の直径Ｄ２が１［ｎｍ］以上、５０［ｎｍ］以下でなることにより、図８に示したようにナノ微粒子２として安定した状態で効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１６１】
また記録層１０１では、媒質３の厚さＴ３が１［ｎｍ］以上、２５［ｎｍ］以下でなる
ことにより、図９に示したように効率良く局所プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【０１６２】
さらに記録用粒子１Ｓは、直径が２［ｎｍ］以上、５２［ｎｍ］以下でなることにより、記録用粒子１Ｓとして安定した状態で光情報記録媒体１００としての記録密度を向上させることができる。
【０１６３】
ここで一般的に、プラズモンアンテナ４３を用いる場合、金属板４３ａの周囲から記録光ビームＬＷが漏れて記録層１０１に照射されることになる。光情報記録媒体１００は、記録層１０１に隣接して配置され、光としての記録光ビームＬＷを高透過率で透過する基板１０２を有する。これによりこれにより光情報記録媒体１００は、漏れた記録光ビームＬＷを透過させ、受光素子３６に受光させずに済むため、戻り散乱光ビームＬＳａにノイズの原因となる余計な光を混入させず、再生信号におけるＳ／Ｎ（Singal to Noise）比を向上させることができる。
【０１６４】
光情報記録媒体１００では、基板１０２と記録層１０１との界面に反射防止膜が設けられていることにより、漏れた記録光ビームＬＷを反射させることを防止し、再生信号におけるＳ／Ｎ比を一段と向上させることができる。
【０１６５】
また光情報記録再生装置２０は、光源としての記録再生光源３１から出射された読出光ビームＬＲを集光して光情報記録媒体１００に照射し、光情報記録媒体１００において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出するようにした。
【０１６６】
これにより光情報記録再生装置２０は、局所プラズモン共鳴によって発生される強度の大きい散乱光ビームＬＳａを受光することができると共に、散乱光ビームＬＳａにおける大きい光量差から局所プラズモン共鳴の度合いを検出することができ、高い精度で情報を再生することができる。
【０１６７】
また光情報記録再生装置２０は、プラズモンアンテナ４３によって発生する近接場ＬＲｎ光を光情報記録媒体１００に照射することにより、小さいスポット径で大きなエネルギーを有する近接場光ＬＲｎを照射することができる。
【０１６８】
さらに光情報記録再生装置２０は、光照射部であるスポット形成部４０総体としての開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が１．０以上でなることにより、ナノ微粒子２から発生された散乱光ＬＳを大きい角度で受光することができ、戻り散乱光ビームＬＳａの光量を増大させることができる。またスポット形成部４０は、ナノ微粒子２から発生された散乱光ＬＳを直接的に受光するため、散乱光ＬＳを減衰させることなく、大きい光量を維持した散乱光ＬＳに基づく光量の大きい戻り散乱光ビームＬＳａを得ることができる。
【０１６９】
また光情報記録再生装置２０は、記録再生用光源３１から出射された記録光ビームＬＷを集光して近接場光ＬＷｎとして光情報記録媒体１００に照射し、光情報記録媒体１００において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう制御部２の制御に基づき当該記録光ビームＬＲの強度を変化させるようにした。
【０１７０】
これにより光情報記録再生装置２０は、大きな戻り散乱光ビームＬＳａが得られる状態で光情報記録媒体１００に情報を記録し得る。
【０１７１】
以上の構成によれば、光情報記録媒体１００の記録層１０１は、直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子２と媒質３とによって構成され、記録光ビームＬＷの照射に応じて媒質３の複素誘電率ε２を変化させることにより情報を記録し、読出光ビームＬＲの照射に応じたナノ微粒子２による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により情報を再生させるようにした。
【０１７２】
これにより光情報記録媒体１００は、情報の再生時における戻り光として光量の大きな戻り散乱光ビームＬＳａを生成することができ、かくして戻り光の光量を増大させ得る光情報記録媒体、当該光情報記録媒体に用いられる情報記録用粒子、並びに当該光情報記録媒体を用いた光情報再生方法、光情報再生装置、光情報記録方法及び光情報記録装置を実現できる。
【０１７３】
（７）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、光ピックアップ３０がガイド軸２５Ａ及び２５Ｂに沿って移動するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば図２２に示すように、根本部分が回転することにより移動するサスペンション１５０を用いるようにしても良い。このサスペンション１５０では、その先端にスポット形成部１４０を設けると共に、当該スポット形成部１４０の上部に光ピックアップ１３０を設け、当該光ピックアップ１３０を同様のサスペンション（図示しない）によって移動させるようにする。
【０１７４】
この場合、スポット形成部１４０は、図２３に示すように、光ピックアップ１３０から入射される入射光Ｌを受光して集光する。このときスポット形成部１４０は、空気の圧力によって光情報記録媒体１００から所定の浮上すきまＧＦを維持した状態で移動するスライダ１４４内に形成される。なお、スライダ１４４内に光ピックアップ１３０及びスポット形成部１４０の双方を設けることももちろん可能である。
【０１７５】
また上述した実施の形態においては、ナノ微粒子２として金属粒子を用い、媒質３として相変化材料を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば図２４に示すように、ナノ微粒子２として相変化材料を用い、媒質３として金属粒子を用いるようにしても良い。この場合であっても、媒質３の分極に基づいてナノ微粒子２と媒質３との界面で局所プラズモン共鳴を発生させることができ、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７６】
さらに上述した実施の形態においては、集光レンズ４１、ソリッドイマージョンレンズ４２及びプラズモンアンテナ４３によって入射光Ｌを集光して光情報記録媒体１００に照射する場合について述べたが、本発明はこれに限られない。本発明は、様々な構成でなる光学部品によって入射光Ｌを集光して光情報記録媒体１００に照射することができる。
【０１７７】
さらに上述した実施の形態においては、プラズモンアンテナ４３によって発生した近接場光ＬＲｎ及びＬＷｎを光情報記録媒体１００に照射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば単純な集光レンズによって集光した光ビームを光情報記録媒体１００に対して照射しても良い。
【０１７８】
さらに上述した実施の形態においては、再生光ビームＬＲと反対方向に進行する散乱光ＬＳを戻り散乱光ビームＬＳａとして受光するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。例えば光情報記録媒体１００における入射面とは反対側に受光素子を設置し、当該光情報記録媒体を透過した散乱光ＬＳを受光するようにしても良い。この場合であっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７９】
さらに上述した実施の形態においては、局所プラズモン共鳴の度合いが最大となる光の波長を記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲの波長とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られない。本発明では、記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲの波長は適宜選択でき、例えば実施例１のサンプルＳＳ１に対して４０５［ｎｍ］でなる記録用光ビームＬＷ及び読出用光ビームＬＲを用いるようにしても良い。
【０１８０】
さらに上述した実施の形態においては、記録層としての記録層１０１によって光情報記録媒体としての光情報記録媒体１００を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成でなる記録層１０１によって光情報記録媒体を構成するようにしても良い。
【０１８１】
さらに上述した実施の形態においては、ナノ微粒子としてのナノ微粒子２と、媒質としての媒質３とによって記録用粒子としての記録用粒子１Ｓを構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成によるナノ微粒子と、媒質とによって記録用粒子を構成するようにしても良い。
【０１８２】
さらに上述した実施の形態においては、光照射部としてのスポット形成部４０と、検出部としての受光素子３６とによって光情報再生装置としての光情報記録再生装置２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成による光照射部と、検出部とによって本発明の光情報再生装置を構成するようにしても良い。
【０１８３】
さらに上述した実施の形態においては光照射部としてのスポット形成部４０と、光強度制御部としての制御部２１とによって光情報記録装置としての光情報記録再生装置２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成による光照射部と、光強度制御部とによって本発明の光情報記録装置を構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明は、例えば大容量でなる光情報記録再生装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】各材料の屈折率と分極の関係を示す略線図である。
【図２】本発明の記録原理の説明に供する略線図である。
【図３】本発明の再生原理の説明に供する略線図である。
【図４】記録用材料の構成を示す略線図である。
【図５】近接場光強度の誘電率依存性を示す略線図である。
【図６】サンプルの構成を示す略線図である。
【図７】結晶状態と非晶状態における散乱光強度を示す略線図である。
【図８】Ａｇ中心核の直径を変化させたときの電界増強度を示す略線図である。
【図９】ＧｅＳｂＴｅ殻の厚さを変化させた時の電界増強度を示す略線図である。
【図１０】４００ｎｍにおける銀粒子の共鳴条件を示す略線図である。
【図１１】光情報記録媒体の構成を示す略線図である。
【図１２】記録層の構成（１）を示す略線図である。
【図１３】記録層の構成（２）を示す略線図である。
【図１４】記録層の構成（３）を示す略線図である。
【図１５】記録層の構成（４）を示す略線図である。
【図１６】光情報記録再生装置の構成を示す略線図である。
【図１７】光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図１８】スポット形成部の配置を示す略線図である。
【図１９】スポット形成部の構成を示す略線図である。
【図２０】情報の記録の説明に供する略線図である。
【図２１】情報の再生の説明に供する略線図である。
【図２２】他の実施の形態によるスポット形成部の配置を示す略線図である。
【図２３】他の実施の形態によるスポット形成部の構成を示す略線図である。
【図２４】他の実施の形態による記録用材料の構成を示す略線図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１……記録用材料、１Ｓ……記録用粒子、２……ナノ微粒子、２Ｓ……Ａｇ中心核…、３……媒質、３Ｓ……ＧｅＳｂＴｅ殻、２１……制御部、２３……信号処理部、３０……光ピックアップ、３１……記録再生光源、３６……受光素子、４０……スポット形成部、４１……集光レンズ、４２……ソリッドイマージョンレンズ、４３……プラズモンアンテナ、１００……光情報記録媒体、１０１……記録層、１０２……基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲された状態で配置され、上記媒質の上記複素誘電率の変化に応じて上記ナノ微粒子が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項２】
上記記録層は、
上記ナノ微粒子を上記媒質によって包んだ記録用粒子が配列されることにより構成されている
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項３】
上記記録用粒子は、
１粒子が１ビットの情報を表す
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項４】
上記記録用粒子は、
情報が記録されるべきトラックにのみ配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項５】
上記記録用粒子は、
隣接する記録用粒子と互いに所定間隔だけ離隔して配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項６】
上記記録用粒子は、
上記記録層の全面に敷き詰められて配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項７】
上記媒質は、
上記光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料でなる
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項８】
上記ナノ微粒子は、
Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はＣｕでなる
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項９】
上記記録用粒子は、
直径が３［ｎｍ］以上、５２［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１０】
上記ナノ微粒子は、
直径が１［ｎｍ］以上、５０［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１１】
上記媒質は、
厚さが１［ｎｍ］以上、２５［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１２】
上記記録層に隣接して配置され、上記光を高透過率で透過する基板
を有する請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項１３】
上記基板は、
上記記録層との界面に反射防止膜が設けられている
請求項１２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１４】
直径が１００［ｎｍ］以下でなる金属微粒子が、光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料によって包囲されてなる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項１５】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と媒質とによって構成され、記録光の照射に応じて媒質の複素誘電率を変化させることにより情報を記録し、読出光の照射に応じた上記ナノ微粒子による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により上記情報を再生させる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項１６】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲されてなる
記録用粒子。
【請求項１７】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と当該ナノ粒子を包む媒質とによって構成され、上記ナノ微粒子と上記媒質のいずれか一方が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる
記録用粒子。
【請求項１８】
光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射ステップと、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出する検出ステップと
を有する光情報再生方法。
【請求項１９】
光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出する検出部と
を有する光情報再生装置。
【請求項２０】
上記光照射部は、
プラズモンアンテナによって発生する近接場光を上記光情報記録媒体に照射する
請求項１９に記載の光情報再生装置。
【請求項２１】
上記光照射部は、
当該光照射部総体としての開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が１．０以上でなる
請求項１９に記載の光情報再生装置。
【請求項２２】
光情報記録媒体に対して光を照射したときに当該光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録する
光情報記録方法。
【請求項２３】
光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう上記光の強度を変化させる光強度制御部と
を有する光情報記録装置。
【請求項１】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲された状態で配置され、上記媒質の上記複素誘電率の変化に応じて上記ナノ微粒子が生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項２】
上記記録層は、
上記ナノ微粒子を上記媒質によって包んだ記録用粒子が配列されることにより構成されている
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項３】
上記記録用粒子は、
１粒子が１ビットの情報を表す
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項４】
上記記録用粒子は、
情報が記録されるべきトラックにのみ配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項５】
上記記録用粒子は、
隣接する記録用粒子と互いに所定間隔だけ離隔して配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項６】
上記記録用粒子は、
上記記録層の全面に敷き詰められて配列されている
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項７】
上記媒質は、
上記光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料でなる
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項８】
上記ナノ微粒子は、
Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ又はＣｕでなる
請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項９】
上記記録用粒子は、
直径が３［ｎｍ］以上、５２［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１０】
上記ナノ微粒子は、
直径が１［ｎｍ］以上、５０［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１１】
上記媒質は、
厚さが１［ｎｍ］以上、２５［ｎｍ］以下でなる
請求項２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１２】
上記記録層に隣接して配置され、上記光を高透過率で透過する基板
を有する請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項１３】
上記基板は、
上記記録層との界面に反射防止膜が設けられている
請求項１２に記載の光情報記録媒体。
【請求項１４】
直径が１００［ｎｍ］以下でなる金属微粒子が、光の照射に応じて結晶状態又は非晶状態に遷移する相変化材料によって包囲されてなる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項１５】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と媒質とによって構成され、記録光の照射に応じて媒質の複素誘電率を変化させることにより情報を記録し、読出光の照射に応じた上記ナノ微粒子による局所プラズモン共鳴の度合いの変化により上記情報を再生させる記録層
を有する光情報記録媒体。
【請求項１６】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる媒質に包囲されてなる
記録用粒子。
【請求項１７】
直径が１００［ｎｍ］以下でなるナノ微粒子と当該ナノ粒子を包む媒質とによって構成され、上記ナノ微粒子と上記媒質のいずれか一方が、所定強度以上でなる光の照射に応じて複素誘電率を変化させる
記録用粒子。
【請求項１８】
光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射ステップと、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出する検出ステップと
を有する光情報再生方法。
【請求項１９】
光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを検出する検出部と
を有する光情報再生装置。
【請求項２０】
上記光照射部は、
プラズモンアンテナによって発生する近接場光を上記光情報記録媒体に照射する
請求項１９に記載の光情報再生装置。
【請求項２１】
上記光照射部は、
当該光照射部総体としての開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が１．０以上でなる
請求項１９に記載の光情報再生装置。
【請求項２２】
光情報記録媒体に対して光を照射したときに当該光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させることにより情報を記録する
光情報記録方法。
【請求項２３】
光源から出射された光を集光して光情報記録媒体に照射する光照射部と、
上記光情報記録媒体において生じる局所プラズモン共鳴の度合いを変化させるよう上記光の強度を変化させる光強度制御部と
を有する光情報記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−２０８４９（Ｐ２０１０−２０８４９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８１６０４（Ｐ２００８−１８１６０４）
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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