磁化検出方法および装置
【課題】高密度に記録された磁化情報を読み取る検出方法および装置を提供する。
【解決手段】磁化３，４として情報が記録された磁気記録媒体５０の表面に金属探針５をナノメートルオーダの距離に近づけ、その領域に入射光１２０を偏光方向を変調しながら照射し、トンネル電流もしくは反射偏光強度の偏光依存性を測定する。
【解決手段】磁化３，４として情報が記録された磁気記録媒体５０の表面に金属探針５をナノメートルオーダの距離に近づけ、その領域に入射光１２０を偏光方向を変調しながら照射し、トンネル電流もしくは反射偏光強度の偏光依存性を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化情報の読み取りを行う方法、およびその装置に関し、記録膜の磁化状態の変化に伴う入射光の偏光状態の変化とプラズモン増大効果を利用して、磁化情報の読みとり行う新規な磁化検出技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のハードディスクドライブ装置（HDD）や光磁気ディスクにおける磁化情報の読み出しには、GMR（Giant Magneto-resistance）効果を用いた素子や、磁気光学効果に基づく入射光の偏光状態の変化を検出することで、記録媒体の磁化情報を検出する方法が用いられている。一方、高密度化による記録単位の狭小化に伴い、記録媒体のより小さな領域を検出できる素子が求められている。光磁気ディスクにおいては、磁気光学効果に基づく光の偏光状態の変化を利用して磁化を検出しているが、より波長の短い青色レーザなどを用いたり、光プローブによる近接場効果を用いて、検出領域をより小さくしようと試みられている。例えば、特許文献１には、光ファイバープローブに、ある周波数で変調した偏光を入射し、光ファイバープローブ先端の微小開口から出射して記録媒体を透過した偏光成分を測定することで、磁気光学効果により記録媒体の磁化を測定する手法が記載されている。
【０００３】
原子レベルの空間分解能を得ることが可能な手法として、走査トンネル顕微鏡（STM）を用いた手法が知られている。金属探針を用いた磁化情報の読み出し手法として、例えば、特許文献２には、磁性金属探針と、非磁性層／強磁性記録層から構成される記録媒体との間に流れるトンネル電流が、磁性金属探針と強磁性記録層の磁化が平行か反平行かで変化することを用いて、強磁性記録層の磁化方向を検出する方法が記載されている。特許文献３，４には、強磁性体金属層／非磁性金属層／強磁性体金属層の三層膜構造の電子状態が、磁化方向に依存して変化することを利用して、トンネル電流により検出する方法が記載されている。また、特許文献５には、記録媒体に対向してプローブ電極を対向配置し、電圧を印加することにより励起された記録媒体の発光状態を光検出する手法が記載されている。これらの金属探針による磁化検出技術は、原子レベルの情報を再生する技術として有望である。
【０００４】
また、磁化検出技術ではないが、金属表面に金属探針を近づけて光を照射した場合、トンネル電流が増大することが知られている。例えば、非特許文献１には、金属表面と金属探針との間に光を照射しプラズモンを励起することで、大きな直流電流が流れることが記載されている。また、特許文献６には、ギャップを有する金属板にレーザ光を入射し、二つの金属板の間隙に電界を集中させることで、金属板の間隙直下の媒体を加熱することにより磁化を書き込みやすくできることが記述されている。
【特許文献１】特開平１０−３２５８４０号公報
【特許文献２】特開平９−１３４５５１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２１８３号公報
【特許文献４】特開２００５−１０８３０２号公報
【特許文献５】特開平５−２５０７３５号公報
【特許文献６】特開２００２−２９８３０２号公報
【非特許文献１】N. Kroo et al, Europhys. Lett., 15, 289(1991)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のGMR素子は、素子の膜厚を小さくすることができないために、記録媒体との距離や検出領域を小さくすることが困難になることが予想される。一方、より高感度が期待されるTMR（Tunneling Magneto-resistance）効果を用いた素子も、同様の問題とともに、トンネル効果を用いることで素子自体の抵抗が大きいことから、GHzを越える動作に耐えられるかが懸念されている。特許文献1に記載された方法は、近接場効果を用いることや、様々な複屈折要因により偏光度が低下したりすることにより、100nm以下の空間分解能を得るのは困難である。また、特許文献２〜４に記載された方法は、金属探針を用いたSTS（scanning tunneling spectroscopy）技術によるものであり、媒体表面の構造の変化に伴いトンネル電流に変化が生じるため、ノイズが生じる問題がある。
【０００６】
本発明は、媒体表面の構造の変化によるノイズを低減する局所磁化検出手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、記録媒体の磁気記録層に面内磁化によって情報が記録されている場合、記録媒体に対向して金属探針を配置する。この磁気記録層に接して金属探針側に導電性の保護膜、例えばＡｕの保護膜があってもよい。金属探針をこの記録媒体に近づけ、記録媒体と金属探針間に、磁化方向と入射面が平行になるように偏光を照射する。磁化方向に依存して、記録媒体と金属探針間のトンネル電流が偏光依存性を持つため、その偏光依存性を検出することにより、記録媒体の磁化方向をSN良く検出することができる。記録媒体の磁気記録層に媒体面に垂直な方向に磁化によって情報が記録されている場合、媒体面に近接して、中空のギャップを有する金属板を設置し、偏光を入射する。この場合には、反射光の偏光依存性を検出することにより、記録媒体の局所的な磁化方向をSN良く検出することができる。これらの手法により、光の集光径よりもはるかに小さな領域の磁化情報をSN良く検出することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高密度に記録された磁気記録媒体における磁化検出方法および装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に図を参照して、本発明による磁化検出原理と共に、その実施例を説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１による磁化検出装置を示す概念図である。磁気記録媒体５０は、基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。この多層膜４１の保護膜２に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。保護膜２と金属探針５との距離を制御するために、別途トンネル電流をフィードバック信号として用いても良く、また、原子間力顕微鏡における光てこ方式を用いてフィードバック信号を生成してもよい。また、距離制御用の探針を金属探針５とは別に設けても良い。
【００１０】
多層膜４１を構成する強磁性層１としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。保護膜２には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１は必ずしも金属である必要はない。
【００１１】
強磁性層１に書き込まれた面内方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流を用いて読み出すことができる。
【００１２】
磁化情報をトンネル電流により読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００１３】
図２は、図１を右側面から見た図である。磁気記録媒体５０は基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２よりなる多層膜４１より構成されている。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離にスライダ機構６に保持された金属探針５が配置される。金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００１４】
入射面に平行で探針方向の電界成分（ｐ偏光成分）は、EP=E0Cos(θ)Sin(Φ)Sin(ωt)、入射面に垂直方向の電界成分（ｓ偏光成分）は、ES= E0Sin(θ)Sin(ωt)と書ける。一方、誘電率εxx，εxyの媒質に、ｐもしくはｓ偏光を入射させたときの反射率は、次のように表される。
rsp=rps=εxyCos(Φ)Sin(γ)/(εxxCos(γ)(Sqrt(εxx)Cos(γ)+Cos(Φ))(Sqrt(εxx)Cos(Φ)+Cos(γ)))
rpp=(Sqrt(εxx) Cos(Φ)- Cos(γ))/(Sqrt(εxx) Cos(Φ)+ Cos(γ))
ここで、rspはｐ偏光が入射したときのｓ偏光反射率、rpsはｓ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、rppはｐ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、γ=Sin-1(1/ Sqrt(εxx) Sin(Φ))である。
【００１５】
入射光１２０の偏光がAの場合の探針方向電界eAとBの場合の探針方向電界eBは、次のように表される。
eA= E0((1+rpp) Cos(θ) Sin(Φ) Sin(ωt)- rsp Sin (θ) Sin(Φ) Sin(ωt))
eB= E0((1+rpp) Cos(θ) Sin(Φ) Sin(ωt)+ rsp Sin (θ) Sin(Φ) Sin(ωt))
【００１６】
図３（ａ）は、磁化が入射方向に平行な場合、すなわち磁化３の場合の、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った探針方向電界の二乗の変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として示したものである。本実施例では、磁性層としてＦｅ、入射光の波長として８００ｎｍを用いた。８００ｎｍにおけるＦｅの複素誘電率としては、εxx=-3.83+22.1I，εxy=-1.33+0.024Iを用いた。探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-0.1〜-40％変化する様子が分かる。
【００１７】
一方、図３（ｂ）は、磁化が入射方向に反平行な場合、すなわち磁化４の場合の、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った探針方向電界の二乗の変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として同様に示したものである。探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、+0.1〜+40％変化する様子が分かる。
【００１８】
検出されるトンネル電流の大きさは探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時のトンネル電流の大小が変化する。すなわち、入射光１２０の偏光を図４（ｃ）に示すようにAとBとに時間的に変調した場合、属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流は、磁化が入射方向に平行な場合には図４（ａ）のようになり、磁化が入射方向に反平行な場合には図４（ｂ）のようになる。このように、属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的なトンネル電流の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。ただし、図３（ａ）（ｂ）によれば、変化率はΦにはあまり依存せず、θがπ/2に近くなると大きくなるが、例えばθがπ/2に近くなると得られるトンネル電流の大きさは小さくなる。図５に示すように、探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、Φ〜3π/8、θ〜π/4であるため、Φは3π/8近傍、θはπ/4≦θ＜π/2とすることが望ましい。
【００１９】
図１に示すように、トンネル電流は、磁気記録媒体５０と金属探針５との間に電圧Eを印加することにより、電流計７により検出される。信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、トンネル電流信号１６は、ロックインアンプ１２に入力され、トンネル電流信号１６中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００２０】
トンネル電流は、探針直下の情報を反映するため、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、トンネル電流の大きさを検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００２１】
また、入射光の波長、金属探針５と磁気記録媒体５０との距離、金属探針５および保護膜２の材質を適当に選ぶことで、プラズモン増大効果により、平均的なトンネル電流の大きさSavをμＡレベルまで増幅することが可能である。トンネル電流を用いた検出手法にはショットノイズが発生するがμＡレベルのトンネル電流を用いることで、GHzレベルの読み出し動作が20dB程度のS／N比で可能である。
【００２２】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２による磁化検出装置を示す概念図である。
実施例１と同様に、磁気記録媒体５０は基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。保護膜２と金属探針５との距離を制御するために、別途トンネル電流をフィードバック信号として用いても良く、また、原子間力顕微鏡における光てこ方式を用いてフィードバック信号を生成してもよい。
【００２３】
多層膜４１を構成する強磁性層１としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。保護膜４には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１は必ずしも金属である必要はない。
【００２４】
強磁性層１に書き込まれた面内方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属探針５と多層膜４１との間に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の多層膜４１に垂直で金属探針軸方向の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００２５】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００２６】
実施例１の図２と同様に、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００２７】
磁化が入射方向に平行な場合、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、図３（ａ）に示されるように-0.1〜-40％変化する。一方、磁化が入射方向に反平行な場合、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として図３（ｂ）に示されるように、+0.1〜+40％変化する。
【００２８】
反射光１２２の探針方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図４と同様に、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の探針方向の偏光成分の強度は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。ただし、実施例１の図５の場合と同様に、探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、Φ〜3π/8、θ〜π/4であるため、Φは3π/8近傍、θはπ/4≦θ＜π/2とすることが望ましい。
【００２９】
図６に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００３０】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００３１】
［実施例３］
図７は、本発明の実施例３による磁化検出装置を示す概念図である。
実施例１と同様に、磁気記録媒体５０は、基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。ここで、強磁性層１中の磁化方向３，４は、面方向に垂直である。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１０ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属板３０が配置されている。金属板３０は、半球型レンズ２６の底面に形成され、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。
【００３２】
金属板３０の上面図を図８に示す。金属板３０は、頂点を持つ金属片３１と３２、および金属片３３と３４が中空のギャップを持って相対する構造を持っている。相対する金属片３１，３２、および金属片３３，３４の構造は、それぞれのギャップの方向が、入射光１２０の入射面に対して金属片３１，３２は平行に、金属片３３，３４は垂直になっている。
【００３３】
多層膜４１を構成する強磁性層１は垂直磁気異方性を持ち、例えばTbFeCoなどの希土類と遷移金属のアモルファス合金や、Co/Pt多層膜などである。保護膜２には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。
【００３４】
強磁性層１に書き込まれた面に垂直方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属板３０のギャップ近傍に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００３５】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属板３０のギャップ近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、半球型レンズ２６により集光されて金属板３０のギャップ近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。半球型レンズ２６の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属板３０と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００３６】
図９は、図７を右側面から見た図である。図９に示すように、金属板３０のギャップ近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００３７】
誘電率εxx，εxyの媒質に、ｐもしくはｓ偏光を入射させたときの反射率は、次のように表される。
rsp=rps=-εxyCos(Φ) /( Sqrt(εxx) (Sqrt(εxx)Cos(γ)+Cos(Φ))(Sqrt(εxx)Cos(Φ)+Cos(γ)))
rpp=(Sqrt(εxx) Cos(Φ)- Cos(γ))/(Sqrt(εxx) Cos(Φ)+ Cos(γ))
ここで、rspはｐ偏光が入射したときのｓ偏光反射率、rpsはｓ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、rppはｐ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、γ=Sin-1(1/ Sqrt(εxx) Sin(Φ))である。
【００３８】
入射光１２０の偏光がAの場合の入射面に平行方向の電界eAと、Bの場合の入射面に平行方向の電界eBは、次のように表される。
eA= E0(rpp Cos(θ) Sin(ωt)- rps Sin (θ) Sin(ωt))
eB= E0(rpp Cos(θ) Sin(ωt)+ rps Sin (θ) Sin(ωt))
【００３９】
図１０（ａ）は、磁化が上向きの場合について、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として示したものである。本実施例では、磁性層の複素誘電率としてＦｅと同じεxx=-3.83+22.1I，εxy=-1.33+0.024I、入射光の波長として８００ｎｍを用いた。入射面に平行方向の電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-200〜+200％変化する様子が分かる。
【００４０】
一方、図１０（ｂ）は、磁化が下向きの場合について、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2-(EB)2)/2で割った変化率を、入射角度Φ、偏光方向θの関数として同様に示したものである。入射面に平行方向の電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、+200〜-200％変化する様子が分かる。図１０（ａ）（ｂ）を比較すると明らかなように、一定の入射角度Φ、偏光方向θのもとで、磁化が上向きか下向きかで、変化率の正負が逆転する。
【００４１】
反射光１２２の入射面に平行方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は入射面に平行方向の電界の二乗に比例するため、磁化方向が上向きか下向きかに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図１１に示すように、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の入射面に平行方向の偏光成分の強度は、磁化が上向きの場合と、磁化が下向きの場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数百％とすることが可能である。ただし、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、図１２に示すように、Φ〜0もしくは〜0.48π、θ〜π/4であるため、Φは0＜Φ≦0.48π、θは〜π/4とすることが望ましい。
【００４２】
図７に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００４３】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、上向きか下向きかを検出することが可能である。
【００４４】
［実施例４］
図１３は、本発明の実施例４による磁化検出装置を示す概念図である。
図１３と図１とを対比すると容易に分かるように、実施例４においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例１と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１および強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持される。
【００４５】
この実施例４においても、実施例１と同様、強磁性金属層１の面内磁化方向が、金属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流を用いて検出できる。まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００４６】
金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、図２に示したように、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時のトンネル電流の大小が変化する。すなわち図１４に示すように、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、磁化が入射方向に平行な場合（図１４（ａ））と、磁化が入射方向に反平行な場合（図１４（ｂ））とでは位相が逆転し、かつ、平均的なトンネル電流の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、実施例１の場合と同様に、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。
【００４７】
ただし本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS、ΔS’に示すように、偏光方向を変調したときのトンネル電流の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００４８】
［実施例５］
図１５は、本発明の実施例５による磁化検出装置を示す概念図である。
図１５と図６とを対比すると容易に分かるように、実施例５においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例２と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１および強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置される。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持される。
【００４９】
この実施例５においても、実施例２と同様、金属探針５と多層膜４１との間に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の多層膜４１に垂直で金属探針軸方向の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、強磁性金属層１の面内磁化方向を読み出すことができる。
【００５０】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００５１】
金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、図２に示すように、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００５２】
入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θ、および磁化が入射方向に平行か反平行かに依存して、図３（ａ）（ｂ）に示したように数十％変化する。
【００５３】
反射光１２２の探針方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図１４と同様に、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の探針方向の偏光成分の強度は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。
【００５４】
ただし、本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS、ΔS’に示すように、偏光方向を変調したときの光強度の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００５５】
図１５に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その振幅の正負もしくは絶対値から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００５６】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００５７】
［実施例６］
図１６は、本発明の実施例６による磁化検出装置を示す概念図である。
図１６と図７とを対比すると容易に分かるように、実施例６においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例３と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３は垂直磁気異方性を持ち、例えばTbFeCoなどの希土類と遷移金属のアモルファス合金や、Co/Pt多層膜などである。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１およびは強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。
【００５８】
強磁性層１に書き込まれた面に垂直方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、実施例３と同様に、金属板３０のギャップ近傍に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００５９】
半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向から測ってΦの角度で、金属板３０のギャップ近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、半球型レンズ２６により集光されて金属板３０のギャップ近傍に照射される。半球型レンズ２６の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属板３０と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。また、図９に示したように、金属板３０のギャップ近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００６０】
磁性層１の磁化が上向きか下向きかに依存して、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った変化率は、図１０（ａ）（ｂ）に示したように、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-200〜+200％変化し、かつ、変化率の正負が逆転する。
【００６１】
反射光１２２の入射面に平行方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は入射面に平行方向の電界の二乗に比例するため、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の入射面に平行方向の偏光成分の強度は、磁化が上向きの場合と、磁化が下向きの場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数百％の変化率を得ることが可能である。
【００６２】
ただし、本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS，ΔS’と同様に、偏光方向を変調したときの光強度の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００６３】
図１６に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、振幅の正負もしくは絶対値から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００６４】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、上向きか下向きかを検出することが可能である。
【００６５】
［実施例７］
図１７から２１を参照して、本発明の実施例７について説明する。
本実施例では、磁化を記録する強磁性層が、レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去等の半導体製造に広く用いられているリソグラフィー技術により、図１７，１９，２０，２１に示すように、ドット状にパターニングされており、柱状のナノピラー６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７が規則的に多数離間して形成されている。図１８は、例えば図１７の場合のドットの配列の鳥瞰図を示す。図１７および図１９は層面内に磁化がある場合、図２０、図２１は層面に垂直に磁化がある場合を示す。ここで、図１９、図２１に示すように、非磁性金属層４２も含めた多層膜構造のナノピラーとしても良い。
【００６６】
本実施例においては、個々の記録単位となる領域がドット状にパターニングされており、例えば図１７において記録領域対応の柱状のナノピラー６０，６１が形成されている点において実施例１と異なる。ここで、ナノピラーと言うのは、平面上の大きさがｎｍ単位のレベルの直径を持つ楕円あるいは四角の柱、と言う意味である。ナノピラーにすることで、隣接した記録領域の影響を受けにくくなり、記録特性が向上する。
【００６７】
ナノピラーは、現在の磁気記録ディスクの記録フォーマットに対応できるように、配列されて構成されるのが良い。また、各ピラー間は、図１７，１９，２０，２１に示すように、保護膜２により間隙が埋められていることが望ましい。
【００６８】
図１７および図１９のように層面内に磁化がある場合、実施例１，２と同様に金属探針のトンネル電流や、反射偏光強度の偏光依存性利用して磁化を検出することができる。また、図２０、図２１のように層面に垂直に磁化がある場合、実施例３と同様に反射偏光強度の偏光依存性利用して磁化を検出することができる。
【００６９】
［実施例８］
図２２は、本発明の実施例５に相当する磁気記録装置の構成概要を示す斜視図である。
前述の各実施例で説明した多層膜４１、例えば、強磁性層１、保護膜２、基板１００から成る多層膜４１を、円板状の記録媒体７０として形成する。また、実施例７で述べたように、記録層をドット状のパターンとしてもよい。これまでの実施例で述べた、金属探針もしくは金属板、入射偏光発生手段、反射光検出手段は、アーム７２の先端部に設けられたスライダ６の下部に取り付けられる。７３はアーム７２の回転支持軸であり、アーム７２は一般の磁気ディスク装置と同様の機構により位置制御され、円板状の記録媒体７０を一般の磁気ディスク装置と同様にスピンドルモータ８１により回転中心７１を軸として回転させると、空気力学的な作用によりスライダ６は所定の距離だけ浮上する。したがって、スライダ６は多層膜４１に対向して、前述の実施例で説明したと同様に、ほぼ一定の距離をもって多層膜４１に対向配置される。
【００７０】
円板状記録媒体７０に書き込まれた磁化方向が媒体面内を向いている場合、実施例１もしくは２で述べた方法により書き込まれた磁化方向を読み取ることが可能である。ただし実施例１，２で述べたように、書き込まれた磁化方向と入射光の入射面が平行になるように入射光学系もしくは記録磁化方向を調整する必要がある。また、媒体面に垂直に磁化が向いている場合、実施例３で述べた方法により書き込まれた磁化方向を読み取ることが可能である。金属探針によるトンネル電流を用いて磁化を読み取る場合、多層膜４１は導電性があり、導電性回転軸７１を通じて接地されている。
【００７１】
信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４により、入射光の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、トンネル電流信号もしくは反射偏光強度信号８０は、ロックインアンプ１２に入力され、信号８０中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り制御器８２により円板状記録媒体７０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。読み取り制御器から出される制御信号８４によりアーム制御用モータ８３を制御し、読み取り位置を制御することができる。
【００７２】
図２３は、読み取り位置の制御を説明する図である。読み取り位置の制御に当たっては、検出信号の位置依存性を用いて、記録位置のサーボ信号とすることが可能である。円板状記録媒体７０において、磁化が記録されている記録マーク８７の部分からは、実施例１，２，３で述べたように大きな偏光依存性の信号が得られるが、磁化が記録されていない部分には偏光依存性はない。したがって、例えば図２３に示すように、記録マーク８７として千鳥格子パターンなどの位置検出パターンを書き込むと、読み取り位置がトラック８６からずれるとサーボ信号強度が減少する。この信号振幅差からトラック８６の位置を検出することが可能である。
【００７３】
さらに、スライダ６に書き込み用磁気ヘッド８５を装着することで、一般の磁気ディスク装置と同様の磁気記録再生装置が実現できる。
【００７４】
図２４は、金属探針を用いた磁化読み取り方法に基づく磁気記録再生装置のスライダ６の概要を示す図である。読み取り用の金属探針５と書き込み用の磁気ヘッド８５が、スライダ６の下部に取り付けられている。半導体レーザ９０から出射された光は、偏光板９１、位相板９２、導波路９３、変調器９４を通り、金属探針５の先端部に照射される。導波路９１の端面９５を適当な角度で切っておくと屈折により光路が曲がるため、金属探針５の先端部に効率良く光を照射することが可能である。また、この端面９５に適当な曲率を持たせることで、レンズ効果により金属探針５の先端部に効率良く光を照射することができる。変調器９４は、電界により屈折率を変調できるポッケルスセルであり、実施例１で述べたように偏光変調を行うことでトンネル電流を測定することにより、多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することが可能である。また、図２５に示すように、偏光板９８、光検出器９９を装着することで、実施例２で述べたように反射偏光強度を測定して多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することができる。
【００７５】
図２６は、金属探針５の代わりに、金属膜の尖鋭パターン９６を金属探針として用いたスライダを示す図である。９７はこの尖鋭パターン金属膜９６を右方向から見た図であり、尖鋭パターン金属膜９６の尖った先端は、多層膜４１に対向するように位置付けられている。この尖鋭パターン９６は、例えばＡｕで作成することができ、レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去等の半導体製造に広く用いられているリソグラフィー技術により形成したのち、スライダ６に接着しても良い。同様に、偏光変調を行うことでトンネル電流を測定することにより、多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することが可能である。また、図２７に示すように、金属膜の尖鋭パターン９６の裏面に偏光板９８、光検出器９９を装着することで、実施例２で述べたように反射偏光強度を測定して多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１による磁化検出装置を示す概念図。
【図２】図１を右側面から見た図。
【図３】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の変化率を示す図であり、（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合の図、（ｂ）は反平行な場合の図。
【図４】（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が入射光の入射方向に反平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図５】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の大きさの差を示す図。
【図６】本発明の実施例２による磁化検出装置を示す概念図。
【図７】本発明の実施例３による磁化検出装置を示す概念図。
【図８】金属板の上面図。
【図９】図７を右側面から見た図。
【図１０】入射光の偏光状態を変化させた時の入射面に平行方向の電界の二乗の変化率を示す図であり、（ａ）は磁化が上向きの場合の図、（ｂ）は磁化が下向きの場合の図。
【図１１】（ａ）は磁化が上向きの場合の入射面に平行方向の反射偏光強度の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が下向きの場合の入射面に平行方向の反射偏光強度の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図１２】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の大きさの差を示す図。
【図１３】本発明の実施例４による磁化検出装置を示す概念図である。
【図１４】（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が入射光の入射方向に反平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図１５】本発明の実施例５による磁化検出装置を示す概念図。
【図１６】本発明の実施例６による磁化検出装置を示す概念図。
【図１７】ナノピラーの構造を示す図。
【図１８】ナノピラーの構造を示す鳥瞰図。
【図１９】ナノピラーの構造を示す図。
【図２０】ナノピラーの構造を示す図。
【図２１】ナノピラーの構造を示す図。
【図２２】磁気記録装置の構成概要を示す斜視図。
【図２３】読み取り位置の制御を説明する図。
【図２４】スライダの概要を示す図。
【図２５】スライダの概要を示す図。
【図２６】スライダの概要を示す図。
【図２７】スライダの概要を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１…強磁性層、２…保護膜、３，４…磁化、５…金属探針、６…スライダ、７…電流計、８…変調器、９…レンズ、１０…電源、１１…信号発生器、１２…ロックインアンプ、１３…信号読み取り器、１４…変調電圧、１５…変調信号、１６…トンネル電流信号、１７…変調周波数成分，１８…位相板、１９，２０…偏光板、２１…光検出器、２２…反射偏光強度信号、２５…支え、２６…半球型レンズ、３０…金属板、３１，３２，３３，３４…金属片、４１…多層膜、４２…非磁性層、４３…強磁性層、４４…反強磁性層、５０…磁気記録媒体、６０〜６７…ナノピラー、７０…円板状記録媒体、７１…回転軸、７２…アーム、７３…アーム回転軸、８０…検出信号、８１…スピンドルモータ、８２…読み取り制御器、８３…アーム制御用モータ、８４…アーム制御信号、８５…磁気ヘッド、８６…トラック、８７…記録マーク、９０…半導体レーザ、９１…偏光板、９２…位相板、９３…導波路、９４…変調器、９５…導波路端面、９６，９７…尖鋭パターン、９８…偏光板、９９…光検出器、１００…基板、１２０…入射光、１２１…半導体レーザ、１２２…反射光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化情報の読み取りを行う方法、およびその装置に関し、記録膜の磁化状態の変化に伴う入射光の偏光状態の変化とプラズモン増大効果を利用して、磁化情報の読みとり行う新規な磁化検出技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のハードディスクドライブ装置（HDD）や光磁気ディスクにおける磁化情報の読み出しには、GMR（Giant Magneto-resistance）効果を用いた素子や、磁気光学効果に基づく入射光の偏光状態の変化を検出することで、記録媒体の磁化情報を検出する方法が用いられている。一方、高密度化による記録単位の狭小化に伴い、記録媒体のより小さな領域を検出できる素子が求められている。光磁気ディスクにおいては、磁気光学効果に基づく光の偏光状態の変化を利用して磁化を検出しているが、より波長の短い青色レーザなどを用いたり、光プローブによる近接場効果を用いて、検出領域をより小さくしようと試みられている。例えば、特許文献１には、光ファイバープローブに、ある周波数で変調した偏光を入射し、光ファイバープローブ先端の微小開口から出射して記録媒体を透過した偏光成分を測定することで、磁気光学効果により記録媒体の磁化を測定する手法が記載されている。
【０００３】
原子レベルの空間分解能を得ることが可能な手法として、走査トンネル顕微鏡（STM）を用いた手法が知られている。金属探針を用いた磁化情報の読み出し手法として、例えば、特許文献２には、磁性金属探針と、非磁性層／強磁性記録層から構成される記録媒体との間に流れるトンネル電流が、磁性金属探針と強磁性記録層の磁化が平行か反平行かで変化することを用いて、強磁性記録層の磁化方向を検出する方法が記載されている。特許文献３，４には、強磁性体金属層／非磁性金属層／強磁性体金属層の三層膜構造の電子状態が、磁化方向に依存して変化することを利用して、トンネル電流により検出する方法が記載されている。また、特許文献５には、記録媒体に対向してプローブ電極を対向配置し、電圧を印加することにより励起された記録媒体の発光状態を光検出する手法が記載されている。これらの金属探針による磁化検出技術は、原子レベルの情報を再生する技術として有望である。
【０００４】
また、磁化検出技術ではないが、金属表面に金属探針を近づけて光を照射した場合、トンネル電流が増大することが知られている。例えば、非特許文献１には、金属表面と金属探針との間に光を照射しプラズモンを励起することで、大きな直流電流が流れることが記載されている。また、特許文献６には、ギャップを有する金属板にレーザ光を入射し、二つの金属板の間隙に電界を集中させることで、金属板の間隙直下の媒体を加熱することにより磁化を書き込みやすくできることが記述されている。
【特許文献１】特開平１０−３２５８４０号公報
【特許文献２】特開平９−１３４５５１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２１８３号公報
【特許文献４】特開２００５−１０８３０２号公報
【特許文献５】特開平５−２５０７３５号公報
【特許文献６】特開２００２−２９８３０２号公報
【非特許文献１】N. Kroo et al, Europhys. Lett., 15, 289(1991)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のGMR素子は、素子の膜厚を小さくすることができないために、記録媒体との距離や検出領域を小さくすることが困難になることが予想される。一方、より高感度が期待されるTMR（Tunneling Magneto-resistance）効果を用いた素子も、同様の問題とともに、トンネル効果を用いることで素子自体の抵抗が大きいことから、GHzを越える動作に耐えられるかが懸念されている。特許文献1に記載された方法は、近接場効果を用いることや、様々な複屈折要因により偏光度が低下したりすることにより、100nm以下の空間分解能を得るのは困難である。また、特許文献２〜４に記載された方法は、金属探針を用いたSTS（scanning tunneling spectroscopy）技術によるものであり、媒体表面の構造の変化に伴いトンネル電流に変化が生じるため、ノイズが生じる問題がある。
【０００６】
本発明は、媒体表面の構造の変化によるノイズを低減する局所磁化検出手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、記録媒体の磁気記録層に面内磁化によって情報が記録されている場合、記録媒体に対向して金属探針を配置する。この磁気記録層に接して金属探針側に導電性の保護膜、例えばＡｕの保護膜があってもよい。金属探針をこの記録媒体に近づけ、記録媒体と金属探針間に、磁化方向と入射面が平行になるように偏光を照射する。磁化方向に依存して、記録媒体と金属探針間のトンネル電流が偏光依存性を持つため、その偏光依存性を検出することにより、記録媒体の磁化方向をSN良く検出することができる。記録媒体の磁気記録層に媒体面に垂直な方向に磁化によって情報が記録されている場合、媒体面に近接して、中空のギャップを有する金属板を設置し、偏光を入射する。この場合には、反射光の偏光依存性を検出することにより、記録媒体の局所的な磁化方向をSN良く検出することができる。これらの手法により、光の集光径よりもはるかに小さな領域の磁化情報をSN良く検出することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高密度に記録された磁気記録媒体における磁化検出方法および装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に図を参照して、本発明による磁化検出原理と共に、その実施例を説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１による磁化検出装置を示す概念図である。磁気記録媒体５０は、基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。この多層膜４１の保護膜２に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。保護膜２と金属探針５との距離を制御するために、別途トンネル電流をフィードバック信号として用いても良く、また、原子間力顕微鏡における光てこ方式を用いてフィードバック信号を生成してもよい。また、距離制御用の探針を金属探針５とは別に設けても良い。
【００１０】
多層膜４１を構成する強磁性層１としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。保護膜２には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１は必ずしも金属である必要はない。
【００１１】
強磁性層１に書き込まれた面内方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流を用いて読み出すことができる。
【００１２】
磁化情報をトンネル電流により読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００１３】
図２は、図１を右側面から見た図である。磁気記録媒体５０は基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２よりなる多層膜４１より構成されている。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離にスライダ機構６に保持された金属探針５が配置される。金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００１４】
入射面に平行で探針方向の電界成分（ｐ偏光成分）は、EP=E0Cos(θ)Sin(Φ)Sin(ωt)、入射面に垂直方向の電界成分（ｓ偏光成分）は、ES= E0Sin(θ)Sin(ωt)と書ける。一方、誘電率εxx，εxyの媒質に、ｐもしくはｓ偏光を入射させたときの反射率は、次のように表される。
rsp=rps=εxyCos(Φ)Sin(γ)/(εxxCos(γ)(Sqrt(εxx)Cos(γ)+Cos(Φ))(Sqrt(εxx)Cos(Φ)+Cos(γ)))
rpp=(Sqrt(εxx) Cos(Φ)- Cos(γ))/(Sqrt(εxx) Cos(Φ)+ Cos(γ))
ここで、rspはｐ偏光が入射したときのｓ偏光反射率、rpsはｓ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、rppはｐ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、γ=Sin-1(1/ Sqrt(εxx) Sin(Φ))である。
【００１５】
入射光１２０の偏光がAの場合の探針方向電界eAとBの場合の探針方向電界eBは、次のように表される。
eA= E0((1+rpp) Cos(θ) Sin(Φ) Sin(ωt)- rsp Sin (θ) Sin(Φ) Sin(ωt))
eB= E0((1+rpp) Cos(θ) Sin(Φ) Sin(ωt)+ rsp Sin (θ) Sin(Φ) Sin(ωt))
【００１６】
図３（ａ）は、磁化が入射方向に平行な場合、すなわち磁化３の場合の、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った探針方向電界の二乗の変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として示したものである。本実施例では、磁性層としてＦｅ、入射光の波長として８００ｎｍを用いた。８００ｎｍにおけるＦｅの複素誘電率としては、εxx=-3.83+22.1I，εxy=-1.33+0.024Iを用いた。探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-0.1〜-40％変化する様子が分かる。
【００１７】
一方、図３（ｂ）は、磁化が入射方向に反平行な場合、すなわち磁化４の場合の、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った探針方向電界の二乗の変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として同様に示したものである。探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、+0.1〜+40％変化する様子が分かる。
【００１８】
検出されるトンネル電流の大きさは探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時のトンネル電流の大小が変化する。すなわち、入射光１２０の偏光を図４（ｃ）に示すようにAとBとに時間的に変調した場合、属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流は、磁化が入射方向に平行な場合には図４（ａ）のようになり、磁化が入射方向に反平行な場合には図４（ｂ）のようになる。このように、属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的なトンネル電流の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。ただし、図３（ａ）（ｂ）によれば、変化率はΦにはあまり依存せず、θがπ/2に近くなると大きくなるが、例えばθがπ/2に近くなると得られるトンネル電流の大きさは小さくなる。図５に示すように、探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、Φ〜3π/8、θ〜π/4であるため、Φは3π/8近傍、θはπ/4≦θ＜π/2とすることが望ましい。
【００１９】
図１に示すように、トンネル電流は、磁気記録媒体５０と金属探針５との間に電圧Eを印加することにより、電流計７により検出される。信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、トンネル電流信号１６は、ロックインアンプ１２に入力され、トンネル電流信号１６中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００２０】
トンネル電流は、探針直下の情報を反映するため、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、トンネル電流の大きさを検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００２１】
また、入射光の波長、金属探針５と磁気記録媒体５０との距離、金属探針５および保護膜２の材質を適当に選ぶことで、プラズモン増大効果により、平均的なトンネル電流の大きさSavをμＡレベルまで増幅することが可能である。トンネル電流を用いた検出手法にはショットノイズが発生するがμＡレベルのトンネル電流を用いることで、GHzレベルの読み出し動作が20dB程度のS／N比で可能である。
【００２２】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２による磁化検出装置を示す概念図である。
実施例１と同様に、磁気記録媒体５０は基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。保護膜２と金属探針５との距離を制御するために、別途トンネル電流をフィードバック信号として用いても良く、また、原子間力顕微鏡における光てこ方式を用いてフィードバック信号を生成してもよい。
【００２３】
多層膜４１を構成する強磁性層１としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。保護膜４には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１は必ずしも金属である必要はない。
【００２４】
強磁性層１に書き込まれた面内方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属探針５と多層膜４１との間に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の多層膜４１に垂直で金属探針軸方向の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００２５】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００２６】
実施例１の図２と同様に、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００２７】
磁化が入射方向に平行な場合、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、図３（ａ）に示されるように-0.1〜-40％変化する。一方、磁化が入射方向に反平行な場合、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として図３（ｂ）に示されるように、+0.1〜+40％変化する。
【００２８】
反射光１２２の探針方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図４と同様に、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の探針方向の偏光成分の強度は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。ただし、実施例１の図５の場合と同様に、探針方向電界の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、Φ〜3π/8、θ〜π/4であるため、Φは3π/8近傍、θはπ/4≦θ＜π/2とすることが望ましい。
【００２９】
図６に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００３０】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００３１】
［実施例３］
図７は、本発明の実施例３による磁化検出装置を示す概念図である。
実施例１と同様に、磁気記録媒体５０は、基板１００上に順次積層して形成された強磁性層１、保護膜２からなる多層膜４１によって構成されている。強磁性層１は、磁化の向きによって情報を記録する磁気記録層である。ここで、強磁性層１中の磁化方向３，４は、面方向に垂直である。この多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１０ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属板３０が配置されている。金属板３０は、半球型レンズ２６の底面に形成され、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持されている。
【００３２】
金属板３０の上面図を図８に示す。金属板３０は、頂点を持つ金属片３１と３２、および金属片３３と３４が中空のギャップを持って相対する構造を持っている。相対する金属片３１，３２、および金属片３３，３４の構造は、それぞれのギャップの方向が、入射光１２０の入射面に対して金属片３１，３２は平行に、金属片３３，３４は垂直になっている。
【００３３】
多層膜４１を構成する強磁性層１は垂直磁気異方性を持ち、例えばTbFeCoなどの希土類と遷移金属のアモルファス合金や、Co/Pt多層膜などである。保護膜２には、例えばＡｕのような非磁性貴金属を用いることができる。
【００３４】
強磁性層１に書き込まれた面に垂直方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、以下に示すように、金属板３０のギャップ近傍に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００３５】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属板３０のギャップ近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、半球型レンズ２６により集光されて金属板３０のギャップ近傍に照射される。変調器８は、ポッケルスセルのような電気光学効果により、変調信号に基づく印加電圧１４により入射光の偏光状態を変調するものである。半球型レンズ２６の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属板３０と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００３６】
図９は、図７を右側面から見た図である。図９に示すように、金属板３０のギャップ近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００３７】
誘電率εxx，εxyの媒質に、ｐもしくはｓ偏光を入射させたときの反射率は、次のように表される。
rsp=rps=-εxyCos(Φ) /( Sqrt(εxx) (Sqrt(εxx)Cos(γ)+Cos(Φ))(Sqrt(εxx)Cos(Φ)+Cos(γ)))
rpp=(Sqrt(εxx) Cos(Φ)- Cos(γ))/(Sqrt(εxx) Cos(Φ)+ Cos(γ))
ここで、rspはｐ偏光が入射したときのｓ偏光反射率、rpsはｓ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、rppはｐ偏光が入射したときのｐ偏光反射率、γ=Sin-1(1/ Sqrt(εxx) Sin(Φ))である。
【００３８】
入射光１２０の偏光がAの場合の入射面に平行方向の電界eAと、Bの場合の入射面に平行方向の電界eBは、次のように表される。
eA= E0(rpp Cos(θ) Sin(ωt)- rps Sin (θ) Sin(ωt))
eB= E0(rpp Cos(θ) Sin(ωt)+ rps Sin (θ) Sin(ωt))
【００３９】
図１０（ａ）は、磁化が上向きの場合について、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った変化率を、入射角度Φおよび偏光方向θの関数として示したものである。本実施例では、磁性層の複素誘電率としてＦｅと同じεxx=-3.83+22.1I，εxy=-1.33+0.024I、入射光の波長として８００ｎｍを用いた。入射面に平行方向の電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-200〜+200％変化する様子が分かる。
【００４０】
一方、図１０（ｂ）は、磁化が下向きの場合について、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2-(EB)2)/2で割った変化率を、入射角度Φ、偏光方向θの関数として同様に示したものである。入射面に平行方向の電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、+200〜-200％変化する様子が分かる。図１０（ａ）（ｂ）を比較すると明らかなように、一定の入射角度Φ、偏光方向θのもとで、磁化が上向きか下向きかで、変化率の正負が逆転する。
【００４１】
反射光１２２の入射面に平行方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は入射面に平行方向の電界の二乗に比例するため、磁化方向が上向きか下向きかに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図１１に示すように、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の入射面に平行方向の偏光成分の強度は、磁化が上向きの場合と、磁化が下向きの場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数百％とすることが可能である。ただし、入射面に平行方向の電界最大値の二乗の差(EA)2-(EB)2の絶対値が最大になるのは、図１２に示すように、Φ〜0もしくは〜0.48π、θ〜π/4であるため、Φは0＜Φ≦0.48π、θは〜π/4とすることが望ましい。
【００４２】
図７に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００４３】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、上向きか下向きかを検出することが可能である。
【００４４】
［実施例４］
図１３は、本発明の実施例４による磁化検出装置を示す概念図である。
図１３と図１とを対比すると容易に分かるように、実施例４においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例１と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１および強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置されている。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持される。
【００４５】
この実施例４においても、実施例１と同様、強磁性金属層１の面内磁化方向が、金属探針５と多層膜４１との間に流れるトンネル電流を用いて検出できる。まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００４６】
金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、図２に示したように、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時のトンネル電流の大小が変化する。すなわち図１４に示すように、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、磁化が入射方向に平行な場合（図１４（ａ））と、磁化が入射方向に反平行な場合（図１４（ｂ））とでは位相が逆転し、かつ、平均的なトンネル電流の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、実施例１の場合と同様に、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。
【００４７】
ただし本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS、ΔS’に示すように、偏光方向を変調したときのトンネル電流の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００４８】
［実施例５］
図１５は、本発明の実施例５による磁化検出装置を示す概念図である。
図１５と図６とを対比すると容易に分かるように、実施例５においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例２と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性単体金属またはその合金、パーマロイが使用できる。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１および強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。多層膜４１の保護膜２の面に対向して、１ｎｍオーダーの極めて近い距離に金属探針５が配置される。金属探針５は、ハードディスク装置におけるのと同様のスライダ機構６に保持される。
【００４９】
この実施例５においても、実施例２と同様、金属探針５と多層膜４１との間に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の多層膜４１に垂直で金属探針軸方向の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、強磁性金属層１の面内磁化方向を読み出すことができる。
【００５０】
磁化情報を読み出す際に、まず、半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直方向から測ってΦの角度で、金属探針５と保護膜２との間近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、レンズ９により集光されて金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される。レンズ９の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属探針５と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。
【００５１】
金属探針５と保護膜２との間近傍に照射される偏光１２０は、図２に示すように、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００５２】
入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の探針方向電界の二乗の変化率は、入射角度Φ、偏光方向θ、および磁化が入射方向に平行か反平行かに依存して、図３（ａ）（ｂ）に示したように数十％変化する。
【００５３】
反射光１２２の探針方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は探針方向電界の二乗に比例するため、磁化方向が入射方向に平行か反平行かに依存して、偏光方向A，Bのそれぞれの時の光強度が変化する。すなわち図１４と同様に、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の探針方向の偏光成分の強度は、磁化が入射方向に平行な場合と、磁化が入射方向に反平行な場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数十％の変化率を得ることが可能である。
【００５４】
ただし、本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS、ΔS’に示すように、偏光方向を変調したときの光強度の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００５５】
図１５に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、その振幅の正負もしくは絶対値から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００５６】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、入射方向に平行か反平行かを検出することが可能である。
【００５７】
［実施例６］
図１６は、本発明の実施例６による磁化検出装置を示す概念図である。
図１６と図７とを対比すると容易に分かるように、実施例６においては、磁気記録媒体５０は基板１００上に形成された反強磁性層４４、強磁性層４３、非磁性層４２、強磁性層１、保護膜２より構成されている点が実施例３と異なる。ここで、反強磁性層４４は必ずしもなくてもよい。多層膜４１を構成する強磁性層１および強磁性層４３は垂直磁気異方性を持ち、例えばTbFeCoなどの希土類と遷移金属のアモルファス合金や、Co/Pt多層膜などである。非磁性層４２は、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ｐｔである。保護膜２は、例えばＡｕのような非磁性貴金属である。保護膜２は金属である必要があるが、強磁性層１およびは強磁性層４３は必ずしも金属である必要はない。
【００５８】
強磁性層１に書き込まれた面に垂直方向の局所的な磁化情報３、ないしは４は、実施例３と同様に、金属板３０のギャップ近傍に偏光したレーザ光１２０を入射し、その反射光１２２の偏光成分を偏光板２０および検出器２１で検出することにより、読み出すことができる。
【００５９】
半導体レーザ１２１からの光１２０を、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向から測ってΦの角度で、金属板３０のギャップ近傍に照射する。半導体レーザ１２１からの光１２０は、偏光板１９、位相板１８、変調器８により偏光の向きが変調され、半球型レンズ２６により集光されて金属板３０のギャップ近傍に照射される。半球型レンズ２６の代わりに凹面鏡を用いて集光してもよい。入射光のエネルギーを適当に選ぶことにより、金属板３０と保護膜２との間にプラズモンを効率よく励起することが可能である。また、図９に示したように、金属板３０のギャップ近傍に照射される偏光１２０は、磁気記録媒体５０の面に垂直な方向に対して±θの角度を持つ二種類の直線偏光AとBである。
【００６０】
磁性層１の磁化が上向きか下向きかに依存して、入射光１２０の偏光がAの場合とBの場合の、入射面に平行方向の電界の二乗の差(EA)2-(EB)2を、その平均値((EA)2+(EB)2)/2で割った変化率は、図１０（ａ）（ｂ）に示したように、入射角度Φ、偏光方向θの関数として、-200〜+200％変化し、かつ、変化率の正負が逆転する。
【００６１】
反射光１２２の入射面に平行方向の偏光成分は、偏光板２０および検出器２１によりその強度が検出される。検出される光強度は入射面に平行方向の電界の二乗に比例するため、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調した場合、検出される反射光の入射面に平行方向の偏光成分の強度は、磁化が上向きの場合と、磁化が下向きの場合とでは位相が逆転し、かつ、平均的な光強度の大きさSavに対する変化率ΔS/ Savは、入射角度Φ、偏光方向θを適当に選ぶことにより数百％の変化率を得ることが可能である。
【００６２】
ただし、本実施例における強磁性層／非磁性層／強磁性層を含む記録媒体においては、特許文献３，４に記載されているように、強磁性層間の磁化の平行、反平行に依存して電子状態が異なるため、電子状態に依存する誘電率も異なる。したがって、図１４のΔS，ΔS’と同様に、偏光方向を変調したときの光強度の変化は、その振幅が強磁性層間の磁化の平行、反平行で異なるため、上述した位相だけでなく振幅の変化として検出することも可能である。
【００６３】
図１６に示すように、信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４を変調器８に印加することにより、入射光１２０の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、反射偏光強度信号２２は、ロックインアンプ１２に入力され、反射偏光強度信号２２中の変調周波数成分１７だけが検出され、振幅の正負もしくは絶対値から読み取り器１３により磁気記録媒体５０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。
【００６４】
反射光の偏光強度は、探針と表面とのプラズモン増大効果により探針直下の局所的な情報を強く反映する。したがって、入射光１２０の偏光をAの場合とBの場合とに時間的に変調しながら、反射偏光強度を検出することで、強磁性層１に記録された局所的な磁化方向が、上向きか下向きかを検出することが可能である。
【００６５】
［実施例７］
図１７から２１を参照して、本発明の実施例７について説明する。
本実施例では、磁化を記録する強磁性層が、レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去等の半導体製造に広く用いられているリソグラフィー技術により、図１７，１９，２０，２１に示すように、ドット状にパターニングされており、柱状のナノピラー６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７が規則的に多数離間して形成されている。図１８は、例えば図１７の場合のドットの配列の鳥瞰図を示す。図１７および図１９は層面内に磁化がある場合、図２０、図２１は層面に垂直に磁化がある場合を示す。ここで、図１９、図２１に示すように、非磁性金属層４２も含めた多層膜構造のナノピラーとしても良い。
【００６６】
本実施例においては、個々の記録単位となる領域がドット状にパターニングされており、例えば図１７において記録領域対応の柱状のナノピラー６０，６１が形成されている点において実施例１と異なる。ここで、ナノピラーと言うのは、平面上の大きさがｎｍ単位のレベルの直径を持つ楕円あるいは四角の柱、と言う意味である。ナノピラーにすることで、隣接した記録領域の影響を受けにくくなり、記録特性が向上する。
【００６７】
ナノピラーは、現在の磁気記録ディスクの記録フォーマットに対応できるように、配列されて構成されるのが良い。また、各ピラー間は、図１７，１９，２０，２１に示すように、保護膜２により間隙が埋められていることが望ましい。
【００６８】
図１７および図１９のように層面内に磁化がある場合、実施例１，２と同様に金属探針のトンネル電流や、反射偏光強度の偏光依存性利用して磁化を検出することができる。また、図２０、図２１のように層面に垂直に磁化がある場合、実施例３と同様に反射偏光強度の偏光依存性利用して磁化を検出することができる。
【００６９】
［実施例８］
図２２は、本発明の実施例５に相当する磁気記録装置の構成概要を示す斜視図である。
前述の各実施例で説明した多層膜４１、例えば、強磁性層１、保護膜２、基板１００から成る多層膜４１を、円板状の記録媒体７０として形成する。また、実施例７で述べたように、記録層をドット状のパターンとしてもよい。これまでの実施例で述べた、金属探針もしくは金属板、入射偏光発生手段、反射光検出手段は、アーム７２の先端部に設けられたスライダ６の下部に取り付けられる。７３はアーム７２の回転支持軸であり、アーム７２は一般の磁気ディスク装置と同様の機構により位置制御され、円板状の記録媒体７０を一般の磁気ディスク装置と同様にスピンドルモータ８１により回転中心７１を軸として回転させると、空気力学的な作用によりスライダ６は所定の距離だけ浮上する。したがって、スライダ６は多層膜４１に対向して、前述の実施例で説明したと同様に、ほぼ一定の距離をもって多層膜４１に対向配置される。
【００７０】
円板状記録媒体７０に書き込まれた磁化方向が媒体面内を向いている場合、実施例１もしくは２で述べた方法により書き込まれた磁化方向を読み取ることが可能である。ただし実施例１，２で述べたように、書き込まれた磁化方向と入射光の入射面が平行になるように入射光学系もしくは記録磁化方向を調整する必要がある。また、媒体面に垂直に磁化が向いている場合、実施例３で述べた方法により書き込まれた磁化方向を読み取ることが可能である。金属探針によるトンネル電流を用いて磁化を読み取る場合、多層膜４１は導電性があり、導電性回転軸７１を通じて接地されている。
【００７１】
信号発生器１１により発生した変調信号に基づき電源１０により生成された変調電圧１４により、入射光の偏光状態は、Aの状態とBの状態に変調される。変調信号１５と、トンネル電流信号もしくは反射偏光強度信号８０は、ロックインアンプ１２に入力され、信号８０中の変調周波数成分１７だけが検出され、その正負から読み取り制御器８２により円板状記録媒体７０に書き込まれた磁化情報が読み取られる。読み取り制御器から出される制御信号８４によりアーム制御用モータ８３を制御し、読み取り位置を制御することができる。
【００７２】
図２３は、読み取り位置の制御を説明する図である。読み取り位置の制御に当たっては、検出信号の位置依存性を用いて、記録位置のサーボ信号とすることが可能である。円板状記録媒体７０において、磁化が記録されている記録マーク８７の部分からは、実施例１，２，３で述べたように大きな偏光依存性の信号が得られるが、磁化が記録されていない部分には偏光依存性はない。したがって、例えば図２３に示すように、記録マーク８７として千鳥格子パターンなどの位置検出パターンを書き込むと、読み取り位置がトラック８６からずれるとサーボ信号強度が減少する。この信号振幅差からトラック８６の位置を検出することが可能である。
【００７３】
さらに、スライダ６に書き込み用磁気ヘッド８５を装着することで、一般の磁気ディスク装置と同様の磁気記録再生装置が実現できる。
【００７４】
図２４は、金属探針を用いた磁化読み取り方法に基づく磁気記録再生装置のスライダ６の概要を示す図である。読み取り用の金属探針５と書き込み用の磁気ヘッド８５が、スライダ６の下部に取り付けられている。半導体レーザ９０から出射された光は、偏光板９１、位相板９２、導波路９３、変調器９４を通り、金属探針５の先端部に照射される。導波路９１の端面９５を適当な角度で切っておくと屈折により光路が曲がるため、金属探針５の先端部に効率良く光を照射することが可能である。また、この端面９５に適当な曲率を持たせることで、レンズ効果により金属探針５の先端部に効率良く光を照射することができる。変調器９４は、電界により屈折率を変調できるポッケルスセルであり、実施例１で述べたように偏光変調を行うことでトンネル電流を測定することにより、多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することが可能である。また、図２５に示すように、偏光板９８、光検出器９９を装着することで、実施例２で述べたように反射偏光強度を測定して多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することができる。
【００７５】
図２６は、金属探針５の代わりに、金属膜の尖鋭パターン９６を金属探針として用いたスライダを示す図である。９７はこの尖鋭パターン金属膜９６を右方向から見た図であり、尖鋭パターン金属膜９６の尖った先端は、多層膜４１に対向するように位置付けられている。この尖鋭パターン９６は、例えばＡｕで作成することができ、レジストパターニング、イオンミリング、レジスト除去等の半導体製造に広く用いられているリソグラフィー技術により形成したのち、スライダ６に接着しても良い。同様に、偏光変調を行うことでトンネル電流を測定することにより、多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することが可能である。また、図２７に示すように、金属膜の尖鋭パターン９６の裏面に偏光板９８、光検出器９９を装着することで、実施例２で述べたように反射偏光強度を測定して多層膜４１に記録された磁化の向きを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１による磁化検出装置を示す概念図。
【図２】図１を右側面から見た図。
【図３】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の変化率を示す図であり、（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合の図、（ｂ）は反平行な場合の図。
【図４】（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が入射光の入射方向に反平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図５】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の大きさの差を示す図。
【図６】本発明の実施例２による磁化検出装置を示す概念図。
【図７】本発明の実施例３による磁化検出装置を示す概念図。
【図８】金属板の上面図。
【図９】図７を右側面から見た図。
【図１０】入射光の偏光状態を変化させた時の入射面に平行方向の電界の二乗の変化率を示す図であり、（ａ）は磁化が上向きの場合の図、（ｂ）は磁化が下向きの場合の図。
【図１１】（ａ）は磁化が上向きの場合の入射面に平行方向の反射偏光強度の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が下向きの場合の入射面に平行方向の反射偏光強度の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図１２】偏光状態を変化させた時の探針方向電界の二乗の大きさの差を示す図。
【図１３】本発明の実施例４による磁化検出装置を示す概念図である。
【図１４】（ａ）は磁化が入射光の入射方向に平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｂ）は磁化が入射光の入射方向に反平行な場合のトンネル電流の時間変化を示す図、（ｃ）は入射偏光状態の時間変化を示す図。
【図１５】本発明の実施例５による磁化検出装置を示す概念図。
【図１６】本発明の実施例６による磁化検出装置を示す概念図。
【図１７】ナノピラーの構造を示す図。
【図１８】ナノピラーの構造を示す鳥瞰図。
【図１９】ナノピラーの構造を示す図。
【図２０】ナノピラーの構造を示す図。
【図２１】ナノピラーの構造を示す図。
【図２２】磁気記録装置の構成概要を示す斜視図。
【図２３】読み取り位置の制御を説明する図。
【図２４】スライダの概要を示す図。
【図２５】スライダの概要を示す図。
【図２６】スライダの概要を示す図。
【図２７】スライダの概要を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１…強磁性層、２…保護膜、３，４…磁化、５…金属探針、６…スライダ、７…電流計、８…変調器、９…レンズ、１０…電源、１１…信号発生器、１２…ロックインアンプ、１３…信号読み取り器、１４…変調電圧、１５…変調信号、１６…トンネル電流信号、１７…変調周波数成分，１８…位相板、１９，２０…偏光板、２１…光検出器、２２…反射偏光強度信号、２５…支え、２６…半球型レンズ、３０…金属板、３１，３２，３３，３４…金属片、４１…多層膜、４２…非磁性層、４３…強磁性層、４４…反強磁性層、５０…磁気記録媒体、６０〜６７…ナノピラー、７０…円板状記録媒体、７１…回転軸、７２…アーム、７３…アーム回転軸、８０…検出信号、８１…スピンドルモータ、８２…読み取り制御器、８３…アーム制御用モータ、８４…アーム制御信号、８５…磁気ヘッド、８６…トラック、８７…記録マーク、９０…半導体レーザ、９１…偏光板、９２…位相板、９３…導波路、９４…変調器、９５…導波路端面、９６，９７…尖鋭パターン、９８…偏光板、９９…光検出器、１００…基板、１２０…入射光、１２１…半導体レーザ、１２２…反射光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体に対向して金属探針を配置し、前記金属探針が対向している前記記録媒体の領域に偏光状態を変調した入射光を照射し、前記金属探針と前記記録媒体表面との間に流れるトンネル電流の変化、もしくは前記金属探針と前記記録媒体の表面から反射される反射光の偏光強度の変化により前記金属探針が対向している記録媒体の領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁化検出方法において、前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす直線偏光を交互に入射させることを特徴とする磁化検出方法。
【請求項３】
面内磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体と、
前記記録媒体に対向して配置された金属探針と、
光源と、
前記光源からの光を、前記記録媒体の前記金属探針が対向している領域に入射させる手段と、
前記光源から出射されて前記記録媒体に入射する入射光の偏光状態を変調する変調手段と、
前記金属探針と前記記録媒体の表面との間に流れるトンネル電流もしくは前記記録媒体の表面で反射された反射光の偏光強度を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段によって検出した、前記入射光の偏光状態の変調に起因する前記トンネル電流の変化もしくは前記反射光の偏光強度の変化により、前記記録媒体の前記金属探針が対向している領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記変調手段は、前記入射光の偏光方向を前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす方向に交互に変えることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項５】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記記録媒体は、基板上に強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造、もしくは基板上に反強磁性層、強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項６】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記磁気記録層は、記録される情報単位に空間的に分割された磁化領域を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項７】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記記録媒体を回転駆動する駆動手段と、一端が回転可能に支持され他端が前記記録媒体上に延伸されたアームと、前記アームの先端に設けられたスライダとを有し、前記金属探針は前記スライダに設けられており、前記記録媒体の回転により前記スライダが浮上して前記金属探針と前記記録媒体との距離がほぼ一定に維持されることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項８】
請求項７記載の磁化検出装置において、前記スライダは、前記光源からの光を前記金属探針の先端付近に導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項９】
請求項７記載の磁化検出装置において、前記金属探針は前記スライダに設けられた先鋭な先端を有する金属パターンからなり、前記金属パターンの先端に前記光源からの光を導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１０】
層面に垂直な磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体と、
前記記録媒体に対向して配置され、ギャップを介して相対する金属片を有する金属板と、
光源と、
前記光源からの光を、前記記録媒体の前記金属板が対向している領域に入射させる手段と、
前記光源から出射されて前記記録媒体に入射する入射光の偏光状態を変調する変調手段と、
前記記録媒体の表面で反射された反射光の偏光強度を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段によって検出した、前記入射光の偏光状態の変調に起因する前記反射光の偏光強度の変化により、前記記録媒体の前記金属探板が対向している領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記変調手段は、前記入射光の偏光方向を前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす方向に交互に変えることを特徴とする磁化検出方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記記録媒体は、基板上に強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造、もしくは基板上に反強磁性層、強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記磁気記録層は、記録される情報単位に空間的に分割された磁化領域を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記記録媒体を回転駆動する駆動手段と、一端が回転可能に支持され他端が前記記録媒体上に延伸されたアームと、前記アームの先端に設けられたスライダとを有し、前記金属板は前記スライダに設けられており、前記記録媒体の回転により前記スライダが浮上して前記金属板と前記記録媒体との距離がほぼ一定に維持されることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁化検出装置において、前記スライダは、前記光源からの光を前記金属板の前記ギャップに導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１】
面内磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体に対向して金属探針を配置し、前記金属探針が対向している前記記録媒体の領域に偏光状態を変調した入射光を照射し、前記金属探針と前記記録媒体表面との間に流れるトンネル電流の変化、もしくは前記金属探針と前記記録媒体の表面から反射される反射光の偏光強度の変化により前記金属探針が対向している記録媒体の領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁化検出方法において、前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす直線偏光を交互に入射させることを特徴とする磁化検出方法。
【請求項３】
面内磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体と、
前記記録媒体に対向して配置された金属探針と、
光源と、
前記光源からの光を、前記記録媒体の前記金属探針が対向している領域に入射させる手段と、
前記光源から出射されて前記記録媒体に入射する入射光の偏光状態を変調する変調手段と、
前記金属探針と前記記録媒体の表面との間に流れるトンネル電流もしくは前記記録媒体の表面で反射された反射光の偏光強度を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段によって検出した、前記入射光の偏光状態の変調に起因する前記トンネル電流の変化もしくは前記反射光の偏光強度の変化により、前記記録媒体の前記金属探針が対向している領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記変調手段は、前記入射光の偏光方向を前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす方向に交互に変えることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項５】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記記録媒体は、基板上に強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造、もしくは基板上に反強磁性層、強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項６】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記磁気記録層は、記録される情報単位に空間的に分割された磁化領域を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項７】
請求項３記載の磁化検出装置において、前記記録媒体を回転駆動する駆動手段と、一端が回転可能に支持され他端が前記記録媒体上に延伸されたアームと、前記アームの先端に設けられたスライダとを有し、前記金属探針は前記スライダに設けられており、前記記録媒体の回転により前記スライダが浮上して前記金属探針と前記記録媒体との距離がほぼ一定に維持されることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項８】
請求項７記載の磁化検出装置において、前記スライダは、前記光源からの光を前記金属探針の先端付近に導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項９】
請求項７記載の磁化検出装置において、前記金属探針は前記スライダに設けられた先鋭な先端を有する金属パターンからなり、前記金属パターンの先端に前記光源からの光を導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１０】
層面に垂直な磁化の方向により情報が記録された磁気記録層を有する記録媒体と、
前記記録媒体に対向して配置され、ギャップを介して相対する金属片を有する金属板と、
光源と、
前記光源からの光を、前記記録媒体の前記金属板が対向している領域に入射させる手段と、
前記光源から出射されて前記記録媒体に入射する入射光の偏光状態を変調する変調手段と、
前記記録媒体の表面で反射された反射光の偏光強度を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段によって検出した、前記入射光の偏光状態の変調に起因する前記反射光の偏光強度の変化により、前記記録媒体の前記金属探板が対向している領域の磁化の方向を検出することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記変調手段は、前記入射光の偏光方向を前記記録媒体の面に垂直な方向に対して±θの角度をなす方向に交互に変えることを特徴とする磁化検出方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記記録媒体は、基板上に強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造、もしくは基板上に反強磁性層、強磁性層、非磁性層、強磁性層が形成された多層膜構造を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記磁気記録層は、記録される情報単位に空間的に分割された磁化領域を有することを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の磁化検出装置において、前記記録媒体を回転駆動する駆動手段と、一端が回転可能に支持され他端が前記記録媒体上に延伸されたアームと、前記アームの先端に設けられたスライダとを有し、前記金属板は前記スライダに設けられており、前記記録媒体の回転により前記スライダが浮上して前記金属板と前記記録媒体との距離がほぼ一定に維持されることを特徴とする磁化検出装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁化検出装置において、前記スライダは、前記光源からの光を前記金属板の前記ギャップに導波し、入射する手段を有することを特徴とする磁化検出装置。
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００７−１０２８９９（Ｐ２００７−１０２８９９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９０２５５（Ｐ２００５−２９０２５５）
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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