CN100437753C - 旋转极化电子的磁性介质及其上记录数据的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种使用旋转极化电子的磁性介质、在该磁性介质上记录数据的装置和方法。该磁性介质包括一个极化层和一个磁性记录层。极化层旋转极化电子。在磁性记录层，磁化方向依赖电子的极化方向而改变。数据记录装置一个光源和一个探针。光源辐射圆形偏振光，探针把被圆形偏振光旋转极化的电子注射进磁性介质，并为了在磁性介质上记录数据改变磁性介质的磁化方向。因为磁化方向用旋转极化电子来调整，所以能实现快速的数据记录。
Description
本申请是申请日为2003年10月14日、申请号为200310102677.8、发明名称为“旋转极化电子的磁性介质及其上记录数据的装置和方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种磁性介质，和在该磁性介质上记录数据的装置和方法，尤其涉及一种使用旋转依赖的电子散射的磁性介质、在该磁性介质上记录数据的装置和方法。
背景技术
在传统的数据存储设备中，如果用磁性介质作为记录媒体，通过反转由磁场引起的磁化方向来在磁性记录介质上存储数据。当传统的数据存储设备的记录密度增加时，一个小块也就是最小的记录单元就要变得更小，因此，为了记录数据的磁场也必须减小以致于相应于该小块在很小的面积上聚焦。然而，相反的一面是，随着在磁性层的磁各向异性的尺寸上的增加，用来反转磁性层磁化的磁场强度也必须增加。
为了克服传统技术的技术问题，美国专利NO.6,304,481公开了一种用旋转极化电子存储数据的方法和装置。
附图1是在上述美国专利中公开的数据存储装置的截面图。参照附图1，该公开的数据存储装置包括一个控制单元1，一个带尖端2b的旋转极化电子源40，一个吸取器4，准直器6、7与9，静电透镜10、11与12，和绝缘件5与8。数据存储装置还包括消隐元件13、粗调和微调的微偏转板14和15、电子探测器16、数据存储层17和衬底18。
控制单元1通过ADDRESS IN、DATA IN和DATA OUT端子从一个外部装置(未示出)接收控制信号和数据，并按必要的协议解码接收的控制信号和数据。控制单元1逐步处理各种控制反应和数据，并将它们返回到外部装置。
包含尖端2b的电子源40，提供旋转极化电子3，尖端2b收集电子。吸取器4从尖端2b吸出旋转极化电子，准直器6、7和9把旋转极化电子3准直为旋转极化电子束19。静电透镜10、11和12聚焦旋转极化电子束19，粗调和微调的微偏转板14和15各自把旋转极化电子束19导向在数据存储层17的某个部分中生成的一个磁场，数据是在数据存储层存储的。
数据存储层17包括大量的排列区域22和被绝缘体28与数据存储层电子17电绝缘的电导材料27。
控制单元1给电子源40提供电势V1，并给电子源40提供电势V2-V5以获得旋转极化电子3和旋转极化电子束19的期望的特性。电势V6-V8由控制单元1分别地提供给静电透镜10、11和12来通过透镜孔径产生静电场。电势V12-V19由控制单元1提供给象散校正器25的一端。控制单元1提供一个信号S19给电子源40来确定旋转极化电子3的旋转极化方向，并提供信号S2-S9和S10-S17级粗调和微调的微偏转板14和15，分别来导向射向数据存储层17的旋转极化电子束19。并且控制单元1也提供信号S1给消隐元件13并为从此处读取数据而交替地检测信号S18和S20。
已公开的数据存储装置，为了在特定的数据区域聚焦电子束，必须精密地调整电势。精密的调整电势是不容易的，并且从记录数据的地方精确地输出信号也不容易，这将导致数据再现困难。并且，由于使用传统的磁性介质，限制着磁性介质数据记录密度的增加，并且已公开的数据存储装置的结构复杂。
发明内容
本发明提供一种高密度、大容量的用接收到的单旋转方向的电子在其上记录数据的磁性记录介质，和高速地用探针向磁性介质注射电子的装置和方法。
依照本发明的一个方面，提供一种包括一个光源和一个探针的记录装置。光源辐射圆形的偏振光。探针通过将圆形的偏振光旋转极化的电子注射进磁性介质，并改变磁性介质的磁化方向以在磁性介质上记录数据。
依照本发明的这个方面，光源是激光。
依照本发明的这个方面，也提供一种包括在其尖端罩有磁性薄膜的一个探针的数据记录装置，该磁性薄膜旋转极化电子，探针注射电子进入一个磁性介质，并改变磁性介质的一个磁性记录层的磁化方向以在磁性介质上记录数据。
依照本发明的这个方面，提供一种包括一个磁性介质和一个探针的记录装置。该磁性介质包括一个用于旋转极化电子的极化层和一个记录层。记录层的磁化方向随着电子旋转极化方向而改变。探针在磁性介质上记录数据。
依照本发明的另一个方面，提供一种包括一个旋转极化(spinpolarized)电子的极化层和一个磁性记录层的磁性介质，在记录层中磁化方向根据电子的旋转极化方向而改变。
依照本发明的另一个更进一步的方面，提供一种数据记录方法，该方法包括用一个探针注射旋转极化电子进一个磁性介质，和通过依照电子的旋转极化方向改变磁性介质一个记录层的磁化方向来在磁性介质上记录数据。
依照本发明的另一个更进一步的方面，电子被圆形偏振光旋转极化，该圆形偏振光是激光。
依照本发明的另一个更进一步的方面，探针有一个罩有能极化电子的薄膜的尖端。
依照本发明的另一个更进一步的方面，提供一种记录数据的方法，该方法包括准备一个有一个记录层和一个极化层的磁性介质和一个当其在磁性介质上移动时记录数据的探针，用极化层极化电子和通过依照电子的旋转极化方向改变磁性介质记录层的磁化方向来在磁性介质上记录数据。
依照本发明的另一个更进一步的方面，电子通过探针或磁性介质来注射。
依照本发明的另一个更进一步的方面，每一磁性记录层和极化层有纵向的磁各向异性和正交方向上的磁各向异性的其中之一。
依照本发明的另一个更进一步的方面，磁性记录层和极化层是连续的薄膜，其上各个小块连续排列，或完全或部分形成图案。
依照本发明的另一个更进一步的方面，磁性记录层和极化层是它们的各小块是由极小微粒形成的薄膜。
依照本发明的另一个更进一步的方面，在极化层或在磁性记录层上有一个氧化层，电子贯穿该氧化层，进一步形成在磁性记录层和极化层之间的界面上、或形成在极化层上、或形成在磁性记录层上。
依照本发明的另一个更进一步的方面，在磁性记录层和极化层之间的界面上进一步形成一个金属层。
如上所述，关于本发明的磁性介质有它的极化方向被旋转动力和旋转极化电子的旋转-旋转扭矩改变的磁性记录层。在有关本发明的数据记录装置的方法中，有单旋转方向的电子被注射进磁性介质，因此，由于该数据记录装置结构简单能实现数据的快速记录。
附图说明
参照具体实施例中的附图，本发明的上述和其它特点和优点将通过实施例的具体描述而显得更加清楚，其中：
附图1是已公开的美国专利NO.6,304,481的数据记录装置的截面图；
附图2是关于本发明第一个实施例的数据记录装置的框图；
附图3是关于本发明第二个实施例的数据记录装置的框图；
附图4A显示的是关于本发明的第三实施例的磁性介质和本发明第三实施例的在磁性介质上记录数据的数据记录装置的框图；和
附图4B显示的是关于本发明的第四实施例的磁性介质和本发明第四实施例的在磁性介质上记录数据的数据记录装置的框图。
具体实施方式
参照附图2，关于本发明第一个实施例的数据存储装置包括磁性介质115，探针111和控制器117。磁性介质115由基底115b和形成在基底115b的上表面磁性记录层115a组成。探针111由尖端111a和一端安装有尖端111a的悬臂梁111b组成。控制器117不但和探针111而且和磁性介质115电连接，并给探针111提供电流。
为了在磁性介质115的磁性记录层115a记录数据，探针111同磁性记录层115a相接触，控制器117提供电压给尖端111a。这时，尖端111a激发出的电子都被从安装在探针111上的光源113辐射出的左旋或右旋的圆形偏振光旋转极化成一个方向。旋转极化电子从尖端111a发出并注射进磁性记录层115a。每个电子的旋转动力或旋转-旋转扭矩被传输到磁性记录层115a的小块上来改变这些小块的磁化方向。
尖端111a可以是一个传统的半导体尖端或金属导体尖端。悬臂梁依靠从控制器117接收到的信号类型来改变尖端111a的位置。控制器117可以包括通常的控制悬臂梁111b的位置的电路，并可以调整电流的量。
磁性记录层115a可以由有纵向或正交方向上的磁各向异性的铁磁材料形成或者是连续薄膜或一整块有极小的微粒形成的众多块的薄膜。磁性记录层115a可以完全或者部分形成图案。有单向磁化方向的磁性层可以进一步形成在基底115b和磁性记录层115a之间的界面上。
光源113可以用激光和进一步包括能产生圆形偏振光的起偏镜。电流被按照圆形偏振光的方向旋转极化，然后磁性记录层115a的磁化方向依靠旋转极化的方向变化。
附图3是关于本发明第二实施例的数据记录装置和方法的框图。参照附图3，数据存储装置包括：探针121，磁性介质125和控制器127。探针121有一个罩一个有着单向磁化方向的磁性薄膜的尖端121a。磁性介质125包括磁性记录层125a。当被磁性薄膜123按一个方向旋转极化的电子从探针121被引导磁性介质125时，跟探针121相接触的磁性记录层125a上的那块的磁化方向被与电子的旋转极化方向相一致而排列。控制器127提供电流给探针121以致于电子能被导引进探针121。换言之，旋转极化电子用被传输到磁性记录层125a的旋转动力或者旋转一旋转扭矩来改变磁性记录层125a的磁化方向。磁性介质125可以是通常的磁性介质也可以是有磁性记录层的任何磁性介质。磁性记录层125a可以有由极小微粒形成的众多小块。
附图4A显示的是关于本发明的第三实施例的磁性介质135和关于包含磁性介质135的本发明第三实施例的数据记录装置的框图。参照附图4A，关于本发明的第三实施例的磁性介质135包括基底135b、形成在基底135b的上表面的磁性记录层135a和形成在磁性记录层135a的上表面的极化层134。极化层134是有单磁化方向磁性层，从探针131射出的旋转极化电子被按一个方向接收，并传输旋转极化电流到磁性记录层135a。磁性记录层135a可以是连续的薄膜，那里各块连续排列，或是完全或是部分的形成图案。小块可以由极小微粒形成。各块的磁化方向根据被极化层134旋转极化的电子的旋转极化方向而改变，因此数据被记录在磁性记录层135a上。
关于本发明第三实施例的数据记录装置在磁性介质135上记录数据。为达到此目的，加上磁性介质135，数据记录装置包括探针131和控制器137。探针131包括一个通常的导体尖端131a和一端连接有尖端131a的悬臂梁131b。控制器117提供电流给探针131，并为了在磁性记录层135a的各个小块上记录数据而在极化层134的上面移动悬臂梁131b。尖端131a、磁性介质135和控制器137形成一个电路，电子被通过尖端131a注射到磁性介质135。接收到的电子被磁性介质135的极化层134旋转极化。磁性记录层135a的各块的磁化方向根据电子的旋转极化方向而改变，因此数据被记录在磁性记录层135a上。
如果极化层134和磁性记录层135a的磁化方向不同，电子通过尖端131a被注射进磁性介质135。被注射的电子在通过极化层134时按极化层134的磁化方向被旋转极化。磁性记录层135a的各块的磁化方向根据被注射的电子的旋转极化方向而改变，因此数据被记录。如果极化层134和磁性记录层的磁化方向相同，电子通过基底136被注射进磁性介质135。在被注射的电子当中的与极化层134的旋转极化方向相同的电子渗透到磁性记录层135a和极化层134。另一方面，与极化层134的旋转极化方向不同的电子从极化层134返回到磁性记录层135a，并且磁性记录层135a的各块的磁化方向为记录数据根据返回电子的旋转极化方向而改变。
附图4B显示的是关于本发明第四实施例的磁性介质145和另一个关于本发明第四实施例的数据记录装置的框图，数据被记录在磁性介质145上。与附图4A的磁性介质135对照，附图4B的磁性介质145有一个在其中磁化层和磁性记录层位置颠倒的结构，也就是，磁性记录层145a形成在极化层144上。在这个颠倒的结构中，电子从一个相反的路径被注射到磁性介质145。导体探针和控制电路同图4A中的探针131和控制器137相同，可以用作探针141，它能注射电子到记录介质145，和控制器147，它能给探针141提供电流。标号141a表示一个尖端，标号141b表示一个支撑尖端141a的一个悬臂梁。
如果极化层144和磁性记录层145a的磁化方向相同，电子通过尖端141a被注射进磁性介质145。在被注射的电子当中的与极化层144的旋转极化方向相同的电子渗透到磁性记录层134a和极化层144。另一方面，与极化层144的旋转极化方向不同的电子从极化层144返回到磁性记录层145a，并且磁性记录层145a的各块的磁化方向为记录数据根据返回电子的旋转极化方向而改变。如果极化层144和磁性记录层145a的磁化方向不同，电子通过基底145b被注射进磁性介质145。被基底145b传输的电子在通过极化层144时被旋转极化。与探针141相接触的磁性记录层145a的各块的磁化方向被按照电子的旋转极化方向而排列。
关于本发明第三和第四实施例的数据记录装置包括探针131和探针141，分别从关于本发明第三和第四实施例的磁性介质135和145上再现数据。并且，数据记录装置为了在磁性介质135和145上记录数据，按照不同的极化层134和144与磁性记录层135a和145a的排列在不同方向上注射电子进磁性介质135和145。
在本发明中，在一个方向上旋转极化电子包括了光源探针和极化层，并且磁性记录层的磁化方向按照电流的旋转极化的方向被排列。这样，能实现快速记录。
尽管本发明参照其中的实施例被部分的显示和描述，但是，本领域普通技术人员可以理解，可以对本发明进行形式上和细节上的改变并没有脱离在权利要求范围内。
如上所述，在关于本发明的包括极化层的磁性介质、在该磁性介质上记录数据的装置和方法中，通过磁性记录层的各块的磁化方向根据电子的旋转极化方向改变能实现快速记录。
Claims (31)
1.一种数据记录装置，包括：
一种磁性介质，该磁性介质包括一个用于旋转极化电子的极化层和一个磁性记录层，所述磁性记录层的磁化方向根据电子的旋转极化方向而改变；
一个探针，该探针在该磁性介质上记录数据；以及
控制器，电连接到该探针和该磁性介质，且向该探针提供电流。
2.如权利要求1所述的数据记录装置，其中当所述极化层和所述磁性记录层的磁化方向不同时，电子从所述极化层流到所述磁性记录层从而改变所述磁性记录层的小块的磁化。
3.如权利要求1所述的数据记录装置，其中当所述极化层和所述磁性记录层的磁化方向相同时，电子从所述磁性记录层流到所述极化层从而改变所述磁性记录层的小块的磁化。
4.如权利要求1所述的数据记录装置，其中磁性记录层和极化层中的每层有纵向上和正交方向上的磁各向异性中的其中之一。
5.如权利要求1所述的数据记录装置，其中磁性记录层和极化层是连续的薄膜。
6.如权利要求1所述的数据记录装置，其中磁性记录层和极化层是完全或部分图案化的薄膜。
7.如权利要求1所述的数据记录装置，其中磁性记录层和极化层是薄膜，该薄膜的小块由极小微粒形成。
8.如权利要求1所述的数据记录装置，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层和极化层之间的界面上。
9.如权利要求1所述的数据记录装置，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在极化层上。
10.如权利要求1所述的数据记录装置，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层上。
11.如权利要求1所述的数据记录装置，其特征在于，进一步包括一个形成在磁性记录层和极化层之间界面上的金属层。
12.一种磁性介质，包括：
一个旋转极化电子的极化层；和
一个磁性记录层，在其中，磁化方向依赖电子的旋转极化方向而改变。
13.如权利要求12所述的磁性介质，其中磁性记录层和极化层中的每层有纵向上和正交方向上的磁各向异性中的其中之一。
14.如权利要求12所述的磁性介质，其中磁性记录层和极化层是连续的薄膜。
15.如权利要求12所述的磁性介质，其中磁性记录层和极化层是完全或部分图案化的薄膜。
16.如权利要求12所述的磁性介质，其中磁性记录层和极化层是薄膜，该薄膜的小块由极小微粒形成。
17.如权利要求12所述的磁性介质，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层和极化层之间的界面上。
18.如权利要求12所述的磁性介质，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在极化层上。
19.如权利要求12所述的磁性介质，其特征在于，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层上。
20.如权利要求12所述的磁性介质，其特征在于，进一步包括一个形成在磁性记录层和极化层之间界面上的金属层。
21.一种数据记录方法，该方法包括：
准备一种带有一个记录层和一个极化层的磁性介质和一个在该磁性介质上移动时记录数据的探针；和
用极化层旋转极化电子，和利用依照电子的旋转极化方向改变磁性记录层的磁化方向而在磁性介质上记录数据。
22.如权利要求21所述的数据记录方法，其中电子通过探针注射。
23.如权利要求21所述的数据记录方法，其中电子通过磁性介质注射。
24.如权利要求21所述的数据记录方法，其中磁性记录层和极化层中的每层有纵向上和正交方向上的磁各向异性中的其中之一。
25.如权利要求21所述的数据记录方法，其中磁性记录层和极化层是连续的薄膜。
26.如权利要求21所述的数据记录方法，其中磁性记录层和极化层是完全或部分图案化的薄膜。
27.如权利要求21所述的数据记录方法，其中磁性记录层和极化层是薄膜，该薄膜的小块由极小微粒形成。
28.如权利要求21所述的数据记录方法，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层和极化层之间的界面上。
29.如权利要求21所述的数据记录方法，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在极化层上。
30.如权利要求21所述的数据记录方法，进一步包括一个氧化层，电子贯穿该氧化层，该氧化层形成在磁性记录层上。
31.如权利要求21所述的数据记录方法，进一步包括一个形成在磁性记录层和极化层之间界面上的金属层。
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