JP2000339660A - 熱磁気記録媒体、熱磁気記録再生方法及び熱磁気記録再生装置 - Google Patents

熱磁気記録媒体、熱磁気記録再生方法及び熱磁気記録再生装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光スポットを減少させずとも高密度な記録再
生が可能な熱磁気記録媒体、熱磁気記録再生方法及び熱
磁気記録再生装置を提供する。 【解決手段】 該熱変化層の熱伝導率変化が金属絶縁体
転移により誘起され、その熱伝導率が転移温度を挟み低
温側で大きく、高温側で小さくなることを特徴とする熱
磁気記録媒体と、記録温度あるいは再生温度を光スポッ
ト径位置での記録媒体の温度よりも高くするとともに、
該熱変化層の熱伝導率変化温度以上にすることを特徴と
する熱磁気記録再生方法さらに、上記熱磁気記録媒体と
上記熱磁気記録再生方法と光ピックアップ及び磁気ヘッ
ドとを備えた熱磁気記録再生装置から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱及び磁気を用いな
がら情報を記録し熱を用いながら光あるいは磁気信号を
再生する熱磁気記録媒体、熱磁気記録再生方法及び熱磁
気記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、DVD(Digital-Versatile-Dis
k)や光磁気ディスクに代表されるように光メモリの高
密度化は著しく、既に数Gbit/in2以上の記録密
度が実現されているが、動画等を収めることを目的とし
たいわゆるホームサーバ用ストレージデバイスとして
は、更なる高密度化による大容量化が求められている。
【0003】これらの光メモリは、基本的にはレーザー
光等を照射することにより形成される光スポット径(よ
り正確には光スポットが形成する温度分布)により記録
密度が規定されるため、より小さな光スポット径(光強
度が1/e2になる範囲と規定する)の形成を目指した
青紫色レーザの開発による光源の短波長化やSIL(So
lid-Immersion-Lens)によるNA(開口数)の拡大が進
められている。
【0004】さらに、このような光スポット径の縮小技
術の他にも、光磁気メモリにおいては光スポットが形成
する温度分布と磁気媒体の温度特性を巧みに利用した磁
気的超解像技術により高密度化が進められている。
【0005】また、光磁気メモリ以外にも、光技術と磁
気技術を融合した新たな高密度磁気メモリが提案されて
いる。例えば、特許公報2617025号公報には、
「室温に補償点を有するフェリ磁性体を用いて、記録再
生時に光ビームを照射し昇温する」ことで、光スポット
径と同等な狭いトラックの記録再生を幅の広い磁気ヘッ
ドを用いてクロストークなく行えることが記載されてい
る(以下、光アシスト磁気メモリと呼ぶ)。
【0006】上記の光磁気メモリや光アシスト磁気メモ
リのように記録再生において、熱と磁気をともに用いる
記録(以下、熱磁気記録と呼ぶ)においては、媒体の温
度分布を制御することがその高密度化において有力な手
法になると考えられる。
【0007】このような媒体の温度分布を制御する手法
としては、各層の熱伝導率自体を材料により設計する例
が多数見られるが、「温度によって熱伝導率が変化する
層」(以下、熱変化層と称す)を用いるという提案がな
されている。
【0008】例えば、特開平2−304750号公報に
おいては、光磁気媒体における例として、隣り合ったビ
ット間の熱干渉によるC/N(carrier to noise rati
o)の低下を防ぐために「磁気変態点温度付近で熱伝導特
性が低下する」反射膜を設けると記載されており、この
熱変化層として、反強磁性材料であるCr膜の磁気相転
移(ネール温度=170℃)を用いることが開示されて
いる。
【0009】同様に、光磁気媒体における例として、特
開平3−209649号公報には、「温度上昇に伴って
熱伝導率が低下する材料からなる記録補助膜」を用いる
ことで「レーザ光を照射した領域の温度勾配の変化を制
御する」と記載されており、この熱変化層として、Ti
N膜やZrN膜やSnO2膜を用いることが開示されて
いる。
【0010】また、特開平10−40580号公報にお
いては、相変化光媒体における例ではあるが、「光強度
の増加に伴って熱伝導率が変化する」熱変化層を用いる
ことで「動作パワーマージンを確保しながら記録マーク
サイズを小さくして」高密度化を図ることが記載されて
おり、この熱変化層として、「低融点金属」を用いること
が開示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では熱変化層の「熱伝導率変化」を実現する原理
自体に問題が存在することを見出した。◆すなわち、C
r膜の磁気変態点を使う従来例では、磁気変態点近傍の
み比熱が変化することを原理としているために、熱変化
層の変化温度を挟みその周辺温度で熱伝導率が高くなる
ため、記録時にはビット形状が変形するという問題を、
再生時には磁気的超解像におけるアパーチャ形状が変形
するという問題を発生させる。
【0012】また、TiN膜やZrN膜やSnO2膜を
使う例では、(1)熱伝導変化率が滑らかに起こりかつ
変化が小さい。すなわち、光スポット内の温度分布にお
いて急峻な変化を得ることは難しい。
【0013】一方、低融点金属の固体−液体間の相転移
を使う例では、急峻な熱伝導率変化は得られるものの材
料の溶融変化を熱伝導率変化の原理とするため溶融に伴
う膜厚変化、他層への拡散などから繰り返し回数に制限
があり、(2)信頼性が問題となる。特に、媒体の高信
頼性を特長としている光磁気メモリや熱磁気記録媒体に
おいては、この熱変化層の繰り返し回数の問題によって
著しくその信頼性が損なわれ、メディアの特長自体を否
定してしまうため大きな問題である。
【0014】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、(1)急峻な温度変化が得られ、かつ
(2)信頼性の高い熱変化層を用いることにより、熱磁
気記録媒体の温度分布を制御し、光スポットよりも狭小
なトラックでの記録再生を実現でき、光スポットを減少
させずとも高密度な記録再生が可能な熱磁気記録媒体、
熱磁気記録再生方法及び熱磁気記録再生装置を提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、熱伝導
率変化がキャリヤー(電子や正孔)の熱伝導率と格子の
熱伝導率の和で表わされることに着目し、ある種の固相
−固相間相転移が熱変化層として適していることを見出
し、急峻な熱伝導率変化が記録再生温度範囲において得
られる信頼性の高い熱変化層を備えた熱磁気記録媒体、
熱磁気記録再生方法及び熱磁気記録再生装置により高密
度記録を達成する。
【0016】すなわち、上記目的を達成するために、本
願による熱磁気記録媒体は、少なくとも記録再生層と熱
変化層とを備え、該熱変化層の熱伝導率変化が金属絶縁
体転移により誘起されることを特徴とする。
【0017】また、上記熱磁気記録媒体において、該熱
変化層の熱伝導率変化が閾値を持ち、かつ該熱変化層の
熱伝導率が金属絶縁体転移の転移温度を挟み低温側で大
きく、高温側で小さくなることを特徴とする。
【0018】また、上記熱磁気記録媒体において、熱変
化層が閾値温度の異なる熱変化層の積層により構成され
ることを特徴とする。さらに前記熱磁気記録媒体におい
て、記録再生層に近い側に、積層された熱変化層の中で
閾値温度が高い熱変化層を配置してなることを特徴とす
る。
【0019】また、少なくとも記録再生層と熱変化層と
を備えた熱磁気記録媒体に、光ピックアップから光ビー
ムを照射しながら磁気ヘッドより磁界を印加することで
情報を記録するとともに、光ビームを照射しながら再生
ヘッドにより光あるいは磁界を読み取ることで情報の再
生を行う熱磁気記録再生方法において、磁気記録温度あ
るいは磁気再生温度を光スポット径位置での温度よりも
高くするとともに、該熱変化層の熱伝導率変化温度以上
にすることを特徴とする。
【0020】さらに、前記熱磁気記録再生装置に用いら
れる熱磁気記録媒体において、該熱変化層の熱伝導率変
化の閾値温度が光スポット径位置での温度よりも高いこ
とを特徴とする。そして、熱磁気記録再生装置を構成す
るにあたり、少なくとも上記熱磁気記録媒体と上記熱磁
気記録再生方法と光ピックアップ及び磁気ヘッドとを備
えることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る記録媒体及び
記録装置について、 (a)金属絶縁体転移による熱伝導率変化の原理 (b)熱変化層による温度分布制御 (c)熱変化層積層構造 (d)記録再生方法 光アシスト磁気記録 光磁気記録 の順に説明する。
【0022】(a)金属絶縁体転移による熱伝導率変化
の原理 発明者らは、固相−固相間の相転移である金属絶縁体転
移によれば、信頼性(繰り返し回数などの信頼性)が高
く、急峻な熱伝導率変化が得られることを見出したこと
により、本願発明を行った。
【0023】図2(a)は横軸に温度を、縦軸に抵抗率
をとったものであり、金属絶縁体転移温度Tcを挟み、
低温側では小さい抵抗率が、高温側では大きく急峻に増
大することを示したものである。
【0024】さらに、図2(b)に、図2(a)に示し
た金属絶縁体転移を起こす材料での熱伝導率の温度依存
性を示した。図2(b)は横軸に温度を、縦軸に熱伝導
率をとったものである。図2(b)に示したように転移
温度Tcを境にして熱伝導率は急峻に低下する。すなわ
ち熱伝導率に閾値温度があり、この閾値温度は金属絶縁
体の転移温度Tcとほぼ一致するが、この閾値温度Tc
を挟み、低温側では大きい熱伝導率が、高温側では大き
く(1〜2桁)急峻に減少した熱伝導率が得られること
になる。以下の説明において、Tcを閾値温度と呼ぶ。
【0025】図2に示すような閾値を有し、大きな熱伝
導率変化が金属絶縁体転移によって如何にして得られる
かについて、キャリヤ及び格子の熱伝導率に着目しなが
ら以下、説明する。◆通常、金属の熱伝導率は抵抗率と
の間に反比例関係が成立する。これは金属の熱伝導率が
主にキャリヤの熱伝導率によるためであり、ヴィーデマ
ン・フランツ則として知られている。
【0026】一方、絶縁体では、金属において成立する
ような抵抗率と熱伝導率との関係は得られていない。こ
れは、絶縁体においてはキャリヤによる熱伝導はほとん
どなく格子による寄与が熱伝導率のほとんどを占めるた
めである。熱は格子の非線形性により散乱され、その伝
導を妨げられることから絶縁体での熱伝導率は格子の非
線形性により決まる、すなわち格子の非線形性が大きい
ほど熱伝導率が小さくなると考えられる。
【0027】しかしながら、金属絶縁体転移を示す材料
では、上述のように金属相においてはキャリヤ、絶縁相
においては格子非線形性が熱伝導率の要因が考えられ
る。金属絶縁体転移点近傍においては、金属相で電気伝
導を担っていたキャリヤがその強い相互作用によって局
在状態へと変化することから、抵抗率が著しく増大す
る。これに伴いキャリヤによる熱伝導率の寄与は急激に
低下し、格子による熱伝導がそのほとんどを占めること
になる。このとき、格子においてはその非線形性が大き
いことから、絶縁相で熱伝導率が大きく低下することに
なる。
【0028】これは、金属絶縁体転移を示す材料が強相
関電子系と呼ばれているように電子間相互作用が極めて
強く(すなわち非線形性が極めて強いことから)、この
非線形性の強さが格子の大きな非線形性を生み出してい
ることによる。言い換えれば、熱伝導率変化の原理に金
属絶縁体転移を用いることによって、金属相では高い熱
伝導率が(図2(b)でのTcの低温側)、転移点を挟
み絶縁相において大きく低下することになる(図2
(b)でのTcの高温側)。
【0029】急峻な金属絶縁体転移を利用することによ
り急峻な熱伝導率変化が得られ、また、金属絶縁体転移
における抵抗率変化が大きなものを選べば大きな熱伝導
率変化が得られることになる。
【0030】また、金属絶縁体転移は、固相−固相間の
相転移であるためその相転移において格子定数変化など
は僅かなものであることから繰り返し特性において高い
信頼性が得られる。◆さらに、この金属絶縁体転移は極
めて高速に(nsec以下で)発生するために高速な記
録再生が求められるメモリ用の熱変化層としては十分に
速い応答速度が得られる。
【0031】以上のように、金属絶縁体転移を熱伝導率
変化の原理として用いることにより熱伝導率変化が急峻
かつ大きく、高速に得られ、また、繰り返し回数におい
ても信頼性の高い熱変化層が得られることになる。
【0032】このような熱変化層を用いることにより、
光スポット内の温度分布を急峻にすることで超解像によ
る高密度化を可能にし、さらに、閾値温度(Tc)より
高温側で熱伝導率が低く、低温側では熱伝導率が高くな
るような金属絶縁体転移(即ち、図2(a)や図2
(b)で示したように低温側で金属相、高温側で絶縁
相)を用いることで、同一領域における熱特性を「(閾
値温度以上での)昇温時には急熱、(閾値温度以下で
の)降温時には急冷」といった記録再生プロセスが可能
となる。
【0033】すなわち、記録感度の点からは熱伝導率の
低い材料が求められる一方で、信頼性の点からは速やか
に放熱できる熱伝導率の高い材料が求められるという熱
特性を両立させることが可能となる。また、信頼性を向
上させるためには、蓄熱により発生すると考えられてい
る多数回書き換え時におけるビットエッジの拡大やジッ
ターの問題を解消する。
【0034】このような転移温度(Tc)より低温側で
金属相、高温側で絶縁相となる金属絶縁体転移を示す材
料としては、合金材料や酸化物材料が知られている。例
えば、コランダム構造として知られる酸化バナジウムに
不純物としてCrを添加した材料(V1-xCrx2
3(x=0.51付近)では130℃付近の転移温度を
示す。また、最近ではペロブスカイト構造の酸化物、特
に、La1-xSrxMn1+y3(x=0.2〜0.4、y
=0.01〜0.1)が知られており、この材料系では
Srドープ量xあるいはMn量yを増加させることで室
温から250℃付近まで連続的に転移温度を変えること
が可能であり、記録再生温度範囲において転移温度を調
整可能であることから、光磁気記録及び光アシスト磁気
記録磁気記録用の熱変化層に用いるに好適な材料であ
る。
【0035】(b)熱変化層による温度分布制御 次に、熱変化層5を用いた光スポットよりも狭小な温度
分布制御について説明する。◆図3は本発明の熱磁気記
録再生方法を説明する概略断面図である。図3に示すよ
うに、記録媒体(ディスク)1を挟み上部に磁気ヘッド
2、下部に光ピックアップ3を配置している。
【0036】まず、熱変化層5を用いない場合の温度分
布形成の様子を説明する。図4には、光ピックアップ3
により記録媒体1上に照射された光スポットの形成する
温度分布を示した。横軸にはトラック幅方向(ディスク
半径方向に該当する)Xをとり、縦軸には温度Tをとっ
ている。簡単のため光スポットは円であり、その光強度
分布はガウス分布になると仮定し、光スポット径(光強
度が1/e2になる範囲と規定する)をWとする。Tmax
は光スポット内の最高到達温度を示し、Tspは光スポッ
ト径位置、すなわち図4においてはX=W/2、−W/
2の位置における温度を示している。尚、光スポットか
ら離れた媒体位置での温度は記録媒体1が使用される雰
囲気温度Tatmになるとしている。
【0037】続いて、熱変化層を用いた場合の温度分布
形成の様子を説明する。ここでは簡単のため記録再生層
に熱変化層が隣接した場合を説明する。◆図5は仮に熱
変化層5がないと考えた場合に想定される、光ピックア
ップ3により記録媒体1上に照射された光スポットの形
成する温度分布を示した。横軸にはトラック幅方向Xを
とり、縦軸には温度Tをとっている。Tmax、Tspは図
3と同じ意味で用いている。熱変化層5の閾値温度をT
cと示した(Tmax>Tc>Tsp)。このTcに対応す
る領域の幅Twは熱変化層5において熱伝導率が低下す
る領域6を表わしており、光スポット中心を原点とし
て、−Tw/2〜Tw/2の範囲に位置している。
【0038】この様子を図6に示した記録再生層4と熱
変化層5の概略断面図を用いて再度説明する。ここで
は、光照射側に熱変化層4を配置した例を示している。
図5に示した、すなわち、熱変化層5がない場合の光ス
ポットに対応する領域Wと閾値温度Tc以上になり熱伝
導が低下する領域6の幅に対応するTwを示している。
【0039】ここで、熱変化層5を用いた場合に記録再
生層4における温度分布がいかに変化するかを説明す
る。図7には、熱変化層5がない場合に照射したのと同
じレーザーパワーを照射した際に形成される温度分布を
実線にて示した。横軸にはトラック幅方向Xをとり、縦
軸には温度Tをとっている。各記号は図5で用いたもの
と同じ意味で用いている。比較のために図5に示した熱
変化層5がないと考えた時に想定される場合の温度分布
を点線で示している。図中の矢印は熱変化層5による温
度分布の変化した様子を示している。すなわち熱変化層
を用いることで、同一パワーの光照射にて、最高到達温
度Tmaxが上昇し、光スポット径位置±W/2での温
度もそれに伴い上昇している。
【0040】図8は昇温時の記録再生層4と熱変化層5
の概略断面図であるが、この図では、Tc以上に昇温さ
れ熱伝導率が低下した領域6の幅Twが拡大している様
子を示した。熱変化層5の断面図には熱変化層5がない
場合に想定される熱伝導率低下領域の幅を点線で示し、
熱変化層5を用いた場合の熱伝導率低下領域6の幅を実
線で示した。
【0041】熱変化層5における熱伝導率低下領域6が
どのようにして形成されるかを記録再生層4と熱変化層
5の概略断面図である図9を用いて詳しく説明する。光
照射により光スポット内の温度が上昇し、その温度分布
は中心部分の温度が最も高くなるよう形成される。最高
到達温度がTc以上になると、図9(a)に示したよう
に熱伝導率低下領域6が発生する。続いて、この領域で
の熱伝導率が低くなったことから温度は上昇し、それに
伴い光スポット内の温度も上昇する。この昇温による熱
伝導率低下領域6の発生、熱伝導低下による温度上昇、
のプロセスを繰り返しながら熱伝導率低下領域6は図9
(b)に示すように拡大する。最終的に温度分布は平衡
状態に到達し、その温度分布に基き熱伝導率低下領域6
の幅Twは図9(c)に示すように決定されることにな
る。
【0042】このように熱変化層5を用いた場合は、熱
伝導率低下領域6の発生とそれによる温度上昇とが繰り
返されるといったフィードバックがかかりながら熱伝導
率低下領域6の幅が決定され、この熱伝導率低下領域6
の幅に応じた温度分布の制御が可能であることがわか
る。
【0043】続いて、光スポット径よりも狭小な領域内
に温度分布を制御する例について更に詳しく説明する。
◆図1には、熱変化層5を用いて、最高到達温度が熱変
化層5なしの場合とほぼ同じになるようにレーザーパワ
ーを調整した際に、記録媒体1上に形成される温度分布
を実線にて示した。横軸にはトラック幅方向Xをとり、
縦軸には温度Tをとっている。各記号は図5で用いたも
のと同じ意味で用いている。比較のために図5に示した
熱変化層5がないと想定した場合の温度分布を点線で示
した。図中の矢印は熱変化層による温度分布の変化した
様子を示しており、±Tw/2の位置にて温度変化が急
峻になる効果が得られる。
【0044】図1に示したように、熱変化層5を用いる
ことで、低パワーの光照射にて(熱変化層5を用いない
時に使用したパワーでの光照射により得られるのと)同
一の最高到達温度が得られることを利用し、レーザーパ
ワーとして熱変化層5がない場合温度上昇が小さい(例
えば30〜40℃)ような条件を選ぶことが可能とな
り、光スポット内においても熱伝導が低下していない領
域では温度上昇が抑えられ熱伝導率低下領域6において
のみ温度上昇が得られるという効果、すなわち光スポッ
トよりも狭小な領域のみを昇温させることが可能にな
る。
【0045】この様子を図10を参照しながら再度説明
する。図10は記録媒体1上に形成される温度分布を媒
体面に垂直方向から見たものであり、等温線にて温度分
布の急峻さを示したものである。図10(a)は、熱変
化層5がない場合を図10(b)は熱変化層5がある場
合を示したものである。図10(a)に示したように、
熱変化層5がない場合は、光スポット径に対応する幅W
近辺にて温度分布が急峻になることがわかる。一方、図
10(b)に示したように熱変化層5がある場合には熱
伝導率低下領域6の幅Twに対応して光スポット径より
も狭小な範囲で温度分布が急峻に形成されていることが
わかる。
【0046】このように、熱変化層5を用いて光スポッ
ト径よりも狭小な領域に急峻な温度分布を形成し、記録
温度あるいは再生温度をTc以上にすることで光スポッ
トよりも狭小な範囲での高密度な記録、また光スポット
よりも狭小なトラックや記録マークからの信号再生がク
ロストークなく行えることがわかる。
【0047】続いて、このようにして形成された急峻な
温度分布が光照射を停止した後、あるいは光照射領域を
通過した後、どのようして冷却していくかについて説明
する。
【0048】図11(a)は光照射を停止した瞬間を示
し、このとき光スポット内の最高到達温度Tmaxは閾
値温度Tcよりも高く、熱伝導率低下領域6の幅Twが
保たれている状態を示している。横軸にはトラック幅方
向Xをとり、縦軸には温度Tをとっている。
【0049】次に、光照射を停止したことから光スポッ
トが形成されていた領域内の温度が降下していく過程を
示す。図11(b)には最高到達温度TmaxがほぼT
cと同じ程度まで低下したときの様子を示した。最高到
達温度Tmaxが低下するにつれて図11(a)に示し
た±Tw/2位置での温度も低下する。これにより、熱
伝導率低下領域6の幅Twは減少しはじめる。これに伴
い、熱伝導率低下領域6はその周辺領域から温度低下が
促進され、熱伝導率低下領域6はさらに一層縮小する。
この熱伝導率低下領域6の幅Twの縮小の様子は、図9
に示した熱伝導率低下領域6が(a)〜(c)へと形成
される様子を、逆に(c)〜(a)へとたどるものにな
る。最後に、図11(c)に示すように最高到達温度T
maxが全ての領域でTc以下になると、熱伝導率低下
領域6は消失する。
【0050】この冷却過程を再度説明する。光照射停止
により、光スポットが形成されていた領域内の温度が低
下し閾値温度Tc以上の領域は周辺から急速に縮小し、
それにともない急速に温度が低下し、さらに全領域でT
c以下になると、熱伝導率低下領域6が消失し一気に冷
却過程が進むことになる。
【0051】以上、説明したように本発明の熱変化層5
を用いることにより、記録感度が上がり、低パワーの光
照射で昇温が可能になるため、光スポットよりも狭小な
領域で急峻な温度分布を形成でき、高密度の記録再生が
可能となる。更に、熱伝導率が低いままであれば、蓄熱
効果のため冷却プロセスは徐冷プロセスとなってしまう
のだが、光照射停止によりTc以下では熱伝導が高い状
態(光照射では温度がほとんど上昇しない状態)に戻る
ため、急冷プロセスが実現される。これにより、記録感
度と蓄熱プロセスを避けるということを同時に成り立た
せることが可能になり記録マークの位置ずれや変形など
を抑制することができ記録再生特性に優れた高密度記録
が可能になる。
【0052】(c)熱変化層の積層構造例 続いて、閾値温度が異なる熱変化層5を積層した場合に
ついて説明する。◆以下では、閾値温度Tc1を示す層
を第一熱変化層8と呼び、閾値温度Tc2を示す層を第
二熱変化層9と呼び(Tc2>Tc1)、第二熱変化層
9、すなわち閾値温度が高い層を記録再生層4の近い側
に配置した例について説明する。
【0053】図12は熱変化層5がない場合に光ピック
アップ3により記録媒体1上に照射された光スポットの
形成する温度分布を示した。横軸にはトラック幅方向X
をとり、縦軸には温度Tをとっている。記録温度として
Tc2、再生温度としてTc1をそれぞれ光スポット径位
置での温度Tspよりも高い温度と設定する(Tc2>T
c1>Tsp)。
【0054】まず、再生時の様子について説明する。光
スポット内の最高到達温度がTc1以上、Tc2以下に
なるように光照射をする。このときの記録媒体1の温度
分布を図13に示した。図13も同様に横軸にはトラッ
ク幅方向Xをとり、縦軸には温度Tをとっている。既に
説明したように第一熱変化層8の効果により光スポット
よりも狭小な範囲(−Tw/2〜Tw/2)でのみ温度
上昇が得られる。
【0055】図14は昇温時の記録再生層4と第一熱変
化層8、第二熱変化層9の概略断面図であるが、温度分
布が急峻な領域は、第一熱変化層8の熱伝導率低下領域
6の幅Twとほぼ一致する。このとき第二熱変化層9は
閾値温度Tc2に達していないので熱伝導率低下領域6
は発生せず、温度分布には寄与しない。
【0056】次に、記録時の様子を説明する。光スポッ
ト内の最高到達温度がTc1以上になることで第一熱変
化層8に熱伝導率低下領域6が生じ、Tc1以上に昇温
された領域も拡大する。さらに、光スポット内の最高到
達温度がTc2以上になると第二熱変化層9においても
熱伝導率低下領域6が生じ始める。この第二熱変化層9
における熱伝導率低下領域6は第一熱変化層8における
熱伝導率低下領域6よりも狭小であることを記してお
く。最終的に平衡状態に到達し、第二熱変化層9の熱伝
導率低下領域6の幅が決定する。
【0057】この様子を図15及び図16に示した。図
15は記録媒体1上の温度分布を示しており、横軸には
トラック幅方向Xをとり、縦軸には温度Tをとってい
る。図17は昇温時の記録再生層4と第一熱変化層8、
第二熱変化層9の概略断面図であるが、第一熱変化層8
は最高到達温度がTc1以下の(すなわち再生時より
も)熱伝導率低下領域6が拡大しているが、第二熱変化
層9の熱伝導率低下領域6の幅はそれよりも狭小な範囲
に収まっている。
【0058】ここで記録再生層4に直近の熱変化層5に
閾値温度が高い第二熱変化層9を配したことにより、熱
伝導率低下領域6が狭小な層が記録再生層4に近い側に
位置することがわかる。熱変化層5は記録再生層4に直
近の最も熱伝導率が低い層が効果的であることから、閾
値温度が低い熱変化層5を記録再生層4に近い側に配置
するよりも温度分布を急峻にするには好適である。
【0059】以上説明したように、閾値温度が異なる熱
変化層5を積層することにより、記録再生温度が異なる
場合においても、記録温度、再生温度において光スポッ
トよりも狭小な範囲での急峻な温度分布がそれぞれ得ら
れる。更に、記録温度としてTc2、再生温度としてT
c1を選んだ時に(Tc2>Tc1)、記録時の昇温範囲
よりも再生時の昇温範囲が狭くなることからトラックエ
ッジのノイズなく信号再生することが可能になる。 (d)記録再生例 続いて、熱変化層を用いた高密度記録再生の例について
説明する。◆ 光アシスト磁気記録 まず、熱磁気記録媒体の形成方法について説明する。2.
5インチφ(外径65、内径20、厚さ0.635m
m)のサファイア単結晶基板10上に、閾値温度として
約150℃を示す熱変化層5を100nmの膜厚で形成
した。熱変化層5は、La1-xSrxMnO3、のMn量
を多くしたものをスパッタ法により形成した。この上に
記録再生層4として室温付近に補償点をもつTbFeC
o膜をスパッタ法により100nmの膜厚で形成した。
上部には保護膜11としてダイヤモンドライクカーボン
膜を20nmの膜厚で形成し潤滑剤(図示せず)を塗布
している。図17にその断面図を示す。
【0060】記録再生層4の残留磁化は室温25℃で1
1(emu/cc)、閾値温度である150℃で125
(emu/cc)、200℃で148(emu/cc)
を示し、保磁力は室温25℃で10k(Oe)以上であ
り、150℃で3.6k(Oe)、200℃で1.8k
(Oe)であることをVSM(Vibrating-Sample-Magne
tometer:振動試料型磁力計)により測定している。
【0061】評価に用いた装置は図3に示すように、記
録媒体(ディスク)1を挟み上部に磁気ヘッド2、下部
に光ピックアップ3を配置したものを用いた。磁気ヘッ
ド2としては、複合MR(磁気抵抗)ヘッドを用いた。
記録ヘッド幅5μm、再生ヘッドは場4.5μm、記録
ギャップ長0.35μm、再生ギャップ長0.22μm
である。光ピックアップ3としては波長650nm、ト
ラック幅方向のビーム径1.1μmのものである。
【0062】上記の磁気ヘッド、光ピックアップを用い
て上記の記録媒体に光照射を行いながら記録再生の実験
を行った。このときの条件としては、ディスク回転数は
3600rpm、線速度は11m/s、記録周波数は1
0MHz、磁気ヘッドの浮上量は約50nmであった。
◆まず、光スポットにより昇温される領域が磁気ヘッド
2により磁場を印加される領域と重なるように配置を調
整した後、最初に、比較のために作製した熱変化層5を
形成していない記録媒体1を用いて記録再生の実験を行
った。記録再生時の光ビームのパワーは6mWとした。
【0063】偏光顕微鏡により記録トラックを観察した
ところ、上記の記録条件では記録トラック幅は約1.0
μmであり、トラック幅はほぼ光スポット径により規定
されることを確認した。◆次いで、熱変化層5を設けた
記録媒体1を用いて記録再生の実験を行った。記録パワ
ーの条件を検討したところ、3mWのパワーで0.5μ
m幅のトラックが形成されること、すなわち記録感度の
向上と光スポットよりも狭小なトラックの形成が可能で
あることを確認した。
【0064】さらに偏光顕微鏡での磁区観察結果から、
トラックエッジやビット端でのにじみのない鮮明な記録
ビットが形成されていることを確認した。これは、ビッ
ト形成時での降温プロセスにおいて急冷されることによ
り磁区の乱れが抑制されたためと考えられる。
【0065】さらに、このようにして0.5μm幅のト
ラックを0.6μmピッチで形成しトラックの再生を試
みた。このとき、まず、記録周波数5MHzでトラック
を形成し、次いで記録周波数2MHzで両サイドにトラ
ックを形成した後、5MHzで記録したトラック上に光
スポットと磁気ヘッドが重なる領域がくるように配置し
信号再生を行ったところ、5MHzでの信号はC/N値
として約35dBとシングルトラック形成時とほぼ変わ
らぬ値が得られ、混入信号である2MHzの信号はC/
N値として約3dBと十分に低いクロストークに抑制さ
れることがわかった。光アシスト磁気記録方式において
は、補償点温度からの温度ずれがクロストークの原因に
なる、すなわち、温度分布がクロストーク量の多寡を決
めるため、熱変化層5の使用により急峻な温度分布変化
が得られたことにより低クロストークが達成されたと考
えられる。
【0066】以上述べたように、本発明により、光スポ
ットよりも狭小なトラックでの記録再生が可能になり、
高密度の熱磁気記録装置の開発が可能となる。◆なお、
ここでは基板として熱伝導率が約42W/m/Kと高
く、耐熱性も高く、かつ平滑な単結晶基板であるサファ
イヤ基板を用いたがその他HDDで広く用いられている
ガラスディスク(アルミノシリケートガラスの熱伝導率
は約1.3W/m/K)等を用いても構わない。
【0067】また、記録再生層としてTbFeCo合金
膜を使用したが、その他にもn型フェリ磁性体である希
土類鉄ガーネット(Gd3Fe512)や、リチウムフェ
ライトなどの酸化物磁性体を用いることは、記録再生層
の信頼性(熱プロセスによる酸化が引き起こす劣化等)
の点から好ましい。
【0068】光磁気記録 光磁気記録では記録媒体1の温度分布で記録したビット
の形状が決まるが、本発明の熱変化層5を用いることで
温度分布が急峻になるため小さなビットが記録できるこ
と(高密度記録)に加えて、ビットエッジが乱れなく形
成されるため、ビットエッジ情報を検出するうえでも適
しているといえる。
【0069】また、磁気的超解像技術(MSR:Magnet
ic?Super-Resolution)を利用しているため再生時にお
いても温度分布により強く影響を受ける。これは、光ス
ポット内においては当然のことながら熱源たる光が存在
するために、光スポット径内の温度分布差を利用するM
SRの再生マージンが狭くなるためである。
【0070】ここでは、熱変化層5を適用することでM
SR再生にどのような効果が得られるかを光スポットの
中心部に開口が発生し光スポット中央部分のみの光磁気
信号が検出できるCAD(Center Aperture Detectio
n)ディスクを例にとり簡潔に説明する。
【0071】まず、記録媒体1の構成について説明す
る。再生層12(GdFeCo膜)/再生補助層13/
非磁性層14/記録層15(TbFeCo膜)からなる
通常の光磁気媒体膜構成に加え、閾値温度として約15
0℃を示す熱変化層5(La1- xSrxMnO3膜)から
なる。図18にこの部分の概略断面図を示した。なお、
再生層12における面内磁化から垂直磁化への遷移温度
は150℃〜180℃になるように磁化を設定してい
る。
【0072】光磁気記録の評価装置を用いて記録再生実
験を行った。まず比較のために熱変化層5のないディス
クを測定したところ、トラックピッチ0.6μmの条件
で最短マーク長が0.2μmのときビットエラーレート
は1×10-6が得られた。
【0073】次に、熱変化層5を用いたディスクで測定
したところ、同様の条件にてビットエラーレートは1×
10-7であった。さらに最短マーク長が0.18μmま
で短くしたときにもビットエラーレートは1×10-6
下であり動作マージンが拡大する効果が得られた。
【0074】静磁結合型CAD−MSRは、記録層15
と再生層12が結合する温度領域と解像度がトレードオ
フの関係にある。すなわち、結合する温度領域を広くす
れば、再生動作マージンは大きく確保できるが解像度が
低下するという問題があり、逆に結合する温度領域を狭
くすれば解像度があがるものの、再生動作マージンが狭
くなるという問題があるのだが、熱変化層5を用いるこ
とにより、記録層15と再生層12が結合する温度領域
を広くとりながら、温度分布を急峻にできるため高解像
度が得られることがわかった。
【0075】以上述べたように、光磁気記録において
も、記録時には温度分布を光スポットよりも狭小にする
ことで小さなビットが形成でき(高密度記録)、磁気的
超解像再生において、光スポットよりも狭小に温度分布
を形成できることから記録層15と再生層12との結合
温度範囲を広くとりながら高解像度を両立させることが
可能となる。
【0076】
【発明の効果】本発明によれば、金属絶縁体転移を熱伝
導率変化の原理として用いることで信頼性が高くかつ急
峻な温度分布変化が得られ、光スポット内の温度分布を
急峻に制御することが可能になる。◆また、金属絶縁体
の転移温度以上の温度で熱伝導率が低くなることで、熱
伝導が低下した領域に応じた温度分布を得ることが可能
になる。
【0077】さらに、熱伝導率の閾値温度以上の温度で
熱伝導率が低くなることで、急熱急冷プロセスが可能と
なり、記録感度の向上と、蓄熱によるビットエッジの移
動やジッターの問題の解消を両立することが可能とな
る。
【0078】また、閾値温度が異なる熱変化層を積層す
ることで、記録温度と再生温度が異なる場合においても
光スポット内の温度分布制御が可能になる。さらに、積
層された熱変化層の中で閾値温度が高い熱変化層を記録
再生層に近い側に配置することで、記録温度と再生温度
が異なる場合においても温度差による温度分布の拡大な
どなく制御が可能になる。
【0079】また、磁気記録再生装置において、磁気記
録温度あるいは磁気再生温度を閾値温度よりも高くする
ことで光スポットよりも狭小なトラックでの記録再生が
可能となり、高密度記録が実現できる。また、閾値温度
を光ビームの光スポット径位置での温度よりも高くする
ことで、光スポット内においても光スポット径周辺にお
いてはほとんど昇温させずに光スポット中心部において
のみ昇温されるよう光スポットよりも狭小に温度分布を
制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱変化層により得られる記録媒体上の
温度分布を示す概略断面図である。
【図2】(a)は金属絶縁体転移を示す材料の抵抗率の
温度依存性を示す図であり、(b)は金属絶縁体転移に
伴う熱伝導率の温度依存性を示す図である。
【図3】本発明の熱磁気記録再生方法を説明する概略断
面図である。
【図4】記録媒体上に形成された温度分布を示す概略図
である。
【図5】記録媒体上に形成された温度分布と閾値温度の
関係を示す概略図である。
【図6】記録再生層と熱変化層の概略断面図である。
【図7】熱変化層を使用した記録媒体上に形成された温
度分布を示す概略図である。
【図8】記録再生層と熱変化層の概略断面図である。
【図9】(a)、(b)、(c)の順に熱変化層におけ
る熱伝導率低下領域が発生する様子を示す概略断面図で
ある。
【図10】(a)は熱変化層がない場合に形成される温
度分布を等温線で表わした平面図であり、(b)は熱変
化層を使用した場合に形成される温度分布を等温線で表
わした平面図である。
【図11】(a)、(b)、(c)の順に熱変化層を使
用した場合に、光照射停止後の冷却過程を示す概略図で
ある。
【図12】閾値温度が異なる熱変化層を積層した記録媒
体上に形成された温度分布と閾値温度の関係を示す概略
図である。
【図13】最高到達温度がTc2以下である時に記録媒
体上に形成された温度分布を示す概略図である。
【図14】記録再生層と第一熱変化層及び第二熱変化層
の概略断面図である。
【図15】最高到達温度がTc2以上である時に記録媒
体上に形成された温度分布を示す概略図である。
【図16】記録再生層と第一熱変化層及び第二熱変化層
の概略断面図である。
【図17】実施形態において使用した熱磁気記録媒体の
概略断面図である。
【図18】実施形態において使用した光磁気記録媒体の
概略断面図である。
【符号の説明】 1 記録媒体 2 磁気ヘッド 3 光ピックアップ 4 記録再生層 5 熱変化層 6 熱伝導率低下領域 7 急峻な温度分布が形成される領域を表わす等温線 8 第一熱変化層 9 第二熱変化層 10 サファイア単結晶基板 11 保護膜 12 再生層 13 再生補助層 14 非磁性層 15 記録層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱本 将樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 小嶋 邦男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 片山 博之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5D006 AA01 BB01 BB07 CB04 DA03 FA09 5D075 AA03 CC01 EE03 FG02 FH02 5D091 AA10 CC26

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも記録再生層と熱変化層とを備
    え、該熱変化層の熱伝導率変化が金属絶縁体転移により
    誘起されることを特徴とする熱磁気記録媒体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の熱磁気記録媒体におい
    て、該熱変化層の熱伝導率変化が閾値を持ち、かつ該熱
    変化層の熱伝導率が金属絶縁体転移の転移温度を挟み低
    温側で大きく、高温側で小さくなることを特徴とする熱
    磁気記録媒体。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の熱磁気記録媒体
    において、熱変化層が熱伝導率変化の閾値温度の異なる
    熱変化層の積層により構成されることを特徴とする熱磁
    気記録媒体。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の熱磁気記録媒体におい
    て、記録再生層に近い側に、積層された熱変化層の中で
    閾値温度が高い熱変化層を配置してなることを特徴とす
    る熱磁気記録媒体。
  5. 【請求項5】 少なくとも記録再生層と熱変化層とを備
    えた熱磁気記録媒体に、光ピックアップから光ビームを
    照射し、磁気ヘッドより磁界を印加することにより情報
    を記録する手段と、光ビームを照射し、再生ヘッドによ
    り光あるいは磁界を読み取ることで情報の再生を行う手
    段とを有する熱磁気記録再生方法において、磁気記録温
    度または磁気再生温度を、前記光ビームを照射すること
    により形成される光スポット径位置での記録媒体の温度
    より高く、かつ前記熱変化層の熱伝導率変化の閾値温度
    以上にすることを特徴とする熱磁気記録再生方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の熱磁気記録再生方法にお
    ける熱磁気記録媒体において、熱変化層の熱伝導率変化
    の閾値温度が、前記光スポット径位置での温度よりも高
    いことを特徴とする熱磁気記録媒体。
  7. 【請求項7】 少なくとも請求項1乃至請求項4および
    請求項6に記載の熱磁気記録媒体と、請求項5記載の熱
    磁気記録再生方法と、光ピックアップ及び磁気ヘッドと
    を備えてなることを特徴とする熱磁気記録再生装置。
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