JP2008163397A - 柱状ナノ粒子、その製造方法及び磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】微細かつ大きなアスペクト比を有する磁気記録用の柱状ナノ粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】化学合成されたほぼ球形の金属ナノ粒子１を溶媒に分散させてナノ粒子分散溶液１０を作成し、表面に縦長のナノホール３が形成された基体２表面に塗布、脱泡してナノホール３中にナノ粒子分散溶液１０を注入する。その後、融点以下の温度で熱処理して、金属ナノ粒子１の固相反応により細長く成長した柱状ナノ粒子４をナノホール内に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は細長の形状を有する金属からなる柱状ナノ粒子、その製造方法及びその柱状ナノ粒子を用いた磁気記録媒体に関する。

磁気記録装置の高密度記録を実現するには記録媒体のノイズの低減が欠かせない。このノイズの低減には、記録媒体の記録層に用いられる硬磁性粒子の粒径を微細かつ均一にすることが有効である。しかし、従来最も多用されているスパッタ法で製造されるスパッタ膜では、製造される結晶粒径は７ｎｍ程度、その粒径分散は２０％程度が限界であり、これ以下の微細かつ粒径分散が小さな硬磁性粒子を製造することは難しい。

近年、化学合成による硬磁性金属ナノ粒子の製造方法が開発された。この方法で製造される硬磁性金属ナノ粒子、例えばＦｅＰｔナノ粒子は、球体をなし、平均粒径が約４ｎｍ、粒径分散が約５％と微細かつ粒径分散が小さい。さらに、立方体形状をした同程度の粒径及び粒径分散を有するＦｅＰｔナノ粒子も化学合成により製造されている。これら化学合成により製造された硬磁性ナノ粒子は、結晶異方性に基づく大きな磁気異方性を有することから、高密度記録媒体の優れた磁性材料となる可能性を有している。（例えば、非特許文献１、２、特許文献１）。

しかし、かかる化学合成により製造された硬磁性金属ナノ粒子は、形状がほぼ球体ないし立方体であり長径と短径との比であるアスペクト比が小さい。このため、スパッタ法で作成された柱状の硬磁性粒子に比べて形状磁気異方性が小さく、かかる硬磁性金属ナノ粒子を用いて磁気記録層を形成しても、磁気記録媒体に要求される十分な磁気異方性を付与することが難しい。

さらに、球体の粒子は、稠密充填しても立方体又は柱状の粒子に比べて充填密度が低く、体積当たりの磁気モーメントが小さくなるため優れたＳ／Ｎ比を得ることができない。

また、化学合成により製造された硬磁性金属ナノ粒子は微小なことから、この金属ナノ粒子を用いた磁気記録層は熱揺らぎ耐性が小さい。即ち、熱揺らぎは耐性は、硬磁性粒子の磁気異方性エネルギーＫｕとクラスタ体積Ｖの積Ｋｕ×Ｖに依存する。磁区の最小単位であるクラスタ体積は、硬磁性粒子の体積にほぼ等しいので、微小な硬磁性金属ナノ粒子では非常に小さい。また、球形乃至立方体の硬磁性金属ナノ粒子では、形状磁気異方性が小さいため、磁気異方性エネルギーＫｕはその殆どが硬磁性金属ナノ粒子の結晶異方性由来のものとなり、あまり大きくはならない。このように、化学合成により製造された硬磁性金属ナノ粒子は、微小かつアスペクト比が小さいことから、磁気異方性エネルギーＫｕとクラスタ体積Ｖの積Ｋｕ×Ｖを大きくすることが難しい。このため、磁気記録に十分な大きさの熱揺らぎ耐性を有する磁気記録媒体を製造することが難しい。

上述したノイズ、磁気異方性及び熱揺らぎ耐性の問題は、アスペクト比が大きくかつ微細な粒子、即ち柱状金属ナノ粒子を用いて磁気記録層を形成することで解決することができる。

即ち、アスペクト比の大きな硬磁性金属ナノ粒子は、大きな形状磁気異方性が付加されるため大きな磁気異方性を有する。また、球体に比べて充填密度も高い。例えば、円柱状粒子の稠密充填密度は、球体粒子の４／３倍と高い。一方、柱状金属ナノ粒子では、磁壁に垂直な断面積を球体又は立方体と同じにしたまま、長径を長くすることで金属ナノ粒子の体積（即ちクラスタの体積）を大きくすることができる。このため、柱状金属ナノ粒子で製造された磁気記録層は、球体又は立方体の金属ナノ粒子で製造された磁気記録層よりも高いＳ／Ｎ比を有する。

また、アスペクト比の大きな硬磁性金属ナノ粒子では、短径を小さく保持したまま粒子の体積を大きくすることができるので、微小粒径（短径）によるノイズの抑制効果を保持しつつ、磁気異方性エネルギーＫｕとクラスタ体積Ｖの積Ｋｕ×Ｖを大きくして熱揺らぎ耐性を大きくすることができる。このため、高Ｓ／Ｎ比かつ高熱揺らぎ耐性を有する磁気記録層を形成することができる。

化学合成により製造された金属ナノ粒子を出発材料として、粒径分散が小さな金属ナノ粒子を製造する方法が知られている。（例えば特許文献２参照。）。

この方法では、陽極酸化により複数の細長のナノホールが形成されたポーラスアルミナを形成し、その上に化学合成により製造された金属ナノ粒子のコロイド溶液を塗布して、ナノホール中に金属ナノ粒子を充填する。その後、加熱して金属ナノ粒子を溶解し冷却することで、径及び高さが揃った金属ナノ粒子がナノホールの底に形成される。
特開２０００−０５４０１２号公報 特開２００５−１７１３０６号公報 Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１８７（２０００） Ｍ．Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．，Ｖｏｌ．１２８（２００６） ｐ７１３２−７１３３

上述したように、従来のスパッタ法では、微細な柱状微粒子を形成することが難しく、高いＳ／Ｎ比及び高い熱揺らぎ耐性を有する磁気記録層を形成することが困難であった。

また、化学合成により製造される金属ナノ粒子はアスペクト比が小さい。このため、磁気記録層に使用するに十分なまでに磁気異方性及び熱揺らぎ耐性を大きくすることが難しい。

化学合成により製造された金属ナノ粒子をポーラスアルミナのナノホールに充填し、加熱溶融して柱状の金属ナノ粒子を形成することはできる。しかし、この方法で形成された金属ナノ粒子の直径はナノホールの直径で決まるため直径数ｎｍ以下の細い柱状結晶を製造することは難しい。

また、溶融金属を固化して製造するため、柱状金属ナノ粒子の長軸方向を特定の金属結晶軸に合わせることができない。このため、結晶起因の磁気異方性軸を形状起因の磁気異方性軸に一致させることができず、大きな磁気異方性を有する金属ナノ粒子を製造することができない。

本発明は、小さなアスペクト比を有する微細な金属ナノ粒子を出発材料として、小さな直径と高いアスペクト比を有する柱状ナノ粒子を製造する方法、柱状ナノ粒子及びその柱状ナノ粒子を用いて製造される高Ｓ／Ｎ比と高熱揺らぎ耐性とを有する磁気記録媒体を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の柱状ナノ粒子の製造方法は、金属ナノ粒子を溶媒に分散させたナノ粒子分散溶液を、基体表面に形成されたナノホール中に注入し、次いで、基体を熱処理して、金属ナノ粒子の固相反応により前記ナノホール内に細長く成長した柱状ナノ粒子を形成する。

このようにして形成された柱状ナノ粒子は、例えば基体をエッチャントに溶解することで基体から分離して採取することができる。

上記本発明の柱状ナノ粒子の製造方法では、ナノホール中にナノ粒子分散溶液を充填して熱処理する。この熱処理により金属ナノ粒子の固相反応が生じ、その結果ナノホール内に細長く成長した柱状の金属ナノ粒子（柱状ナノ粒子）が製造される。

この固相反応によりナノホール内に形成された柱状ナノ粒子は、ナノホールの形状、例えば直径及び深さによりその形状がされることなく、細長い形状に成長する。例えば、多くの場合、ナノホール内に形成された柱状ナノ粒子の直径は出発材料の金属ナノ粒子と略同程度ないしより細く、また柱状ナノ粒子のアスペクト比は２以上である。勿論、条件を選び、出発材料の金属ナノ粒子の直径より太くすることもできる。

また、柱状ナノ粒子の成長方向は、ナノホールの軸方向に依存せず、例えばナノホールの深さ方向の他、斜め又は横（ナノホールの軸と垂直）方向にも成長する。さらに成長方向は金属ナノ粒子の特定の結晶軸方向に向いている。従って、特定の結晶軸を長軸とする柱状ナノ粒子が製造される。

このように、本発明によれば、従来のナノホールに充填した金属ナノ粒子を溶融、固化して形成するナノ粒子の製造方法のように、ナノホールの形状によりナノ粒子の形状が規定されることなく、例えばナノホールより細い柱状ナノ粒子を製造することができる。また、溶融金属を固化するのでは長軸方向と特定の結晶軸とを一致させることは困難である。本発明によれば、特定の結晶軸方向を長軸とする柱状ナノ粒子が容易に製造される。

本発明の熱処理の温度及び処理時間は、金属ナノ粒子及び柱状ナノ粒子の融点未満の温度でなされ、かつ、ナノホール内に柱状ナノ粒子が固相反応により成長する温度及び時間でなされる。

本発明の柱状ナノ粒子を、磁化容易軸方向を長軸とする硬磁性金属からなる柱状ナノ粒子とすることができる。かかる硬磁性金属からなる柱状ナノ粒子は、上述した熱処理により１軸磁気異方性を有する硬磁性金属となる金属ナノ粒子を出発材料として製造することができる。

かかる金属ナノ粒子には、例えば化学合成により製造された硬磁性金属、例えばＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ又はＣｏＰｔがある。これらの硬磁性金属ナノ粒子は、化学合成後に熱処理することで高い１軸磁気異方性を有する結晶構造へ変換される。かかる硬磁性金属ナノ粒子を分散させたナノ粒子分散溶液をナノホール内に充填して熱処理することで、磁気異方性軸方向に成長した柱状ナノ粒子が形成される。この硬磁性金属からなる柱状ナノ粒子は、長軸が１軸磁気異方性の軸とほぼ一致するので形状異方性と結晶の１軸磁気異方性とが加算され、非常に大きな磁気異方性を有する。従って、この硬磁性金属からなる柱状ナノ粒子を磁気記録層に用いることで、低Ｓ／Ｎ比かつ高熱揺らぎ耐性を有する磁気記録媒体が製造される。

以下、本発明をＦｅＰｔからなる柱状ナノ粒子の製造方法を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態工程断面図であり、図１（ａ）は化学合成により形成れさた金属ナノ粒子を分散したナノ粒子分散溶液を、図１（ｂ）〜（ｇ）はナノホールが形成された基体断面を表している。

本実施形態では、まず、ＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１（図１（ａ）に金属ナノ粒子１として示す。）を化学合成により製造する。アルゴン雰囲気中に置かれたフラスコ内に、１９７ｍｇ（０．５ｍｍｏｌ）のビスアセチルアセトナイト白金と３９０ｍｇの１，２−ヘキサデカンジオールとを入れ、ジオクチルエーテル２０ｍＬを加える。さらに、安定剤として０．３２ｍＬ（１．０ｍｍｏｌ）のオレイン酸及び０．３４ｍＬ（１．０ｍｍｏｌ）のオレイルアミンを加えた後、０．１３ｍＬ（１．０ｍｍｏｌ）のＦｅ（ＣＯ）₅ を加えて、攪拌しながら２３０℃に加熱して３０分間反応させ、ＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１がコロイド状に分散した溶液を生成する。その後、溶液を室温まで放冷する。

次いで、４０ｍＬのエタノールを加えて遠心分離をおこない、沈殿物を採取する。エタノールを加えることで、不純物が分離される。

次いで、採取された沈殿物に、極性のない溶媒、例えばヘキサンを加えて、ＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１がヘキサン中に分散したナノ粒子分散溶液原液を作成する。なお、このナノ粒子分散溶液原液中のＦｅＰｔの割合を、１ｍＬのヘキサン中に４０ｍｇのＦｅＰｔが含まれるように調製した。この金属ナノ粒子１の組成は、ＩＣＰ分析（高周波誘導結合プラズマ分析）によると、Ｆｅが４７原子％、Ｐｔが５３原子％であった。

このようにして化学合成されたＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１を、透過電子顕微鏡を用いてその粒径を観測した。観測は、ほぼ３００個の金属ナノ粒子１の像を画像処理してなされた。なお、金属ナノ粒子１はほぼ球形であった。

図２は本発明の実施形態の金属ナノ粒子の粒径分布を表す図であり、化学合成されたＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１の粒径の度数分布を表している。

図２を参照して、化学合成された金属ナノ粒子１の平均粒径は４．７ｎｍであり、その粒径の標準偏差σは０．３４ｎｍであった。

次いで、図１（ａ）を参照して、ナノ粒子分散溶液原液をヘキサンで希釈し、１ｍＬのヘキサン中に１０ｍｇのＦｅＰｔが含まれるように調製する。これにより、スピンコートに適した粘性をもたせることができる。

次いで、ヘキサンで希釈したナノ粒子分散溶液原液に、オレイン酸及びオレインアミンを混合し、よく混ぜる。ヘキサンで希釈したナノ粒子分散溶液原液、オレイン酸及びオレインアミンの混合比は、容量比で１：４：４とした。

この結果、図１（ａ）を参照して、それぞれ２μＬのオレイン酸及びオレインアミンに対して０．４ｍｇのＦｅＰｔからなる金属ナノ粒子１を含むナノ粒子分散溶液１０が調製された。

上述のナノ粒子分散溶液の作成工程とは別に、図１（ｂ）を参照して、ナノホール３が形成された基体２を予め準備する。かかる基体２は、例えば、Ａｌ基板１を陽極酸化することで形成される。即ち、陽極酸化により、基板２上に多数のナノホール３が形成されたポーラスアルミナ２ｂが形成される。

この陽極酸化により形成されるナノホール３は、基板２表面にほぼ１５０ｎｍの深さを有してほぼ垂直に形成される。そのナノホール３の直径は、陽極酸化の条件により数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲内において非常に狭い範囲に制御して形成することができる。本実施形態では、ナノホール３の直径は、１５ｎｍ〜２０ｎｍを中心とし約４ｎｍ〜約１00ｎｍの範囲に分布してる。

次いで、図１（ｃ）を参照して、ナノホール３が形成された基体２上に、ナノ粒子分散溶液１０をスピン塗布した。なお、スピン塗布に限らず、他の塗布手段を用いても差し支えない。

次いで、図１（ｄ）を参照して、基体２を真空容器中に置き、真空中に３０分間放置して脱泡処理した。その結果、ナノホール３中の気体が抜気され、ナノホール３は金属ナノ粒子１を含有するナノ粒子分散溶液１０により充填される。このとき、ナノ粒子分散駅１０は、分散安定剤であるオレイン酸及びオレインアミンを十分含有しているので、真空中に放棄している間、塗布されたナノ粒子分散液１０が乾燥することはなく、ナノホール３を充填するに十分な低い粘度が保持される。なお、この真空中に放置している間に、ナノ粒子分散溶液中のヘキサンは揮発するが、オレイン酸及びオレインアミンは残留する。

次いで、図１（ｅ）を参照して、熱処理することで柱状金属ナノ粒子を形成する。まず、基体２を真空熱処理炉の真空チャンバ内に載置し、４〜１０Ｐａの真空に保持した。その後、真空熱処理炉のヒータに通電して加熱して、炉内温度を2 ℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、４００℃に１５分間保持した。続いて、ヒータを切断して、真空熱処理炉を自然冷却して室温まで冷却したのち基体２を熱処理炉から取り出した。

なお、この熱処理温度は、金属ナノ粒子１の融点以下でなければならない。また、ＦｅＰｔがｆｃｔ構造に相変化するように４００℃〜９００℃以下で行なうことが望ましい。とくに、Ａｌ基板１ａの溶融を回避するため、４００℃〜５００℃で行なうことが好ましい。さらに、真空内で熱処理することで、金属ナノ粒子１及び柱状ナノ粒子４の酸化を防ぐことができる。

この熱処理により、次に述べるように、ナノホール３内にＦｅＰｔからなる柱状ナノ粒子が形成された。なお、昇温温度を2 ℃／分と遅くすることで、金属ナノ粒子１をナノホール３内に沈降させ、確実に柱状ナノ粒子４を形成することができる。

図３は本発明の実施形態基体断面図であり、ナノホール３内に柱状ナノ粒子４が形成された基板２断面の透過電子顕微鏡像を表している。なお、図３（ｂ）は図３（ａ）より高倍率で観測した透過電子顕微鏡像を表している。

図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、ポーラスアルミナ２ｂに形成されたナノホール３の中に、複数の細長く成長した柱状ナノ粒子４が形成されている。直径が６．５ｎｍ以下の細いナノホール３には柱状ナノ粒子４が観測されなかった。

図３（ｂ）を参照して、柱状ナノ粒子４の長軸方向は、ナノホール３の長軸方向に関係なくそれぞれ無秩序にばらばらの方向に向いているように見える。また、柱状ナノ粒子４の直径は、例えば２ｎｍであり、金属ナノ粒子１と同程度ないしそれより細いものもある。これは、１０ｎｍ以上の直径を有するナノホール３内でも同様である。このように、ナノホール３内に形成される柱状ナノ粒子４は、その長軸方向及び形状がナノホール３の形状に依存していない。

表１は、本発明の実施形態柱状ナノ粒子の形状分布の表であり、透過電子顕微鏡により観察された柱状ナノ粒子４の粒子長（長軸方向の長さ）及び粒子直径（長軸に垂直な面内の直径）の度数を表している。なお、表１には、直径６．７ｎｍ〜９．３ｎｍの範囲にあるナノホール３内に形成された１４個の柱状ナノ粒子４の観測値及びアスペクト比を示した。

表１を参照して、直径６．７ｎｍ〜９．３ｎｍのナノホール３内に形成された柱状ナノ粒子４は、粒子長が異なるにも拘わらず、ほぼ２ｎｍの同様な直径を有している。出発材料の金属ナノ粒子１は、図２を参照して、２．５ｎｍ以下の粒径を有するものは極めて少ない。

この事実は、柱状ナノ粒子４は、金属ナノ粒子１が単に凝集又は接合して形成されたものではなく。金属ナノ粒子１自体が変形して形成されたことを強く示唆している。本発明の発明者は、熱処理が金属ナノ粒子１の融点未満の温度でなされることから、このような変形は、１個又は複数の金属ナノ粒子１が、固相反応、例えば固相拡散により柱状ナノ粒子３に成長したものと考察している。

これらの柱状ナノ粒子４は、硬磁性材料であるＦｅＰｔの結晶由来の１軸磁気異方性軸の方向に成長し、その結果、長軸方向と結晶由来の１軸磁気異方性軸とがほぼ一致している。従って、結晶由来の磁気異方性と形状由来の磁気異方性とが加算されるので、柱状ナノ粒子４は大きな１軸磁気異方性を有する。なお、柱状ナノ粒子４は、単結晶の他に複数の単結晶からなるものがあるが、複数の単結晶からなる場合も長軸方向と結晶由来の１軸磁気異方性軸とがほぼ一致していた。

表１から、柱状ナノ粒子４の粒子直径がほぼ一定なので、柱状ナノ粒子４のアスペクト比は粒子長により定まる。本実施形態では、柱状ナノ粒子４の粒子長の平均値は７．４、アスペクト比の平均値は４であった。

上述したように、柱状ナノ粒子４は、電子顕微鏡観察によると、直径が６．５ｎｍ未満のナノホール３には形成されていない。このような細いナノホール３には、金属ナノ粒子１も観測されない。このことは、細いナノホール３には金属ナノ粒子１が注入されなかったことを示唆している。従って、本発明におけるナノホール３の直径は、６．５ｎｍ以上、即ち平均粒径の１．４倍以上あることが望ましい。

一方、直径が６０ｎｍを超えるナノホール３内には、柱状ナノ粒子４に混在する球状の金属ナノ粒子１ａが観察された。従って、柱状ナノ粒子４を純粋に抽出するためには、ナノホール３の直径を６０ｎｍ以下、即ち出発材料の金属ナノ粒子１の平均粒径の１２倍以下とすることが好ましい。とくに、ナノホール３の直径を１５〜２０ｎｍとすることが柱状ナノ粒子４の製造効率の観点から好ましい。もちろん、最適なナノホール３の直径は金属ナノ粒子１若しくはナノ粒子分散溶液の組成又は熱処理条件により変わるから、実験的にナノホール３の直径を適切に選択することが望ましい。

次いで、図１（ｆ）を参酌して、基体２上に塗布されたナノ粒子分散溶液１０を除去した。この基体２上のナノ粒子分散溶液１０には、未反応の金属ナノ粒子１あるいは球状に凝集した金属ナノ粒子１の塊が含まれので、基体２からこれらを除去して純粋な柱状ナノ粒子４を残すためである。この除去は、例えば粗さ＃４０００番の研摩紙を用いて擦りとった。

次いで、図１（ｇ）を参照して、ポーラスアルミナ２ｂを溶解するエッチャント５を用いてポーラスアルミナ２ｂを溶解し、エッチャント５に柱状ナノ粒子４が混合した溶液を採取した。このエッチャント５は、ポーラスアルミナ２ｂを溶解し、かつ柱状ナノ粒子４を溶解しないものであれば足り、周知の酸、アルカリ又は他の薬品を用いることができる。

その後、遠心分離器を用いてエッチャント５から柱状ナノ粒子４を分離し、柱状ナノ粒子４を採取した。

次いで、柱状ナノ粒子４を磁気記録層に用いた磁気記録媒体及び磁気記録装置の製造方法について説明する。

まず、エッチャント５から分離された柱状ナノ粒子４をヘキサン中に分散させる。このとき、１ｍＬのヘキサン中に１０ｍｇのＦｅＰｔが含まれるように調製する。さらに、この柱状ナノ粒子４がヘキサン中に分散した溶液に、分散安定剤としてオレイルアミン及びオレイン酸を、容量比で１：４：４となるように加え、攪拌する。この結果、それぞれ２μＬのオレイン酸及びオレインアミンに対して０．４ｍｇのＦｅＰｔからなる柱状ナノ粒子１を含む溶液が調製された。なお、ヘキサンを加えることで、柱状ナノ粒子１を含む溶液の粘度を調整した。従って、粘度調整が不要で、かつ柱状ナノ粒子４がコロイド状に分散するときは、オレイン酸及びオレインアミンを加えるのみでヘキサンの添加は不要である。

次いで、スピン塗布により磁気記録媒体の円盤状基体の表面に柱状ナノ粒子４を含む溶液を塗布しベークし、磁気記録層を形成する。このスピン塗布を磁場中、例えば垂直磁場中で行なうことで、柱状ナノ粒子４の１軸磁気異方性軸を例えば垂直方向に揃えた垂直磁気記録層が形成される。これにより、柱状ナノ粒子４を磁気記録材料とする磁気記録媒体が製造される。かかる磁気記録媒体を用いた磁気記録装置、例えばハードデスクは、高Ｓ／Ｎ比と優れた熱揺らぎ特性を有する。

図４は本発明の実施形態の熱揺らぎ耐性を説明する図であり、立方体金属ナノ粒子と柱状ナノ粒子とについてそれぞれ計算される熱揺らぎ耐性を表している。なお、図４（ａ）は計算に用いられた立方体金属ナノ粒子及び柱状ナノ粒子の形状を、図４（ｂ）はその計算結果を表している。

図４（ａ）を参照して、Ｋｕ＝７×１０⁷ ｅｒｇ／ｃｃの結晶起源の１軸磁気異方性エネルギーＫｕを有する辺長Ｄの立方体金属ナノ粒子Ｂ及び直径Ｄ、長さ４Ｄの円柱状の柱状ナノ粒子Ａの熱揺らぎ耐性を、温度Ｔ＝３００ＫにおけるＫｕＶ／ｋＴを算出して評価した。ここで、Ｖは磁区の単位となる各ナノ粒子Ａ、Ｂの体積、ｋはボルツマン定数である。

図４（ｂ）を参照して、ＫｕＶ／ｋＴは、立方体金属ナノ粒子Ｂ（図中の曲線Ｂとして示す。）よりも柱状ナノ粒子Ａ（図中の曲線Ａとして示す。）が大きい。即ち、寸法Ｄが同じ場合、立方体金属ナノ粒子Ｂよりも柱状ナノ粒子Ａの熱揺らぎ耐性が優れている。この場合、ナノ粒子Ａ、Ｂの磁化方向の垂直断面積は、それぞれＤ² 、πＤ² ／４であり、柱状ナノ粒子Ａの方が小さい。従って、これらのナノ粒子Ａ、Ｂを磁気記録層に用いたとき、円筒状ナノ粒子Ａは、立方体金属ナノ粒子Ｂに比べて、熱揺らぎ耐性に優れかつ高いＳ／Ｎ比を有する磁気記録層が実現される。

また、磁気記録層に必要とされるＫｕＶ／ｋＴ＞５０の磁気異方性エネルギーを有する硬磁性ナノ粒子は、円筒状の柱状ナノ粒子Ａでは寸法Ｄは２．１ｎｍ以上あれば足りる。これに対して、立方体金属ナノ粒子Ｂでは寸法Ｄは３．１ｎｍ以上が必要である。このように、本実施形態の柱状ナノ粒子４の如き柱状ナノ粒子Ａは、化学合成されたほぼ球ないし立方体状の金属ナノ粒子１に比較して、同じ熱揺らぎ耐性を有しつつ、磁化方向に垂直な断面積が小さな微小粒径とすることができる。このため、高い熱揺らぎ耐性と高いＳ／Ｎ比とを有する磁気記録媒体が実現される。

上述した本発明の実施形態において、ＦｅＰｔ金属ナノ粒子１を用いたが、これに拘わらず１軸磁気異方性を有する硬磁性材料、例えば化学合成されたＦｅＰｄ又はＣｏＰｔをもちいることもできる。さらに、他の方法で製造された１軸磁気異方性を有する硬磁性金属ナノ粒子を用いることもできる。

また、陽極酸化により形成されたポーラスアルミナ３ｂに代えて、他の方法及び材料により製造される表面に細長いナノホール３が形成された基体２を用いても差し支えない。ただし、基体２の少なくとナノホール３の形成部分は、エッチャントにより柱状ナノ粒子を溶解せずに基体のナノホール３形成部分が溶解される材料でなければならない。

なお、本実施形態では硬磁性材料からなる柱状ナノ粒子について説明したが、本発明は金属材料からなる柱状ナノ粒子の製造にも適用することができる。

上述した本明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）金属ナノ粒子を溶媒に分散させたナノ粒子分散溶液を作成する工程と、
前記ナノ粒子分散溶液を、基体表面に形成されたナノホール中に注入する工程と、
次いで、前記基体を熱処理して、前記金属ナノ粒子の固相反応により前記ナノホール内に柱状ナノ粒子を形成する工程とを有する柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記２）前記基体をエッチャントに溶解して、前記柱状ナノ粒子を前記基体から分離する工程を有することを特徴とする付記１記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記３）前記金属ナノ粒子は、化学合成により製造された球状又は立方体状のナノ粒子からなることを特徴とする付記１又は２記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記４）前記熱処理後の前記金属ナノ粒子は、１軸磁気異方性を有する硬磁性金属からなり、
前記柱状ナノ粒子は、磁化容易軸方向を長軸とする前記硬磁性金属からなることを特徴とする付記１、２又は３記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記５）前記硬磁性金属はＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ又はＣｏＰｔであることを特徴とする付記３又は４記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記６）前記熱処理は４００℃〜９００℃の範囲で行なうことを特徴とする付記５記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記７）前記ナノ粒子分散溶液を前記ナノホール中に注入する工程は、前記基体の表面に前記ナノ粒子分散溶液を塗布した後、前記基体を真空中に置く工程を含み、
前記柱状ナノ粒子を形成した後、前記基体上に塗布された前記ナノ粒子分散溶液を除去する工程と、
次いで、前記基体をエッチャントに溶解する工程とを有することを特徴とする付記１〜６の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記８）前記ナノホールの直径は、前記金属ナノ粒子の平均粒径の１．４倍以上かつ４倍以下であることを特徴とする付記１〜７の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記９）前記ナノホールが形成された前記基体は、陽極酸化により製造されたポーラスアルミナからなることを特徴とする付記１〜８の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記１０）前記金属ナノ粒子の平均直径が３〜５ｎｍであり、
前記ナノホールの直径が６．５ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする付記１〜９の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記１１）前記金属ナノ粒子の平均直径が３〜５ｎｍであり、
前記ナノホールの直径が１５ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする付記１〜１０の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
（付記１２）付記１〜１１の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法により製造された前記柱状ナノ粒子。
（付記１３）付記１２記載の柱状ナノ粒子を含有する磁気記録層を有する磁気記録媒体。
（付記１４）付記１３記載の磁気記録媒体を備えた磁気記録装置。

本発明を磁気記録装置、例えばハードディスク装置の磁気記録媒体に用いられる硬磁性微粒子の製造に適用することで、優れた熱揺らぎ耐性及び高Ｓ／Ｎ比を有する磁気記録装置が実現される。

本発明の実施形態工程断面図 本発明の実施形態の金属ナノ粒子の粒径分布を表す図 本発明の実施形態基体断面図 本発明の実施形態の熱揺らぎ耐性を説明する図

符号の説明

１ 金属ナノ粒子
２ 基体
２ａ 基板
２ｂ ポーラスアルミナ
３ ナノホール
４ 柱状ナノ粒子
５ エッチャント

Claims (7)

1. 金属ナノ粒子を溶媒に分散させたナノ粒子分散溶液を作成する工程と、
   前記ナノ粒子分散溶液を、基体表面に形成されたナノホール中に注入する工程と、
   次いで、前記基体を熱処理して、前記金属ナノ粒子の固相反応により前記ナノホール内に柱状ナノ粒子を形成する工程とを有する柱状ナノ粒子の製造方法。
2. 前記熱処理後の前記金属ナノ粒子は、１軸磁気異方性を有する硬磁性金属からなり、
   前記柱状ナノ粒子は、磁化容易軸方向を長軸とする前記硬磁性金属からなることを特徴とする請求項１記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
3. 前記ナノ粒子分散溶液を前記ナノホール中に注入する工程は、前記基体の表面に前記ナノ粒子分散溶液を塗布した後、前記基体を真空中に置く工程を含み、
   前記柱状ナノ粒子を形成した後、前記基体上に塗布された前記ナノ粒子分散溶液を除去する工程と、
   次いで、前記基体をエッチャントに溶解する工程とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
4. 前記ナノホールの直径は、前記金属ナノ粒子の平均粒径の１．４倍以上かつ４倍以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
5. 前記ナノホールが形成された前記基体は、陽極酸化により製造されたポーラスアルミナからなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の柱状ナノ粒子の製造方法により製造された前記柱状ナノ粒子。
7. 請求項６記載の柱状ナノ粒子を含有する磁気記録層を有する磁気記録媒体。

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