JP2010049781A - 平面型プラズモンアンテナを備えた熱アシスト磁気ヘッド - Google Patents

平面型プラズモンアンテナを備えた熱アシスト磁気ヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】近接場光の強度を従来よりも著しく高めることが可能なプラズモンアンテナ、及びこれを用いた熱アシスト磁気ヘッド及びハードディスク装置を提供する。
【解決手段】平面型プラズモンアンテナは、近接場光発生用の励起光の進行方向をＺ軸とした場合、Ｚ軸を含むＹＺ平面上に形成されている。平面型プラズモンアンテナの長手方向がＹ軸に対して傾斜しており、ＹＺ平面内の角部の角度が鋭角である。この角部は鋭角であり、励起光の照射に応答して強い近接場光を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高強度の近接場光を発生する平面型プラズモンアンテナ、熱アシスト磁気ヘッド及びハードディスク装置に関する。
近年、磁気記録媒体を近接場光で加熱しつつ磁場を印加することで磁気情報を記録する熱アシスト磁気ヘッドが注目されている。このような熱アシスト磁気ヘッドは、例えば、特許文献１に記載されている。
また、非特許文献１によれば、bow tie apertureを構成する一対の三角形金属膜からなるプラズモンアンテナが開示されており、比較的高強度の近接場光が発生すると推測される。
米国特許７３３０４０４号明細書
「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、２００６年、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．８Ｂ、ｐ．６６３２−ｐ．６６４２
しかしながら、特許文献１では、レーザ光をレンズによって集光した位置に、微小金属からなるプラズモンアンテナを配置している。プラズモンアンテナは、レーザ光の照射に応答して近接場光を発生する。このプラズモンアンテナの長手方向は、レーザ光の進行方向に平行である。しかしながら、従来の熱アシスト磁気ヘッドでは、十分な強度の近接場光が得られない。
また、非特許文献１に記載のプラズモンアンテナの場合、２つ以上の近接場光ピークが観察される。同文献では、プラズモンアンテナとして、単独の三角形金属膜を用いることも可能であるが、三角形金属膜が２つの場合と異なり、ピーク強度は高くならないと予想される。
本発明では、近接場光の強度を従来よりも著しく高めることが可能なプラズモンアンテナ、及びこれを用いた熱アシスト磁気ヘッド及びハードディスク装置を提供することを目的とする。
本発明のプラズモンアンテナは、近接場光発生用の励起光の進行方向をＺ軸とし、互いに直交するＹ軸及びＺ軸を含む平面上に、物理的に分離することなくただ１つだけ、形成された平面型プラズモンアンテナであって、Ｙ軸に対して長手方向が傾斜しており、上記平面内の角部の角度αが鋭角であることを特徴とする。この平面型プラズモンアンテナの角部では、従来よりも著しく高強度の近接場光が発生する。
また、角度αは、１５度以上であり、４５度よりも小さいことが好ましい。この場合、近接場光の強度（密度）は高くなり、しかも、単一の角部においてピークが観察されるようになる。
また、プラズモンアンテナは、金属からなることが好ましい。
プラズモンアンテナは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択された少なくも1種の金属、又は、この群の中の少なくとも１種の金属を含む合金からなることが好ましい。
プラズモンアンテナは、Ａｕからなることが好ましい。すなわち、プラズモンアンテナが上述の金属、特に、少なくともＡｕからなる場合には、十分な強度の近接場光が観察される。
前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、四角形であることが好ましい。この場合、プラズモンアンテナの特定の角部、すなわちレーザ光の照射位置に近い箇所において、近接場光を発生させることができる。
前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、台形であることが好ましい。この場合、プラズモンアンテナのいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。
前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、平行四辺形であることが好ましい。この場合、プラズモンアンテナのいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。
また、Ｚ軸方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの先端の形状は、長方形であることが好ましい。この場合、かかる先端形状の特定の角部、すなわちレーザ光の照射位置に近い箇所において、近接場光を発生させることができる。
Ｚ軸方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの先端の形状は、台形であることが好ましい。この場合、プラズモンアンテナの先端形状におけるいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。特に、前記平面から見た鋭角の角部が、Ｚ軸方向から見た鋭角の角部と共通する場合、その立体的な形状は先鋭化することとなり、かかる箇所において発生する近接場光は、非常に高強度なものとなる。
また、本発明に係る熱アシスト磁気ヘッドは、上述の平面型プラズモンアンテナの前記角部の近傍に配置された主磁極と、前記主磁極内に磁束を通すコイルと、前記励起光が内部を伝播するコアと、を備えていることを特徴とする。
また、本発明に係る熱アシスト磁気ヘッドは、前記平面型プラズモンアンテナの厚み方向の延長線上に配置された磁気抵抗効果素子を更に備えている。
また、本発明に係るハードディスク装置は、前記熱アシスト磁気ヘッドを搭載したヘッドジンバルアセンブリと、前記熱アシスト磁気ヘッドに対向した磁気記録媒体と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るプラズモンアンテナによれば、近接場光の強度を従来よりも著しく高めることができる。また、このプラズモンアンテナを用いた熱アシスト磁気ヘッドでは、高密度の記録を行うことが可能となる。すなわち、この理由は、個々の磁気記録領域を小さくしても磁場情報が保持できるようにするには、記録領域を構成する磁気材料の保持力を上げればよいが、この場合においても、書き込み時に強い近接場光による加熱を併用することで、保持力の高い磁気材料内に情報を書き込むことができ、したがって、記録領域を小さくすることができるからである。また、この熱アシスト磁気ヘッドを用いたハードディスク装置によれば、記録容量を増加させることができる。
ハードディスク装置の斜視図である。 ＨＧＡの斜視図である。 図１に示した熱アシスト磁気ヘッド２１の近傍の拡大斜視図である。 熱アシスト磁気ヘッドの回路図である。 熱アシスト磁気ヘッド主要部の斜視図である。 （ａ）はプラズモンアンテナ近傍の平面図であり、（ｂ）は位置と強度の関係を示すグラフである。 ＡＢＳ面から見たプラズモンアンテナ近傍の正面図である。 （ａ）はプラズモンアンテナ近傍の平面図であり、（ｂ）は、位置と強度の関係を示すグラフである。 ＡＢＳ面から見たプラズモンアンテナ近傍の正面図である。 （ａ）は傾斜角θの小さなプラズモンアンテナの平面図であり、（ｂ）は、傾斜角θの大きなプラズモンアンテナの平面図である。 θ＝０°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝１５°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝３０°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝４５°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝６０°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ（［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝７２°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ＝７５°の場合における位置[ｎｍ]とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。 θ［°］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］との関係を示すグラフである。 θ［°］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］との関係を示す表である。 θ＝０°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝１５°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝３０°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝４５°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝６０°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝７２°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 θ＝７５°の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。 磁気ヘッド主要部の斜視図である。
以下、実施の形態に係る平面型プラズモンアンテナ、熱アシスト磁気ヘッド及びハードディスク装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
図１は、実施の形態に係る熱アシスト磁気ヘッドが搭載されるハードディスク装置の斜視図であり、ＸＹＺ直交座標系が図示の如く設定されている。
ハードディスク装置１００は、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する複数の磁気記録媒体である磁気ディスク１０、熱アシスト磁気ヘッド２１をトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置１２、この熱アシスト磁気ヘッド２１の書き込み及び読み出し動作を制御し、熱アシスト磁気記録用のレーザ光（励起光）を発生させる光源である半導体レーザ素子（レーザダイオード）を制御するための記録再生及び発光制御回路（制御回路）１３を備えている。
アセンブリキャリッジ装置１２には、複数の駆動アーム１４が設けられている。これらの駆動アーム１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってピボットベアリング軸１６を中心にして揺動可能であり、この軸１６に沿った方向に積層されている。各駆動アーム１４の先端部には、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１７が取り付けられており、したがって、ＨＧＡ１７は磁気ディスク１０に対してピボットベアリング軸１６を中心にして揺動可能である。各ＨＧＡ１７には、熱アシスト磁気ヘッド２１が、各磁気ディスク１０の表面に対向するように設けられている。磁気ディスク１０の表面に対向する面が熱アシスト磁気ヘッド２１の媒体対向面Ｓ（図２参照：エアベアリング面（ＡＢＳ）とも呼ばれる）である。なお、磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及び熱アシスト磁気ヘッド２１は、単数であってもよい。
このように、ハードディスク装置１００は、熱アシスト磁気ヘッド２１を搭載したＨＧＡ１７と、熱アシスト磁気ヘッド２１に対向した磁気記録媒体とを備えている。このハードディスク装置１００によれば、熱アシスト磁気ヘッド２１が、高強度の近接場光を局所的に発生することができるため、磁気記録密度を飛躍的に高めることができる。
図２は、ＨＧＡ１７の斜視図である。同図は、ＨＧＡ１７の媒体対向面Ｓを上にして示してある。
ＨＧＡ１７は、サスペンション２０の先端部に、熱アシスト磁気ヘッド２１を固着し、さらにその熱アシスト磁気ヘッド２１の端子電極に配線部材２０３の一端を電気的に接続して構成される。サスペンション２０は、ロードビーム２００と、このロードビーム２００上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ２０１と、フレックシャの先端に板ばね状に形成されたタング部２０４と、ロードビーム２００の基部に設けられたベースプレート２０２と、フレクシャ２０１上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２０３とから主として構成されている。
なお、ＨＧＡ１７におけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップを装着してもよい。
図３は、図１に示した熱アシスト磁気ヘッド２１の近傍の拡大斜視図である。
サスペンション２０の先端部に熱アシスト磁気ヘッド２１が取り付けられている。熱アシスト磁気ヘッド２１は、スライダー１と光源ユニット２とを貼りあわせてなる。スライダー１は、スライダー基板１ＡのＹＺ平面上に形成された磁気ヘッド部１Ｂを備えている。磁気ヘッド部１Ｂの−Ｚ方向のＸＹ平面は媒体対向面Ｓを成している。一方、光源ユニット２は、光源支持基板２ＡのＹＺ平面上に絶縁層２Ｂを備えており、絶縁層２ＢのＹＺ平面上に半導体レーザ素子３が固定されている。
磁気ヘッド部１Ｂは、絶縁体内に埋設された複数の素子を備えている。これらの素子は、電流の供給によって磁界を発生するコイル５と、コイル５において発生した磁束を媒体対向面Ｓまで導くようにコイル中心から延びた主磁極６Ａと、主磁極６Ａからの磁束をコイル５の中心にまで帰還させるための副磁極６Ｂを含んでいる。更に、これらの素子は、媒体対向面Ｓ上に露出した磁気感応面を有する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）７と、Ｚ軸方向に沿って延びた導波路のコア４を含んでいる。コア４の周囲の部材は、磁気ヘッド部１Ｂの大部分を構成する絶縁体からなるクラッドである。なお、コア４の形状は様々なものがあるため、ここでは、光入射面４Ａと光出射面４Ｂとを結ぶ点線によってコア４を示すこととするが、コア４の形状は例えば直線型にすることができる。
なお、主磁極６Ａは媒体対向面Ｓ上に露出しているが、主磁極６Ａは磁気ディスク１０の表面にある記録領域Ｒに磁界を与えることができる位置であれば、媒体対向面Ｓ上に露出している必要はない。また、主磁極６Ａの近傍には副磁極６Ｂが設けられており、主磁極６Ａからの磁力線が記録領域Ｒを介して副磁極６Ｂに流れる。なお、主磁極６Ａと副磁極６Ｂの位置関係としては様々な形態のものが考えられるが、ここでは、主磁極６Ａと副磁極６Ｂとの間に、光出射面４Ｂが位置しているものとする。また、光出射面４Ｂ上には、平面型プラズモンアンテナ（近接場光発生素子）８の先端部が露出しているものとする。なお、同図では、プラズモンアンテナ８は、コア４の先端に位置する矢印で示されている。
上述のコア４は、Ｚ軸の正方向のＸＹ平面上に、半導体レーザ素子３からの光が入射する光入射面４Ａを有しており、Ｚ軸の負方向のＸＹ平面上に、すなわち媒体対向面Ｓ上に、光出射面４Ｂを有している。半導体レーザ素子３は、本例では端面発光型のレーザダイオードであり、ＸＹ平面に平行な端面から出射されたレーザ光は、光入射面４Ａを介してコア４内に入り、光出射面４Ｂからコア内部に向かって延びたプラズモンアンテナ８に照射される。
プラズモンアンテナ８は、入射光に共鳴して近接場光を発生し、この近接場光によって記録領域Ｒが加熱される。加熱された記録領域Ｒに主磁極６Ａからの磁力線が入ると、記録領域Ｒに情報が書き込まれる。
磁気ヘッド部１ＢのＸ軸の負方向のＹＺ平面上には、複数の電極パッドからなる電極パッド群Ｇ１が形成されている。それぞれの電極パッドは、コイル５の両端、ＭＲ素子７の上下の電極に接続されている。ＭＲ素子７は、図５に示すように、反強磁性層７Ｄによって磁化の向きが固定された強磁性層７Ｃと、周辺の磁界に応じて磁化の向きが偏向するフリー層７Ａを積層してなり、フリー層７Ａと強磁性層７Ｃとの間に、絶縁体からなるトンネル障壁層又は非磁性層からなる中間層７Ｂが介在している。ＭＲ素子７においては、フリー層７Ａと強磁性層７Ｃの磁化の向きの相違に応じて、磁気抵抗が変化する。なお、フリー層７ＡのＹ軸方向両端には図示しないハードマグネットが配置されている。また、ＭＲ素子は、必ずしもこの構造に限定されず、材料によっても動作特性の傾向は変わらない。
コイル５の両端、ＭＲ素子７の上下の電極に接続された電極パッド群Ｇ１内の電極パッドは、サスペンション２０上に形成された第２の電極パッド群Ｇ２に電気的に接続され、配線部材２０３を介して外部に接続されている。なお、配線部材２０３に接続される第２の電極パッド群Ｇ２には、半導体レーザ素子３に駆動電流を供給するための一対の電極パッドも含まれており、この電極パッド間に駆動電流を流すことで、半導体レーザ素子３が発光する。
スライダー基板１Ａ及び光源支持基板２Ａは、例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）から構成されている。これらの基板１Ａ，２Ａに熱伝導性が高い基板を使用した場合には、基板が放熱機能を有することになる。光源支持基板２ＡのＺ軸の正方向側のＸＹ面は、サスペンション２０の裏面に貼り付けられている。
磁気ヘッド部１Ｂは、ＭＲ素子７、クラッド、コア４、コイル５及び主磁極６ＡをＸ軸に沿って積層してなるが、この積層方向はトラック内の記録領域Ｒの配列方向に沿っており、トラック幅はＹ軸に平行である。
上述のように、磁気記録素子としての主磁極６Ａは、その光導波路（コア）の光出射面４Ｂに内に埋設されているが、主磁極６Ａは、光出射面４Ｂに隣接して設けられていてもよい。なお、主磁極６Ａと光出射面４Ｂ内のプラズモンアンテナ８とは、プラズモンアンテナ８によって加熱された記録領域Ｒが元の温度にまで冷却される前に、主磁極６Ａによって書き込みを行うことが可能な程度に近接している。
図４は、熱アシスト磁気ヘッドの回路図である。
磁気ディスク１０の記録領域Ｒ（図３参照）の周囲に発生する磁界に感応して、ＭＲ素子７の磁気抵抗が変化し、ＭＲ素子７に接続された配線部材２０３を流れる電流が変化する。この電流を検出すれば、記録領域Ｒに書き込まれた情報を読み取ることができる。
情報の書き込み時には、別の配線部材２０３からコイル５の両端間に電流が流れるようにし、点線で示されるような磁束を主磁極６Ａから副磁極６Ｂに通し、これらの間の磁気ディスク１０の表面領域に書き込み磁界を与える。なお、これらの磁気記録素子は垂直磁気記録型のものが好ましい。半導体レーザ素子３には、配線部材２０３から駆動電流が供給され、駆動電流の供給に同期してレーザ光が出射する。
主磁極６Ａの近傍には、プラズモンアンテナ８が配置されているため、半導体レーザ素子３からのレーザ光をプラズモンアンテナ８に照射すると、プラズモンアンテナ８から近接場光が発生する。磁気ディスク１０の磁気記録領域は、レーザ光の照射に応じてプラズモンアンテナ８から発生した近接場光によって加熱されると共に、主磁極６Ａからの磁界が印加され、その磁化の状態が変化し、情報が書き込まれることとなる。
次に、平面型プラズモンアンテナ８の構造について説明する。
図５は、熱アシスト磁気ヘッド主要部の斜視図である。
媒体対向面Ｓ上には、プラズモンアンテナ８の先端部が露出している。半導体レーザ素子からのレーザ光ＬＢは、光導波路のコア４内を−Ｚ方向に伝播し、プラズモンアンテナ８に照射される。なお、同図ではコア４の周囲に位置するクラッドは記載を省略している。プラズモンアンテナ８は、コア４の光出射面４Ｂから内部に向かって延びている。コア４はＸ軸方向を厚み方向としており、その製造においては、下部コアの露出表面であるＹＺ平面上に平面型のプラズモンアンテナ８をパターニングして形成し、このプラズモンアンテナ８を被覆するように下部コア上に上部コアを堆積して、コア４を製造している。
コア４の内部には主磁極６Ａと副磁極６Ｂが配置され、これらはコイル５まで延びている。なお、コイル５の実際の形状は平面型の渦巻き形状である。また、プラズモンアンテナ８の厚み方向の延長線上にはＭＲ素子７が配置されており、同一トラック上において書き込みと読み出しを行うことができる。
図６（ａ）は、平面形状が平行四辺形のプラズモンアンテナ８の近傍の平面図である。
同図は、プラズモンアンテナ８をＸ軸方向から見た図であり、この平面型プラズモンアンテナ８の平面形状は四角形、詳細には平行四辺形である。プラズモンアンテナ８の先端部のＹ軸方向に沿った幅はＷ１であり、長手方向の長さはＬ１である。幅Ｗ１に隣接する２辺は平行であり、これらの間の距離はｄ１とする。レーザ光ＬＢの進行方向（−Ｚ方向）に対して、プラズモンアンテナ８の長手方向（長さＬ１で規定される）は傾斜しており、その傾斜角はθである。
なお、レーザ光ＬＢのＴＥモードはＹ軸方向に沿っている。プラズモンアンテナ８の媒体対向面Ｓにおけるコア４の中心に近い位置の角部のＹＺ平面内の角度はαであり、θ＋α＝９０°の関係を満たしている。レーザ光ＬＢの照射に伴って、媒体対向面Ｓにおいて角度αを与える角部から近接場光が発生する。なお、角度αを与える角部は、コア４の幅方向の中点に位置しているものとする。また、コア４が平面レンズを構成している場合には、レーザ光ＬＢの主光線の進行方向は当該レンズの光軸に一致する。
図６（ｂ）は、プラズモンアンテナ８のＹ軸方向の位置と、近接場光の強度の関係を示すグラフである。
プラズモンアンテナ８においては、角度αを与える角部において近接場光の強度が非常に高くなっている。角度αを与える角部に隣接する媒体対向面Ｓ上の角部の角度は鈍角であり、この角部においては、近接場光は発生していない。したがって、プラズモンアンテナ８によれば、近接場光の発生位置をＹＺ平面内で一箇所にすることができ、磁気記録媒体の精密な加熱を、高強度で行うことができる。
なお、プラズモンアンテナ８の平面形状が四角形の場合、プラズモンアンテナの特定の角部、すなわちレーザ光の照射位置に近い箇所において、近接場光を発生させることができる。また、プラズモンアンテナ８の平面形状が平行四辺形であるので、プラズモンアンテナのいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。
図７は、図６（ａ）に示したプラズモンアンテナ８を媒体対向面Ｓから見たプラズモンアンテナ近傍の正面図である。
プラズモンアンテナ８の媒体対向面における形状は四角形、同図では長方形であり、Ｙ軸方向の幅Ｗ１、Ｘ軸方向の厚みｔ１を有している。上述のように、角度αを与える角部では、Ｘ軸方向に沿って延びた近接場発光領域ＩＬＭが観察される。
上記の寸法Ｗ１，Ｌ１，ｄ１，ｔ１、θ、αの一例としては、以下の組み合わせが挙げられる。Ｗ１＝４８ｎｍ、Ｌ１＝３５０ｎｍ、ｄ１＝４２ｎｍ、ｔ１＝４８ｎｍ、θ＝３０°、α＝６０°。
図８（ａ）は、平面形状が台形状のプラズモンアンテナ８の近傍の平面図である。
同図はプラズモンアンテナ８をＸ軸方向から見た図であり、この平面型プラズモンアンテナ８の平面形状は四角形、詳細には台形である。プラズモンアンテナ８の先端部のＹ軸方向に沿った幅はＷ２であり、長手方向の長さはＬ２である。幅Ｗ２に隣接する２辺は平行であり、これらの間の距離はｄ２とする。レーザ光ＬＢの進行方向（−Ｚ方向）に対して、プラズモンアンテナ８の長手方向（長さＬ２で規定される）は傾斜しており、その傾斜角はθである。長さＬ２は、媒体対向面ＳにおけるＹＺ平面内のプラズモンアンテナ８の中点と、これに対向する辺の中点とを結んだ線分である。レーザ光ＬＢのＴＥモードは、上記の場合と同様にＹ軸方向に沿っている。
プラズモンアンテナ８の媒体対向面Ｓにおけるコア４の中心に近い位置の角部のＹＺ平面内の角度はαであり、θ＋α＝９０°の関係を満たしている。レーザ光ＬＢの照射に伴って、媒体対向面Ｓにおいて角度αを与える角部から近接場光が発生する。なお、角度αを与える角部は、コア４の幅方向の中点に位置しているものとする。プラズモンアンテナ８の平面形状が台形の場合、プラズモンアンテナのいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。
図８（ｂ）は、プラズモンアンテナ８のＹ軸方向の位置と、近接場光の強度の関係を示すグラフである。
プラズモンアンテナ８において、角度αを与える角部において近接場光の強度は非常に高くなっている。角度αを与える角部に隣接する媒体対向面Ｓ上の角部の角度は鈍角であり、この角部においては、近接場光は発生していない。したがって、このプラズモンアンテナ８によれば、近接場光の発生位置をＹＺ平面内で一箇所にすることができ、磁気記録媒体の精密な加熱を高強度で行うことができる。
図９は、図８（ａ）に示したプラズモンアンテナ８を媒体対向面Ｓから見たプラズモンアンテナ近傍の正面図である。
プラズモンアンテナ８の媒体対向面Ｓにおける形状は四角形、同図では長方形であり、Ｙ軸方向の幅Ｗ２、Ｘ軸方向の厚みｔ２を有している。上述のように、角度αを与える角部では、Ｘ軸方向に沿って延びた近接場発光領域ＩＬＭが観察される。
上記の寸法Ｗ２，Ｌ２，ｄ２，ｔ２、θ、αの一例としては、以下の組み合わせが挙げられる。Ｗ２＝４８ｎｍ、Ｌ２＝３５０ｎｍ、ｄ２＝４２ｎｍ、ｔ２＝４８ｎｍ、θ＝３０°、α＝６０°。
なお、上述の傾斜角θは、変更することができる。
図１０（ａ）は、傾斜角θの小さなプラズモンアンテナ８の平面図である。
プラズモンアンテナ８のＹＺ平面形状は、元々は長方形であるとする。プラズモンアンテナ８の傾斜角θが小さい場合、Ｚ軸方向に向かってプラズモンアンテナ８をラッピング（研磨）していくと、ＹＺ平面内におけるプラズモンアンテナ８の形状は台形となる。なお、元々のプラズモンアンテナの４つの角部は、製造時のパターニングによって若干の丸みを帯びているが、ラッピングを行うことで、角度αを与える角部Ｇはシャープになる。
図１０（ｂ）は、傾斜角θの大きなプラズモンアンテナの平面図である。
プラズモンアンテナ８のＹＺ平面形状は、元々は長方形であるとする。プラズモンアンテナ８の傾斜角θが大きい場合、Ｚ軸方向に向かってプラズモンアンテナ８をラッピング（研磨）していくと、ＹＺ平面内におけるプラズモンアンテナ８の形状は容易に三角形となる。なお、この場合も、ラッピングを行うことで、角度αを与える角部Ｇはシャープになる。直角三角形の場合には、鋭角の角部Ｇから直角の角部に向かう方向がプラズモンアンテナ８の長手方向となる。
次に、近接場光強度の角度依存性について説明する。以下では、図６（ａ）に示した平行四辺形のプラズモンアンテナ８において、傾斜角θを変化させた場合の近接場光強度ＩＬについて説明する。傾斜角θの変化によって、プラズモンアンテナ８のＹＺ平面内の面積は変わらないようにした。なお、原点の位置は、媒体対向面Ｓにおけるプラズモンアンテナ８の中点の位置とし、以下のグラフ（図１１〜図１７）上の位置は媒体対向面におけるＹ軸上の位置であり、近接場光強度ＩＬは、プラズモンアンテナ８の媒体対向面上にＸ軸負方向の端部における強度を示しており、図１１〜図１７は、それぞれ、図２０〜図２６における測定ラインＭＬ上の強度を示している。なお、これらは、演算のメッシュ間隔を２ｎｍに設定した３Ｄ−ＦＤＴＤ（Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法によって演算したものであり、上記と異なり、Ｌ１は１５０ｎｍとした。また、磁気ヘッド周囲の屈折率は１、励起光は一様な強度の平面波とし、波長は７８０ｎｍとした。また、図１１〜図１７の横軸は、原点からの相対位置を示しており、原点位置はθ＝０°の場合のプラズモンアンテナのＹ軸上の中点位置とした。
図１１は、θ＝０°（α＝９０°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは低く、しかも、隣接する２つの角部においてピークが観察される。
図１２は、θ＝１５°（α＝７５°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは高くなり、しかも、単一の角部においてピークが観察されるようになる。
図１３は、θ＝３０°（α＝６０°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは更に高くなり、しかも、単一の角部においてピークが観察される。半値幅は１５ｎｍである。
図１４は、θ＝４５°（α＝４５°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは更に高くなり、しかも、単一の角部においてピークが観察される。
図１５は、θ＝６０°（α＝３０°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは極めて高くなり、しかも、単一の角部においてピークが観察される。
図１６は、θ＝７２°（α＝１８°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは、θが６０°の場合よりも若干低下するが、単一の角部においてピークが観察されている。
図１７は、θ＝７５°（α＝１５°）の場合における位置［ｎｍ］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］の関係を示すグラフである。近接場光の強度（密度）ＩＬは、θが６０°の場合よりも若干低下するが、単一の角部においてピークが観察されている。
図１８は、θ［°］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］との関係を示すグラフであり、図１９は、θ［°］とＩＬ［（Ｖ／ｍ）２］との関係を示す表である。
近接場光強度ＩＬのピーク値は、θが４５°を越えると急激に増加し、６０度を超えると低下するものの、θが７５°においても４５°の場合の値の数倍の値を保持することができている。すなわち、かかる近接場光強度の観点から、θは４５°よりも大きく、７５°以下であることが好ましく、換言すれば、αは４５°よりも小さく１５°以上であることが好ましい。
次に、媒体対向面Ｓから見たプラズモンアンテナ８の周囲に発生する近接場光強度分布について、図２０〜図２６を参照して補足的に説明する。図２０〜図２６においては、中央の四角がプラズモンアンテナ８を示している。なお、図２０〜図２６に示される近接場光強度を示す数値（任意定数）は、これらの図内における強度の相対値を示しているが、上述の図１１〜図１７に示した数値とは一致していない。
図２０は、θ＝０°（α＝９０°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図であり、Ｙ軸方向に沿った二箇所において弱い近接場光が発生していることが分かる。
図２１は、θ＝１５°（α＝７５°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において弱い近接場光が発生している。
図２２は、θ＝３０°（α＝６０°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において近接場光が発生しているが、プラズモンアンテナの右端においてＸ軸方向に沿って２つのピークが観察される。
図２３は、θ＝４５°（α＝４５°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において近接場光が発生しているが、プラズモンアンテナの右端においてＸ軸方向に沿って２つのピークが観察される。
図２４は、θ＝６０°（α＝３０°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において非常に強い近接場光が発生しているが、プラズモンアンテナの右端においてＸ軸方向に沿って２つのピークが観察される。
図２５は、θ＝７２°（α＝１８°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において比較的強い近接場光が発生しているが、プラズモンアンテナの右端においてＸ軸方向に沿って１つのブロードな１つのピークが観察される。
図２６は、θ＝７５°（α＝１５°）の場合における平面型プラズモンアンテナの先端部周辺の近接場光強度分布を示す図である。Ｙ軸方向に沿った一箇所において比較的強い近接場光が発生しているが、プラズモンアンテナの右端においてＸ軸方向に沿って２のピークが観察される。
図２７は、磁気ヘッド主要部の斜視図である。
上述のプラズモンアンテナ８は、ＸＹ平面における断面形状が長方形であったが、これは同図に示すように、三角形に近い台形であってもよい。すなわち、媒体対向面Ｓにおいて、プラズモンアンテナ８の形状は、Ｙ軸に平行な上底と下底を有する台形であり、下底における角部は非常に鋭利に尖っているので、かかる位置において高強度の近接場光が発生する。また、上底側の角部は角度が緩くなるため、Ｘ軸方向に沿った発光ピークの数を１箇所にすることも可能である。プラズモンアンテナ８のＹＺ平面における形状は、正面形状が台形のプラズモンアンテナ８の下底を含む平行四辺形である。この平行四辺形の長さＬ１（図６（ａ）参照）をプラズモンアンテナ８の長手方向とする。プラズモンアンテナ８の下底を含むＹＺ平面における形状は、図８（ａ）に示したように台形とすることもでき、この場合のプラズモンアンテナ８の長手方向は、長さＬ２（図８（ａ）参照）とする。
以上、説明したように、上述の実施形態に係る平面型プラズモンアンテナ８は、近接場光発生用の励起光の進行方向をＺ軸とし、互いに直交するＹ軸及びＺ軸を含む平面（ＹＺ平面）上に、物理的に分離することなくただ１つだけ、形成された平面型プラズモンアンテナ８であって、Ｙ軸に対して或いはＺ軸方向に対して長手方向が傾斜しており、ＹＺ平面内の角部の角度αが鋭角であることを特徴とする。角度αは、１５度以上であり、４５度よりも小さいことが好ましく、この場合には非常に高い強度の近接場光を発生させることができる。
また、プラズモンアンテナ８は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択された少なくも1種の金属、又は、この群の中の少なくとも１種の金属を含む合金からなるが、特に、これがＡｕである場合には、十分な近接場光の発生が観察された。合金としては例えばＦｅやＮｉ等の金属を含むことができる。上記レーザ光の波長は８３３ｎｍとすることもでき、その開口数ＮＡは例えば１．１６とすることもできる。また、上述のように、ＹＺ平面に垂直な方向（Ｘ軸方向）から見た平面型プラズモンアンテナ８の形状は四角形であるが、これは台形又は平行四辺形とすることができ、また、この形状は三角形でもよい。また、Ｚ軸方向から見た平面型プラズモンアンテナの先端の形状は長方形又は台形とすることができ、いずれの場合も高強度の近接場光を発生させることができる。また、ＸＹ平面つまり媒体対向面Ｓに垂直な方向（Ｚ軸方向）から見た平面型プラズモンアンテナの先端の形状は三角形とすることもできる。また、このような効果は、近接場光が発生する寸法であれば、プラズモンアンテナの大きさに因らず奏することができる。
Ｚ軸方向から見た平面型プラズモンアンテナの先端の形状は長方形の場合、かかる先端形状の特定の角部、すなわちレーザ光の照射位置に近い箇所において、近接場光を発生させることができる。特に、先端形状が台形の場合、プラズモンアンテナの先端形状におけるいずれかの角部は、鋭角となり、レーザ光の照射位置に近く、鋭角を与える角部において、比較的高強度の近接場光が発生する。特に、ＹＺ平面内の鋭角の角部が、Ｚ軸方向から見た鋭角の角部と共通する場合、その立体的な形状は先鋭化することとなり、かかる箇所において発生する近接場光は、非常に高強度なものとなる。
また、上述の熱アシスト磁気ヘッドは、平面型プラズモンアンテナ８の角度αを与える角部の近傍に配置された主磁極６Ａと、主磁極６Ａ内に磁束を通すコイル５（図５参照）と、レーザ光が内部を伝播するコア４と、コア４の周囲に設けられたクラッド（磁気ヘッド部１Ｂの材料）とを備えおり、コア４内を伝播してきたレーザ光によって、高強度の近接場光を局所的に発生させることができるので、高精度の書き込みを行うことができる。なお、励起光として、レーザ光の代わりに、非常に高強度の発光ダイオードの光を用いることも可能である。
また、上述のプラズモンアンテナ８においては、単一の微小金属体からなるため、ｂｏｗ−ｔｉｅ apertureを構成しておらず、ダイポール場増強が生じないものと期待される。このような増強効果ない場合に、近接場光のピーク強度は、最大で従来の２００倍を越える大きさとなり、非自明な効果を奏している。
本発明は、高強度の近接場光を発生する平面型プラズモンアンテナ、熱アシスト磁気ヘッド及びハードディスク装置に利用することができる。
６Ａ・・・主磁極、４・・・コア、５・・・コイル、８・・・プラズモンアンテナ、Ｇ・・・角部。

Claims (13)

  1. 近接場光発生用の励起光の進行方向をＺ軸とし、互いに直交するＹ軸及びＺ軸を含む平面上に、物理的に分離することなくただ１つだけ、形成された平面型プラズモンアンテナであって、Ｙ軸に対して長手方向が傾斜しており、前記平面内の角部の角度αが鋭角であることを特徴とする平面型プラズモンアンテナ。
  2. 角度αは、１５度以上であり、４５度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  3. 前記プラズモンアンテナは、金属からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  4. 前記プラズモンアンテナは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択された少なくも1種の金属、又は、この群の中の少なくとも１種の金属を含む合金からなることを特徴とする請求項３に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  5. 前記プラズモンアンテナは、Ａｕからなることを特徴とする請求項３に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  6. 前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、四角形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  7. 前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、台形であることを特徴とする請求項６に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  8. 前記平面に垂直な方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの形状は、平行四辺形であることを特徴とする請求項６に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  9. Ｚ軸方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの先端の形状は、長方形であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  10. Ｚ軸方向から見た前記平面型プラズモンアンテナの先端の形状は、台形であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の平面型プラズモンアンテナ。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の平面型プラズモンアンテナの前記角部の近傍に配置された主磁極と、
    前記主磁極内に磁束を通すコイルと、
    前記励起光が内部を伝播するコアと、
    を備えていることを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド。
  12. 前記平面型プラズモンアンテナの厚み方向の延長線上に配置された磁気抵抗効果素子を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
  13. 請求項１２に記載の前記熱アシスト磁気ヘッドを搭載したヘッドジンバルアセンブリと、
    前記熱アシスト磁気ヘッドに対向した磁気記録媒体と、
    を備えることを特徴とするハードディスク装置。
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