JP3792406B2 - High density magnetic recording / reproducing method and high density magnetic recording medium - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量の磁気ディスクや大容量の磁気テープなどに応用することが可能な高密度磁気記録再生方法および高密度磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気記録方式には、代表的なものが３種類ある。一つは面内磁気記録方式で、現在のオーディオ、ビデオ、フロッピー、ハードディスクなどに用いられている。磁気記録媒体は面内に磁気異方性を有しており、あまり短い間隔で磁化すると反磁界が大きくなり、漏れ磁束が媒体外部に出てこないために、高密度記録には適していない。また、記録単位は幅が２ミクロン以上と広くないと、出力が弱く、Ｓ／Ｎが不足するという高密度記録にとって重大な欠点を有する。
【０００３】
二つ目は垂直磁気記録方式で、磁気記録媒体は膜面の垂直方向に磁気異方性を有しており、１記録単位（ビット）は５０ｎｍφ程度としても磁化可能で、高密度記録に適している。しかし磁気ヘッドと媒体間にスペースがあると、書き込み時にはそれほど問題とならならないが（ヘッド磁界が大きいため）、読みだし（再生）時には、媒体からの弱い磁界の検知が必要で、極端にＳ／Ｎが低下するために、実用化には至っていない。また、磁気ヘッドと媒体間のスペースを少なくするために、媒体表面に強く接触させて再生すると、媒体やヘッドの摩耗が問題となる。
【０００４】
三つ目は光磁気記録方式で、光磁気ディスクに用いられている。レーザー光を磁気記録媒体に吸収させて加熱し、弱い磁界を印加して磁化し、レーザーの媒体からの反射光の偏光面回転角を２値のデジタル信号として、再生する方法である。
【０００５】
上記したように、面内磁気記録方式は基本的に高密度記録に適していないし、垂直磁気記録方式は高密度記録に適しているが、再生時の摩耗の点で、実用化はまだ先の技術である。光磁気記録方式では熱磁気（ヒートモード）記録のため、２値（記録のあり無し、または磁化の方向が＋方向か−方向か）以上は困難である。すなわち記録部位を加熱する場合、加熱温度や磁界強度を変化させても、何十という多段階の強度変調記録は困難である。また反射光のカー回転角を用いるが、その角度はせいぜい０．４度程度が現状であり、多値化にはあまりにも小さすぎる。それ故、高速度に信号が変化する場合に、現状では検出器の分解能では多値に分解して検知することは不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで最近では１記録層上に記録するのではなく、多層膜の光磁気記録方法を用いた、多値記録方法が研究されている。すなわち上の層は光が透過することを利用している。例えば、第２１回日本応用磁気学会学術講演概要集（１９９７）第４９９ページには、将来の大容量画像メモリーとして、ファラデー効果の波長特性が異なる、複数の磁性ガーネットを積層して、波長選択性を持たせ、各層の信号を選択的に読みだす波長多重再生（磁性層数に応じた波長のレーザーを用いる）が記載されている（ＮＨＫ）。また、同講演概要集（１９９７）第５０１ページには、同様に大容量メモリーとして、前者が２層とも磁性ガーネットを用いるのに対して、１層は磁性ガーネット（透過光のファラデー回転を利用する）を用いているが、もう一層は反射用磁性膜（反射光のカー回転を利用する）を用い、レーザー波長は各層の波長特性から２波長が選択される多値光磁気記録法が記載されている（日本大学）。また、本発明者は特願平０３−１３９７８８（特開平０４−３３８６１１号公報）において、粒子径の異なる強磁性粒子を同一層内に分散し、粒子径の光吸収特性に応じた複数の波長のレーザー光で加熱し、ファラデー回転角を個別に読み取り再生する方法を提案した。
【０００７】
上記従来技術のうち、ＮＨＫおよび日本大学のものは、いずれも多層構造である。しかも少なくとも１層は、ファラデー回転（光は透過）を利用するので、この層での光吸収により、実用的には３層以上にすると光強度が不足するので、３層以上は困難である。すなわち、多層構造の光吸収による光強度不足となる問題がある。またレーザー光は、各層の波長特性によって選択された複数の波長を用いているが、記録および再生ごとに、複数のレーザー光を使いわけることは実用的ではない。最も重大な欠点は２層で↓↓、↓↑、↑↓、↑↑の４値、３層は困難であるが、できたとして、８値と少数に限定されることである。すなわち、最大でも８値と限定される。基本的に、多値の数値が多くなればなるほど、光強度不足とレーザー数は増えて実用上使いづらくなる。また、上記特願平０３−１３９７８８の提案も同様の問題点がある。
【０００８】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、基本的にはレーザー光は１種でよく、また、磁性層は１層で、多値の数値は従来に比較して大幅に大きな数値が容易に得られる、また、磁性層を複数層とし、レーザー光も磁性層の数と同数とすることも可能な、多値記録媒体および記録方式を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第一に、磁気記録媒体の１スポットに、印加磁場の強度に比例した、多段階強度の内の１種の磁化を記録し、該記録部位に直線偏光を照射して、光の偏光面回転角を多値情報として読み出すことを特徴とする高密度磁気記録再生方法が提供される。
【００１０】
第二に、上記第一に記載した高密度磁気記録再生方法において、偏光面の回転はファラデー効果によることを特徴とする高密度磁気記録再生方法が提供される。
【００１１】
第三に、上記第二に記載した高密度磁気記録再生方法において、上記磁気記録媒体の片面に反射膜が設けられ、反射光で再生することを特徴とする高密度磁気記録再生方法が提供される。
【００１２】
第四に、上記第一に記載した高密度磁気記録再生方法において、偏光面の回転はカー効果によることを特徴とする高密度磁気記録再生方法が提供される。
【００１３】
第五に、上記第一、第二、第三または第四に記載した高密度磁気記録再生方法に使用される磁気記録媒体が、基板上に少なくとも１層の磁気層を有し、基板面に垂直な磁気異方性を有することを特徴とする高密度磁気記録媒体が提供される。
【００１４】
第六に、上記第一、第二、第三または第四に記載した高密度磁気記録再生方法に使用される磁気記録媒体が、ファラデー効果の波長依存性が異なる複数の記録層からなることを特徴とする高密度磁気記録媒体が提供される。
【００１５】
第七に、上記第一、第二、第三または第四に記載した高密度磁気記録再生方法に使用される磁気記録媒体が、基板面の溝構造上に強磁性体膜を設けた構造を有することを特徴とする高密度磁気記録媒体が提供される。
【００１６】
第八に、上記第一、第二、第三または第四に記載した高密度磁気記録再生方法に使用される磁気記録媒体が、基板上に少なくとも１層の磁気層を有し、該磁気層上に誘電体多層膜を設けるか、該磁気層が誘電体多層膜によって挟まれた構造を有することを特徴とする高密度磁気記録媒体が提供される。
【００１７】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明は磁気記録媒体の１スポットに、印加磁場の強度に比例した、多段階強度の内の１種の磁化を記録し、次いで該記録部位に直線偏光を照射して、透過光の偏光面回転角を、多段階磁化強度に対応した多値情報として読みだすことを特徴とする。従って１記録面積には、従来より多値数に応じた倍数の記録が可能となり、同一記録媒体、例えば５インチ径のディスクを用いた場合は、同一ディスク内に数倍の記録が可能となる。８値であれば３倍、１６値であれば４倍、３２値であれば５倍である。以下にさらに説明を加える。
【００１８】
本発明の磁気記録媒体は基本的に光、特に可視域のレーザー光を透過するか、または反射する。これは磁気記録媒体を透過した、または反射した大きな偏光面回転角を用いるためである。従って磁気記録媒体は、透過または反射後の偏光面回転角が、従来と大幅に異なり、数度（５度以上、通常は１０度以上）以上あることが重要である。いずれにしても従来の磁性材料は、そのままでは本発明に利用できない。
【００１９】
本発明の特徴は、記録は強度変調した磁界で行い、再現性良く多段階磁気記録し、再生は該記録部位に照射した直線偏光の、多段階磁気記録強度に対応した、偏光面回転角を多値情報として読み取って行うという記録再生方法にある。基本的には記録再生ヘッドは、記録媒体の一方の側、好ましくは記録層側に固定して設けられるのが良い。記録媒体の記録層側と基板側に、記録と再生のためのヘッドを別々に配置すると、高密度になればなるほど位置をあわせることが困難となるからである。従って本発明では、記録媒体通過後のファラデー回転角を読む場合も、反射層を設けて、光を入射させた側から記録を読み取る構成とする。カー回転角を用いる場合は特にこの配慮は不要である。
【００２０】
なお、記録時の印加磁界の強度変調は、記録用ヘッドに用いられるコイルの電流を変調して行う。用いられる強磁性体材料に対して、ある一定の磁界強度で一斉に磁気スピンが回転するような磁界強度およびそれ以上の強度では、いつも一定磁化強度に記録されるので、多段階磁化を記録することはできない。ある磁界強度範囲では、印加磁界強度に比例して磁化されることが必要である。この磁界強度範囲もｌｋガウス以下が（用いる材料によるが）磁気ヘッドがコンパクトに作製できて好ましい。
【００２１】
本発明では、再生に直線偏光を、膜面に垂直に入射して用いるために、磁気記録媒体は膜面に垂直に磁気異方性を有する、いわゆる垂直磁気記録媒体が好ましい。スピンと光の進行方向が平行であることが、磁気光学特性上必要の為である。この場合、磁気スピンは膜面に垂直に上向きと下向きがあるので、偏光面の回転角は逆となり、２倍の多値が得られるという本発明特有のメリットが生ずる。従来技術において説明した、従来の磁束の変化を検知する磁気記録方法では、得られない効果である。なお、従来のように強磁性体膜を加熱して、消磁した状態で磁化する方法では、多段階に再現性良く磁化できないことは言うまでもない。
【００２２】
垂直磁気記録媒体の微小面積に、この多段階の磁化を行うには、垂直磁気ヘッドが好ましい。いわゆる磁気ヘッドからの発生磁界は、膜面に垂直なることが好ましいからである。最も作製が容易で、高密度に記録できる垂直磁気ヘッドは、棒状軟磁性体に銅線を巻いた形状のものである。磁界強度はコイルに流される電流値によって制御されるが、強磁性体表面と該垂直磁気ヘッド先端とは、間隔が一定でないと多段階に再現性良く磁化をすることができない。
【００２３】
従来このような垂直磁気ヘッドを用いる垂直磁気記録方式が、実用化を困難にしている理由は、記録後の再生を垂直磁気ヘッドで行うことが容易でないことによる。すなわち垂直磁気記録は１００Å径程度まで微小に記録できるが、再生時に上記した強磁性体表面と垂直磁気ヘッド先端との間隙の為に、５００Å径程度しか再生できないし、さらに長期間安定的には、もっと大きな面積しか再生できないという致命的な欠点によるものである。
【００２４】
本発明は高密度に記録できる垂直磁気記録を用い、再生時には磁気記録媒体と接触しない、直線偏光の偏光面回転角を用いた方法で読みだして、この課題を解決している。記録と再生方法が異なるのはこの理由によるもので、それぞれの方法のよい点を用いていることになる。また、特に本発明に用いる磁気記録媒体の場合は、二つの方法によって、磁気光学特性が従来より大幅に増大される。
【００２５】
一つは溝構造を基板表面に作製する方法である。直線偏光の偏光面回転角が、溝構造寸法の設計値によって、ある特定波長で大幅に増大する為に、直接磁気ヘッドで磁化を再生するよりも、磁化強度の分解能および再現性が大幅に増大するという効果を有する。本発明者はこの点に関して、特願平０９−１１７６２６など数件において詳細に提案した。すなわち基板表面に波長程度のピッチと深さを有する溝（形状は矩形、三角、おわん状など問わない）を形成した後、この表面に透明磁性材料薄膜を設けるものである。さらに透明度を向上させたい場合は、溝間の一部の薄膜を取り除いても同様の機能を有するものである。上記したようにピッチと深さを変化させることによって、任意の可視光波長（数ｎｍの範囲）で偏光面回転角を２０度以上に増大させることができる。但し入射光は回折するので、０次回折光を利用することになる。
【００２６】
もう一つは強磁性体膜が誘電体多層膜によって挟まれ、強磁性体特有の波長依存性に応じた最大の磁気光学特性（ファラデー効果）を有する波長で、直線偏光の偏光面回転角が増大するように設計できる。これに関しては特願平０９−１５４９７２ほか数件で詳細に提案した。誘電体多層膜は低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して作製する。膜厚はその光学的厚みを１／４λ（λは増大させたい波長）とすることが好ましいが、これ以外の設計法もある。磁性層の膜厚は１／２λとすると、λの光を透過させることができ、磁気光学特性も増大させることができる。しかしこの場合も、他の膜厚とする方法もある。誘電体多層膜／磁性層／誘電体多層膜の構成を重ねれば磁気光学特性は任意に増大させることができる。磁性層は後に述べる透明磁性層が用いられる。
【００２７】
なお、ファラデー効果にしても、カー効果を利用するにしても、偏光面回転角はそのままでは多値信号として用いることは困難である。２個の偏光機能素子を、軸（例えば吸収タイプであれば吸収軸）を基準として、相互にθ度回転させると、ｃｏｓ（θ）に比例して光強度が低下する。従ってデジタル信号として用いるためには、まず回転角変化を、偏光素子を通して電気的な強度信号に変換する。さらにＡＤ変換器を用いてデジタル信号に変換する方法が用いられる。
【００２８】
本発明による効果の一例を示すと、回転角が＋１０度の場合（ファラデー効果を反射させて用いた場合は、光の媒体内往復によって＋２０度となる）、±２０度となる。回転角の検出分解能は少なくても２度以下であるので、２０値以上が可能となる（ファラデーの場合は４０値）。但し回転角が０度と９０度に近い場合は、線形性が低いので若干低い値となる。ファラデー効果の波長依存性が異なる複数種類の磁気記録媒体を重ねて用いる。この場合表面に近い層の透明性が重要であることは当然であるが、各層の保磁力も異なっている必要がある。この場合例えば２層にしても、２倍の記憶容量になるわけではなく、２倍以下となるのはしかたがないことである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明で用いられる材料等、実施の形態について説明する。まず、本発明に用いられる透明基板には、石英ガラス、サファイア、結晶化透明ガラス、パイレックスガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＴｈＯ２、ＣａＯ、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）などの無機透明材料やＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ポリカーポネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂等の透明プラスチックフィルムが用いられる。透明プラスチックフィルムを用いると、軽い、曲げやすい等の利点が有るので利用しやすい。反射膜を用いる場合は、基板は透明でなくても良く、任意の有機材料、無機材料が用いられる。但し表面は平滑でなければ、磁化を多段階に再現性良く記録することができない。
【００３０】
反射層としては、ＰＶＤ法で設けられたＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ等が用いられる。
【００３１】
偏光子層としては、各種の市販の偏光フィルムや、ビームスプリッターを用いた高透過率偏光子などを用いることができる。偏光フィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルムなどがある。より好ましくはニコルプリズム、グラン・トムソンプリズム、グラン・フーコプリズム、グラン・テーラープリズム、ロションプリズム、ウオーラストンプリズムおよびこれらを適宜併用して用いることができる。また最近では人為的に波長オーダーの周期的微細構造を設けた、構造性複屈折偏光子や、また薄膜を積層して作製した、反射型薄膜偏光子等が適用可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
透明磁性層としては、従来一般に用いられている磁気光学効果を示す透明磁性材料で良いが、ファラデー効果が大きくて、透明性の大きい、いわゆる性能指数の大きい磁性材料が好ましい。例えば５０ｎｍ以下の粒子径を有する、鉄、コバルト、Ｎｉ等強磁性金属の超微粒子膜が用いられる。この場合の金属超微粒子以外の膜組成としては酸素、炭素などである。鉄、コバルト、Ｎｉ等強磁性金属は大きな磁気光学効果を示すが、光の吸収も大きいためにそのままの薄膜では用いられなかったが、超微粒子膜とすると大きな性能指数を有するようになる。また粒子径の制御によって、適当な保磁力を得ることができる。ほかに希土類鉄ガーネットやコバルトフェライト、Ｂａフェライト等の酸化物、ＦｅＢＯ３、ＦｅＦ３、ＹＦｅＯ３、ＮｄＦｅＯ３などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどがある。以上は主として透過で、ファラデー効果を利用するものであるが、次に反射でカー効果を利用する反射用磁性材料をあげる。共通して用いることができるものもある。ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏ、ＧｄＣｏ、ＧｄＦｅ、ＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＦｅ、ＴｂＤｙＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＴｂＣｏなどがある。
【００３３】
磁気光学効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に最も大きな効果が得られるので、これらの材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜が好ましい。これらの透明磁性材料は一般的なスパッタ、真空蒸着、ＭＢＥなどのＰＶＤ法やＣＶＤ法、メッキ法等が用いられる。
【００３４】
誘電体多層膜に用いられる材料の例を表１〜３に示す。
【００３５】
【表１】
【表２】
【表３】
これらの材料の中から適宜選択しても良いし、また、これ以外の例えば有機物であってもかまわない。低屈折率および高屈折率の誘電体を積層したものを１ペアとすると、ペア数に制限はないが、２〜２０層が性能上またコスト上好ましい。透明磁性体と接する二つの誘電体多層膜はまったく同一の構成を有することが好ましい。但し透明磁性体に直接接する膜の種類は同じ誘電体を用いるので、積層順序は逆になる。
【００３９】
【実施例】
以下実施例によってさらに具体的に説明する。
〔実施例１〕
０．５ｍｍ厚の石英基板上に、真空蒸着法を用いて２００ｎｍ厚のアルミニウムの反射膜を設けた。次いでイオンプレーティング法を用いて、ＳｉＯ２を８９ｎｍ（屈折率１．４４）、Ｔａ２Ｏ５を６１ｎｍ（屈折率２．１）として交互に６層づつ積層した。基板温度は１５０℃、酸素ガス圧力はＳｉＯ２の場合 １．１×１０−４ ｔｏｒｒ、Ｔａ２Ｏ５の場合は１．０×１０− ４ ｔｏｒｒであった。作製膜レイトはＳｉＯ２の場合２ｎｍ／秒、Ｔａ２Ｏ５の場合は ０．６ｎｍ／秒であった。誘電体多層膜の膜厚のバラツキは、最も厚いところと薄いところで、全膜厚の３％であった。誘電体多層膜の可視光域の分光透過率を測定した結果を図１に示す。
【００４０】
次いで上記誘電体多層膜の上に、スパッタ法を用いてＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜を平均膜厚が２９０ｎｍとなるように作製した。基板温度は３００℃とした。次いでこの基板上の膜を空気中、６５０℃で３時間加熱した。膜の組成はＢｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２であった。磁気光学効果測定装置（日本分光社製Ｋ２５０）で測定したファラデー回転角の波長依存性（印加磁界１０Ｋガウス）を図２に示す。波長５１５ｎｍでは回転角の値は０．９度であった。同装置で測定した波長５１５ｎｍでのファラデー回転角のヒステリシスは図３のようであり、膜面垂直に強い異方性磁界を有する、いわゆる垂直磁化膜であることが分かる。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は、６００Ｏｅであった。
【００４１】
次いで、このＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜上にイオンプレーティング法を用いて、上記とまったく同様な順序でＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の多層膜を作製した。ファラデー回転角の波長依存性（図４、印加磁界１０Ｋガウス）から、波長５１５ｎｍでは１１度の回転角であった。
【００４２】
以上の膜構成物の磁性層側から、図５に示すように記録再生へッドの記録部を用いて、磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において０．５、０．７５、１．０Ｋガウスとなるように３段階に変化させて記録した。この場合の図５のＬ（記録再生ヘッドと保護膜の距離）は約５０ｎｍであった。記録したスポットの大きさは０．５×０．５μｍであった。同様にして作製した別の磁気記録層に、±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した場合、磁気光学効果測定装置で測定したファラデー回転角（ゼロ磁界）は、図６のように直線的に増大した。５１５ｎｍのレーザー光を、上記磁気記録スポットに照射して、ファラデー回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスに対応して、比例関係にあった。このように、磁気記録媒体の１スポットに、印加磁場の強度に比例した、多段階強度の内の１種の磁化を記録し、該記録部位に直線偏光を照射して、光の偏光面回転角を多値情報として読みだすことができた。
【００４３】
〔実施例２〕
石英基坂上に、真空蒸着法を用いて２００ｎｍ厚の鉄膜を作製した。次いで実施例１とまったく同様にして、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の誘電体多層膜を作製した。反射光の偏光面回転角を測定するカー回転角の波長依存性から、波長５１５ｎｍでは１０度の回転角であった。実施例１と同じ装置で測定した波長５１５ｎｍでのカー回転角のヒステリシスおよびＶＳＭの測定結果から、膜面垂直に強い異方性磁界を有する、いわゆる垂直磁化膜であることが分かった。以上の膜構成物の磁性層側から、実施例１と同様にして記録再生ヘッドの記録部を用いて、磁性層に記録した。５１５ｎｍのレーザー光を、磁気記録スポットに照射して、カー回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスに対応して、比例関係にあった。
【００４４】
〔実施例３〕
実施例１の反射層、誘電体多層膜と磁性層（Ｂｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２）との積層記録層に加えて、その上にもう一つの積層記録層を作製した。ＳｉＯ２は膜厚を１１０ｎｍ、Ｔａ２Ｏ５は７６ｎｍとして交互に６層づつ積層した。磁性層は実施例１と同様にスパッタ法を用いて、膜厚１５０ｎｍとして作製した。組成はＢｉ０．４Ｄｙ２．８Ｇｅ０．４Ｃｏ０．４Ｆｅ４．１Ｏ１２であった。誘電体多層膜で磁性層（Ｂｉ０．４Ｄｙ２．８Ｇｅ０．４Ｃｏ０．４Ｆｅ４．１Ｏ１２）を挟んだ構成膜では、ファラデー回転角の波長依存性には、波長６３３ｎｍにマイナス方向の１２度の回転角ピークがあった。波長６３５ｎｍにおけるファラデー回転角のヒステリシスから、膜は膜面に垂直方向に磁気異方性を有する垂直磁化膜であり、保磁力は２ＫＯｅであることが分かった。
【００４５】
以上の膜構成物の磁性層側から、実施例１と同様にして、記録再生ヘッドの記録部を用いて磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。再生ヘッドのレーザー光波長を５１５ｎｍとして、上記磁性層（Ｂｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２）のスポットに照射して、ファラデー回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスに対応して、比例関係にあった。
【００４６】
次いで、実施例１と同様にして、記録再生ヘッドの電流値を増加させて、磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において ±２．５、±３．０、±３．５Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。再生ヘッドのレーザー光波長を６３３ｎｍとして、上記磁性層（Ｂｉ０．４Ｄｙ２．８Ｇｅ０．４Ｃｏ０．４Ｆｅ４．１Ｏ１２）のスポットに照射して、ファラデー回転角を測定した。±２．５、±３．０、±３．５Ｋガウスに対応して、比例関係にあった。
【００４７】
この結果から、ファラデー効果の波長依存性が異なる複数の記録層において、磁気記録媒体の１スポット（媒体上面から見て）に、印加磁場の強度に比例した、多段階強度の内の１種の磁化を記録し、該記録部位に直線偏光を照射して、光の偏光面回転角を多値情報として読みだすと、単層の場合よりも大きな記録密度が得られることが分かった。
【００４８】
〔実施例４〕
ｌｍｍ厚の石英基板の片面に、合計で１２０ｎｍ厚となるようにＣｒ２Ｏ３、次いでＣｒの２層を設けた。さらにこの上にポジ型レジストを設けた。このレジスト上にフォトマスクを配置し、ＵＶ光を用いて図７でＬ＝１．０μｍとなるように露光した。次いでウェットエッチング手法を用いて、上記レジスト層をエッチングし、さらにフッ素系ガスを用いて石英表面をエッチングして、Ｈ＝０．６５μｍとなるように加工した。次いでレジスト層を剥離した。
【００４９】
上記石英基板の加工表面上に、ガス中蒸着法を用いて、基板加熱無しで、鉄微粒子膜を蒸着した。使用したＡｒガスは５０ＣＣＭの流量で流し、全圧力で１．０Ｐａとした。平均膜厚はｌ００ｎｍであった。透過電子顕微鏡で測定した鉄微粒子の平均粒子径は６ｎｍであった。膜の組成は６６％が鉄であり他は酸素と炭素、窒素であった。平坦部で測定した鉄微粒子膜の保磁力は３２０Ｏｅ、面内方向の角型比は０．８０で、面内磁気異方性を有した膜であった。
【００５０】
磁気光学効果測定装置で、上記のようにして作製した磁気光学素子の波長依存性（縦軸は偏光面回転角ｄｅｇ）を測定する（入射光の偏光面とグレーティング溝方向とは直角に配置）と６３３ｎｍにピークが現れた。波長を６３３．７ｎｍ、最大印加磁界１０Ｋガウスとして、印加磁界に対する透過光の偏光面回転角のヒステリシスを測定した（図８）。
【００５１】
以上の膜構成物の磁性層側に、実施例１と同様にして、記録再生ヘッドの記録部を用いて、磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。再生ヘッドのレーザー光波長を６３３ｎｍとして、上記磁気記録スポットに照射して、透過光の偏光面回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスに対応して、比例関係にあった。
【００５２】
〔比較例１〕
実施例１とまったく同様にして、記録媒体をディスク状石英基坂上に作製し、記録再生ヘッドの記録用コイル部を用いて、磁性層側から磁気記録した。実施例１と同様に、膜面に垂直な＋０．５、＋０．７５、＋１．０Ｋガウスの３種類の磁界を印加した。次いで同じ記録用に用いたヘッドのコイル部を用いて、記録媒体を移動させた場合の、磁束変化による出力を読み取る再生を試みた。記録部位による出力は確認できた。しかし磁化した面積が少ないためか、３種類の印加磁界強度に比例した出力とはなっていなかった。次いで膜面に垂直な−０．５、−０．７５、−１．０Ｋガウスの３種類の磁界を印加した。この場合の出力は＋０．５、＋０．７５、＋１．０Ｋガウスの場合とほぼ同じであった。すなわち６値で記録したにもかかわらず、異なる６段階の多値情報として読み取ることはできなかった。
【００５３】
〔比較例２〕
実施例１において、反射膜を設けなかった以外は、まったく実施例１と同様にして記録媒体を作製した。磁気記録も実施例と同様に行ったが、再生には実施例１の記録ヘッド以外にもう一つの受光ヘッドが、基板の反対側に必要であった。再生に当たっては、記録位置と再生ヘッド位置をあわせることは非常に困難であった。
【００５４】
〔比較例３〕
実施例２とまったく同様にして記録媒体を作製した。次いで記録再生ヘッドの光再生部を用いて、５１５ｎｍのレーザー光を記録媒体に照射して加熱し、石英基板の磁性層のない裏側から、膜面に垂直な±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスの３種類の磁界を印加して磁性層に記録した。同記録再生ヘッドを用いて、反射光のカー回転角を測定した。記録時の磁界強度の差異にもかかわらず、回転角は同一であり、多値の情報を得ることはできなかった。
【００５５】
〔比較例４〕
実施例１において、Ｂｉ置換希希土類鉄ガーネット膜作製後の空気中加熱温度を、６２０℃と低下させた以外はまったく同様にして記録媒体を作製した。波長５１５ｎｍでは回転角のピーク値は０．９度であった。ＶＳＭで測定した磁気特性のヒステリシスにおいては、膜面垂直方向の異方性磁界は、実施例１の６５０℃加熱の場合より、僅かに減少して等方性に近かった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は、３６０Ｏｅであった。次いで実施例１とまったく同様な順序でＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の多層膜を作製した。ファラデー回転角の波長依存性から、波長５１５ｎｍでは１０度の回転角であった。以上の膜構成物の磁性層側から記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。５１５ｎｍのレーザー光を、上記磁気記録スポットに照射して、ファラデー回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスに対応して、比例関係は確認できたが回転角のバラツキは大きくなった。
【００５６】
〔比較例５〕
実施例３の中で説明した単層の記録層を有する磁気記録媒体を比較例５とする。
【００５７】
〔比較例６〕
石英基坂上に溝構造を作製しなかった以外は、実施例２とまったく同様にして鉄微粒子膜を作製した。平均膜厚、平均粒子径、膜組成、保磁力、面内方向の角型比は実施例１と同じであった。磁気光学効果測定装置で測定した回転角の波長依存性では、波長によらず、ほほ一定の値０．１度を示した。上記磁性層に実施例１と同様にして、記録再生ヘッドの記録部を用いて磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。再生ヘッドのレーザー光波長を６３３ｎｍとして、上記磁気記録スポットに照射して、ファラデー回転角を測定した。土０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスのように印加磁界強度を変化させたにも関わらず、ファラデー回転角は対応して変化することなく、いずれも０．１度以下と小さく、比例関係を見出すことはできなかった。
【００５８】
〔比較例７〕
５ｍｍ厚の石英基板上に、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の誘電体多層膜を設けなかった他は、実施例１とまったく同様にして、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜を平均膜厚が２９０ｎｍとなるように作製した。実施例１でも、誘電体多層膜上のＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜の評価結果で示したように、磁気光学効果測定装置で測定したファラデー回転角の波長依存性から、波長５１５ｎｍでは回転角のピーク値は０．９度であった。同様に測定した波長５１５ｎｍでのファラデー回転角のヒステリシスから、膜面垂直に強い異方性磁界を有する、いわゆる垂直磁化膜であることが分かった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力も６００Ｏｅであった。上記の磁性層側から、実施例１と同様にして磁性層に記録した。記録部の軟磁性コアによる磁界強度が、磁性層において±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスとなるように６段階に変化させて記録した。５１５ｎｍのレーザー光を、上記磁気記録スポットに照射して、反射光のファラデー回転角を測定した。±０．５、±０．７５、±１．０Ｋガウスのように印加磁界強度を変化させたにも関わらず、ファラデー回転角は対応して変化することなく、いずれも０．９度以下と小さく、比例関係を見出すことはできなかった。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように請求項１の高密度磁気記録再生方法は、磁気記録媒体の１スポットに、印加磁場の強度に比例した磁化を記録し、該記録部位に直線偏光を照射して、光の偏光面回転角を読みだすようにしたので、同一スポットに多値記録が可能となり、高密度、大容量のメモリーを製作することができる。
【００６０】
請求項２の高密度磁気記録再生方法は、上記請求項１の方法において、ファラデー効果によって生ずる偏光面の回転を利用するので、光の強度に容易に変換できて、Ｓ／Ｎの高い多値記録が可能となった。
【００６１】
請求項３の高密度磁気記録再生方法は、上記請求項２の方法において、高密度磁気記録媒体記録層の片面に、反射膜を設けたので、反射光で再生ができ、記録再生ヘッドを一方の側に配置することができるため、装置としてコンパクトになり、トラッキング等記録再生手段を簡便にすることができる。
【００６２】
請求項４の高密度磁気記録再生方法は、請求項１において、カー効果による偏光面の回転を利用するようにしたので、反射膜を設けることなく片側記録再生が可能となり、誘電体多層膜も片側のみの作製で良いため、記録媒体をシンプルな構成にすることができ、トラッキングが容易になるなど性能の向上を図ることができた。
【００６３】
請求項５の高密度磁気記録媒体は、請求項１、２、３または４の高密度磁気記録再生方法に用いる磁気記録媒体として、基板面に垂直な磁気異方性を有する構成としたので、光再生時に光との相互作用が強まり、従ってより大きな多値記録を行うことができる。
【００６４】
請求項６の高密度磁気記録媒体は、請求項１、２、３または４の高密度磁気記録再生方法に用いる磁気記録媒体として、ファラデー効果の波長依存性が異なる複数の記録層からなる構成としたので、複数の記録層に多重に記録することができ、より高密度な記録を行うことができる。
【００６５】
請求項７の高密度磁気記録媒体は、請求項１、２、３または４の高密度磁気記録再生方法に用いる磁気記録媒体として、基板面の溝構造上に強磁性体膜を設ける構成としたので、大きな磁気光学効果が得られ、大きな多値記録を行うことができる。
【００６６】
請求項８の高密度磁気記録媒体は、請求項１、２、３または４の高密度磁気記録再生方法に用いる磁気記録媒体として、磁気記録層上に誘電体多層膜を設けるか、磁気記録層が誘電体多層膜によって挟まれた構造を有するようにしたので、特定の波長の磁気光学効果を増大することができ、大きな多値の記録を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における誘電体多層膜の分光透過率を示す図である。
【図２】実施例１において測定したファラデー回転角の波長依存性（I）を示す図である。
【図３】実施例１において測定したファラデー回転角のヒステリシスを示す図である。
【図４】実施例１において測定したファラデー回転角の波長依存性（II）を示す図である。
【図５】記録・再生ヘッドを示す図である。
【図６】実施例１において測定した印加磁界とファラデー回転角の関係を示す図である。
【図７】基板上の溝構造を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例４で作製した高密度磁気記録媒体の磁気光学特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 反射膜
３ 磁性膜
４ 保護膜
１０ 記録・再生ヘッド
１１ 対物レンズ
１２ コイル
１３ 軟磁性コイル
２０ 光
Ｌ 図５中のＬは記録再生ヘッドと保護膜の距離を示す
１００ 透明基板
１１０ 鉄超微粒子膜
Ｌ 図７中のＬは溝構造作製時のＵＶ光の露光幅を示す
Ｈ 溝の深さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-density magnetic recording / reproducing method and a high-density magnetic recording medium that can be applied to a large-capacity magnetic disk, a large-capacity magnetic tape, and the like.
[0002]
[Prior art]
There are three typical types of conventional magnetic recording systems. One is an in-plane magnetic recording system, which is used for current audio, video, floppy, hard disk and the like. A magnetic recording medium has in-plane magnetic anisotropy, and if it is magnetized at a very short interval, the demagnetizing field becomes large and the leakage magnetic flux does not come out of the medium, so that it is not suitable for high density recording. Also, if the recording unit is not as wide as 2 microns or more, there is a serious drawback for high-density recording that the output is weak and the S / N is insufficient.
[0003]
The second is a perpendicular magnetic recording system. The magnetic recording medium has magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the film surface, and can be magnetized even if the recording unit (bit) is about 50 nmφ, which is suitable for high-density recording. ing. However, if there is a space between the magnetic head and the medium, it does not matter so much at the time of writing (because the head magnetic field is large), but at the time of reading (reproducing), it is necessary to detect a weak magnetic field from the medium. Since N decreases, it has not been put into practical use. In addition, when the reproduction is performed with strong contact with the medium surface in order to reduce the space between the magnetic head and the medium, wear of the medium and the head becomes a problem.
[0004]
The third is a magneto-optical recording system, which is used for a magneto-optical disk. In this method, laser light is absorbed by a magnetic recording medium and heated, a weak magnetic field is applied and magnetized, and a polarization plane rotation angle of reflected light from the laser medium is reproduced as a binary digital signal.
[0005]
As described above, the in-plane magnetic recording method is basically not suitable for high-density recording, and the perpendicular magnetic recording method is suitable for high-density recording. Technology. In the magneto-optical recording system, since it is thermomagnetic (heat mode) recording, it is difficult to perform binary (whether there is no recording or whether the magnetization direction is the + direction or the − direction) or more. That is, when the recording part is heated, dozens of multi-step intensity modulation recordings are difficult even if the heating temperature and the magnetic field intensity are changed. Also, the Kerr rotation angle of the reflected light is used, but the angle is about 0.4 degrees at the most, and it is too small for multilevel. Therefore, when the signal changes at a high speed, it is currently impossible to detect it by decomposing it into multiple values with the resolution of the detector.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, recently, a multi-value recording method using a multilayer magneto-optical recording method instead of recording on one recording layer has been studied. That is, the upper layer utilizes the fact that light is transmitted. For example, in the 21st Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics (1997), page 499, as a future large-capacity image memory, a plurality of magnetic garnets with different wavelength characteristics of the Faraday effect are stacked, and the wavelength selectivity And multiplex reproduction (using a laser having a wavelength corresponding to the number of magnetic layers) is described (NHK). Also, on page 501 of the same lecture summary (1997), as the large-capacity memory, the former uses magnetic garnet for both layers, whereas one layer uses magnetic garnet (uses Faraday rotation of transmitted light). ), But the other layer uses a reflective magnetic film (utilizing the Kerr rotation of reflected light), and a multi-value magneto-optical recording method is described in which two wavelengths are selected from the wavelength characteristics of each layer. (Nihon University) In addition, in the Japanese Patent Application No. 03-139788 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-338611), the present inventor disperses ferromagnetic particles having different particle sizes in the same layer, and a plurality of wavelengths according to the light absorption characteristics of the particle size. We proposed a method to read and regenerate the Faraday rotation angle individually by heating with the laser beam.
[0007]
Of the above conventional techniques, NHK and Nihon University have a multilayer structure. In addition, since at least one layer uses Faraday rotation (light is transmitted), the light intensity is insufficient when practically having three or more layers due to light absorption in this layer, so that three or more layers are difficult. That is, there is a problem that light intensity is insufficient due to light absorption of the multilayer structure. The laser beam uses a plurality of wavelengths selected according to the wavelength characteristics of each layer. However, it is not practical to use a plurality of laser beams for each recording and reproduction. The most serious drawback is that the four layers of ↓↓, ↓ ↑, ↑ ↓, ↑↑ and three layers are difficult in two layers, but if possible, they are limited to eight values and a small number. That is, it is limited to 8 values at the maximum. Basically, the higher the number of multi-values, the less light intensity and the number of lasers increase, making it difficult to use in practice. The proposal of the above Japanese Patent Application No. 03-139788 also has the same problem.
[0008]
The present invention has been made in view of the above background. Basically, only one kind of laser beam may be used, and there is only one magnetic layer. Further, it is an object of the present invention to provide a multi-value recording medium and a recording system that can be obtained in the above-described manner, and that a plurality of magnetic layers can be provided and the number of laser beams can be the same as the number of magnetic layers.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, first, one kind of magnetization in a multistep intensity proportional to the intensity of the applied magnetic field is recorded in one spot of the magnetic recording medium, and linearly polarized light is irradiated to the recording site. There is provided a high-density magnetic recording / reproducing method, characterized in that the polarization plane rotation angle of light is read out as multi-value information.
[0010]
Secondly, in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first aspect, there is provided a high-density magnetic recording / reproducing method characterized in that the rotation of the polarization plane is caused by the Faraday effect.
[0011]
Third, in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the second aspect, a high-density magnetic recording / reproducing method is provided, wherein a reflective film is provided on one surface of the magnetic recording medium and reproduction is performed with reflected light. The
[0012]
Fourth, in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first aspect, there is provided a high-density magnetic recording / reproducing method characterized in that the rotation of the polarization plane is due to the Kerr effect.
[0013]
Fifth, the magnetic recording medium used in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first, second, third or fourth has at least one magnetic layer on the substrate, A high-density magnetic recording medium characterized by having perpendicular magnetic anisotropy is provided.
[0014]
Sixth, the magnetic recording medium used in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first, second, third or fourth is composed of a plurality of recording layers having different wavelength dependencies of the Faraday effect. A featured high density magnetic recording medium is provided.
[0015]
Seventh, the magnetic recording medium used in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first, second, third or fourth has a structure in which a ferromagnetic film is provided on the groove structure of the substrate surface. A high-density magnetic recording medium is provided.
[0016]
Eighth, the magnetic recording medium used in the high-density magnetic recording / reproducing method described in the first, second, third or fourth has at least one magnetic layer on a substrate, and the magnetic layer Provided is a high density magnetic recording medium characterized in that a dielectric multilayer film is provided on the magnetic layer or the magnetic layer is sandwiched between dielectric multilayer films.
[0017]
The present invention is described in detail below.
In the present invention, one spot of a multi-step intensity proportional to the intensity of an applied magnetic field is recorded on one spot of a magnetic recording medium, and then linearly polarized light is irradiated to the recording site, whereby the polarization plane of transmitted light is recorded. The rotation angle is read as multi-value information corresponding to the multi-step magnetization intensity. Accordingly, multiple recording corresponding to the multi-value number can be performed in one recording area, and when the same recording medium, for example, a 5-inch diameter disk is used, recording can be performed several times in the same disk. . If it is 8 values, it is 3 times, if it is 16 values, it is 4 times, and if it is 32 values, it is 5 times. Further explanation will be added below.
[0018]
The magnetic recording medium of the present invention basically transmits or reflects light, particularly laser light in the visible range. This is because a large polarization plane rotation angle transmitted through or reflected by the magnetic recording medium is used. Therefore, it is important for the magnetic recording medium that the polarization plane rotation angle after transmission or reflection is significantly different from the conventional one and is several degrees (5 degrees or more, usually 10 degrees or more) or more. In any case, conventional magnetic materials cannot be used in the present invention as they are.
[0019]
A feature of the present invention is that recording is performed with a magnetic field modulated in intensity, multi-step magnetic recording is performed with good reproducibility, and reproduction is performed with a polarization plane rotation angle corresponding to the multi-step magnetic recording intensity of linearly polarized light irradiated to the recording site. There is a recording / reproducing method in which reading is performed as multi-value information. Basically, the recording / reproducing head is preferably fixedly provided on one side of the recording medium, preferably on the recording layer side. This is because if the recording and reproducing heads are separately arranged on the recording layer side and the substrate side of the recording medium, it becomes difficult to align the position as the density becomes higher. Therefore, in the present invention, even when reading the Faraday rotation angle after passing through the recording medium, a reflection layer is provided to read the recording from the light incident side. This consideration is not particularly necessary when using the Kerr rotation angle.
[0020]
Note that the intensity modulation of the applied magnetic field during recording is performed by modulating the current of a coil used in the recording head. For the ferromagnetic material used, magnetic field spins that rotate simultaneously with a certain magnetic field strength and higher magnetic field strength are always recorded at a constant magnetization strength, so multi-step magnetization is recorded. It is not possible. In a certain magnetic field strength range, it is necessary to be magnetized in proportion to the applied magnetic field strength. This magnetic field strength range is also preferably lk gauss or less (depending on the material used) because the magnetic head can be made compact.
[0021]
In the present invention, since linearly polarized light is used for reproduction and is incident perpendicularly to the film surface, the magnetic recording medium is preferably a so-called perpendicular magnetic recording medium having magnetic anisotropy perpendicular to the film surface. This is because it is necessary for the magneto-optical characteristics that the spin and light travel directions are parallel. In this case, since the magnetic spin has an upward direction and a downward direction perpendicular to the film surface, the rotation angle of the polarization plane is reversed, and a merit peculiar to the present invention is obtained that a double value can be obtained. This is an effect that cannot be obtained by the conventional magnetic recording method for detecting a change in magnetic flux described in the prior art. Needless to say, the conventional method of heating a ferromagnetic film and magnetizing it in a demagnetized state cannot be magnetized in multiple steps with good reproducibility.
[0022]
In order to perform this multi-stage magnetization in a minute area of a perpendicular magnetic recording medium, a perpendicular magnetic head is preferable. This is because the magnetic field generated from a so-called magnetic head is preferably perpendicular to the film surface. The perpendicular magnetic head that is most easily manufactured and can be recorded at a high density has a shape in which a copper wire is wound around a rod-shaped soft magnetic material. The magnetic field strength is controlled by the value of the current flowing through the coil, but the ferromagnetic surface and the tip of the perpendicular magnetic head cannot be magnetized in multiple steps with good reproducibility unless the distance is constant.
[0023]
The reason why the perpendicular magnetic recording system using such a perpendicular magnetic head has been difficult to put into practical use is that it is not easy to perform reproduction after recording with the perpendicular magnetic head. In other words, perpendicular magnetic recording can be recorded as fine as about 100 mm, but only 500 mm can be reproduced due to the gap between the ferromagnetic surface and the tip of the perpendicular magnetic head at the time of reproduction. This is due to a fatal defect that only a larger area can be regenerated.
[0024]
The present invention solves this problem by using perpendicular magnetic recording capable of high-density recording and reading by a method using a polarization plane rotation angle of linearly polarized light that does not come into contact with a magnetic recording medium during reproduction. The reason why the recording and reproduction methods differ is due to this reason, and the good points of each method are used. In particular, in the case of the magnetic recording medium used in the present invention, the magneto-optical characteristics are greatly increased by the two methods.
[0025]
One is a method of forming a groove structure on the substrate surface. Since the polarization plane rotation angle of linearly polarized light is greatly increased at a specific wavelength depending on the design value of the groove structure dimensions, the resolution and reproducibility of the magnetization intensity are greatly increased compared to the case where the magnetization is reproduced directly by a magnetic head. Has the effect of The inventor has proposed this point in detail in several cases such as Japanese Patent Application No. 09-117626. That is, after forming grooves (having a rectangular shape, triangular shape, bowl shape, etc.) having a pitch and depth of about the wavelength on the substrate surface, a transparent magnetic material thin film is provided on this surface. When it is desired to further improve the transparency, the same function can be obtained even if a part of the thin film between the grooves is removed. By changing the pitch and depth as described above, the polarization plane rotation angle can be increased to 20 degrees or more at an arbitrary visible light wavelength (in the range of several nm). However, since incident light is diffracted, zero-order diffracted light is used.
[0026]
The other is a wavelength in which a ferromagnetic film is sandwiched between dielectric multilayer films and has the maximum magneto-optical characteristic (Faraday effect) according to the wavelength dependence peculiar to the ferromagnetic material. Can be designed to increase. This was proposed in detail in Japanese Patent Application No. 09-154972 and several others. The dielectric multilayer film is produced by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers. As for the film thickness, the optical thickness is preferably set to 1 / 4λ (λ is a wavelength to be increased), but there are other design methods. When the film thickness of the magnetic layer is 1 / 2λ, light of λ can be transmitted and magneto-optical characteristics can be increased. However, in this case as well, there is a method of using another film thickness. The magneto-optical characteristics can be arbitrarily increased by overlapping the structure of the dielectric multilayer film / magnetic layer / dielectric multilayer film. As the magnetic layer, a transparent magnetic layer described later is used.
[0027]
Even if the Faraday effect or the Kerr effect is used, it is difficult to use the polarization plane rotation angle as it is as a multilevel signal. When the two polarization functional elements are rotated by θ degrees with respect to the axis (for example, the absorption axis in the case of an absorption type), the light intensity decreases in proportion to cos (θ). Therefore, in order to use it as a digital signal, first, the rotation angle change is converted into an electrical intensity signal through the polarizing element. Further, a method of converting to a digital signal using an AD converter is used.
[0028]
An example of the effect of the present invention is ± 20 degrees when the rotation angle is +10 degrees (when the Faraday effect is reflected, it becomes +20 degrees due to reciprocation of light in the medium). Since the rotation angle detection resolution is at least 2 degrees or less, 20 values or more are possible (40 values in the case of Faraday). However, when the rotation angle is close to 0 degrees and 90 degrees, the linearity is low, so the value is slightly low. A plurality of types of magnetic recording media having different Faraday effect wavelength dependencies are used in an overlapping manner. In this case, it is natural that the transparency of the layer close to the surface is important, but the coercive force of each layer also needs to be different. In this case, for example, even if there are two layers, the storage capacity is not doubled, and it is unavoidable that it is less than doubled.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments such as materials used in the present invention will be described below. First, the transparent substrate used in the present invention includes quartz glass, sapphire, crystallized transparent glass, pyrex glass, Al 2 O 3 , MgO, BeO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , ThO 2 , CaO, GGG (Gadolinium / Gallium / Garnet) and other inorganic transparent materials, MMA, PMMA, polycarbonate, polypropylene, acrylic resin, styrene resin, ABS resin, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, epoxy resin Transparent plastic films such as poly-4-methylpentene-1, fluorinated polyimide, fluororesin, phenoxy resin, polyolefin resin, and nylon resin are used. Use of a transparent plastic film is advantageous because it has advantages such as lightness and easy bending. When a reflective film is used, the substrate may not be transparent, and an arbitrary organic material or inorganic material is used. However, if the surface is not smooth, magnetization cannot be recorded in multiple stages with good reproducibility.
[0030]
As the reflective layer, Al, Cu, Ag, Au, Pt, Rh, Al provided by the PVD method 2 O 3 , SiO 2 TeC, SeAs, TeAs, TiN, TaN, CrN, etc. are used.
[0031]
As the polarizer layer, various commercially available polarizing films, high transmittance polarizers using a beam splitter, and the like can be used. The polarizing film is roughly classified into a multi-halogen polarizing film, a dye polarizing film, and a metal polarizing film. More preferably, a Nicol prism, a Gran Thomson prism, a Gran Fuco prism, a Gran Taylor prism, a Lotion prism, a Wollaston prism, and a combination thereof can be used as appropriate. Recently, structurally birefringent polarizers that are artificially provided with a periodic fine structure of the wavelength order, and reflective thin film polarizers produced by laminating thin films are also applicable. Is not to be done.
[0032]
As the transparent magnetic layer, a transparent magnetic material exhibiting a magneto-optical effect that has been generally used may be used. However, a magnetic material having a large Faraday effect and high transparency, that is, a so-called performance index is preferable. For example, an ultrafine particle film of a ferromagnetic metal such as iron, cobalt, Ni having a particle diameter of 50 nm or less is used. In this case, the film composition other than the ultrafine metal particles is oxygen, carbon or the like. Ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and Ni exhibit a large magneto-optical effect, but they are not used as they are because of their large light absorption. However, when they are made of ultrafine particles, they have a large figure of merit. Further, an appropriate coercive force can be obtained by controlling the particle diameter. In addition, rare earth iron garnet, cobalt ferrite, Ba ferrite and other oxides, FeBO 3 , FeF 3 YFeO 3 NdFeO 3 There are materials such as MnBi, MnCuBi, and PtCo that have a large birefringence. The above is mainly transmission and uses the Faraday effect. Next, a reflection magnetic material that uses the Kerr effect for reflection is given. Some can be used in common. Examples include MnBi, MnCuBi, PtCo, GdCo, GdFe, TbFe, GdTbFe, TbDyFe, TbFeCo, DyFeCo, and TbCo.
[0033]
Since the magneto-optic effect is most effective when the light traveling direction and the spin direction are parallel, these materials are preferably films having magnetic anisotropy perpendicular to the film surface. For these transparent magnetic materials, general sputtering, vacuum evaporation, PVD methods such as MBE, CVD methods, plating methods, and the like are used.
[0034]
Examples of materials used for the dielectric multilayer film are shown in Tables 1 to 3.
[0035]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
These materials may be appropriately selected, and other materials such as organic materials may be used. When a laminate of low refractive index and high refractive index dielectrics is used as one pair, the number of pairs is not limited, but 2 to 20 layers are preferable in terms of performance and cost. The two dielectric multilayer films in contact with the transparent magnetic material preferably have exactly the same configuration. However, since the same dielectric is used as the type of film that is in direct contact with the transparent magnetic material, the stacking order is reversed.
[0039]
【Example】
Examples will be described in more detail below.
[Example 1]
A 200 nm thick aluminum reflective film was provided on a 0.5 mm thick quartz substrate using a vacuum deposition method. Next, using an ion plating method,
[0040]
Next, a Bi-substituted rare earth iron garnet film was formed on the dielectric multilayer film by sputtering so as to have an average film thickness of 290 nm. The substrate temperature was 300 ° C. Next, the film on the substrate was heated in air at 650 ° C. for 3 hours. The composition of the film is Bi 2.2 Dy 0.8 Fe 3.8 Al 1.2 O 12 Met. FIG. 2 shows the wavelength dependence of the Faraday rotation angle (applied magnetic field: 10 K gauss) measured with a magneto-optical effect measuring apparatus (K250 manufactured by JASCO Corporation). At a wavelength of 515 nm, the value of the rotation angle was 0.9 degrees. The hysteresis of the Faraday rotation angle at a wavelength of 515 nm measured by the same apparatus is as shown in FIG. 3, and it can be seen that the film is a so-called perpendicular magnetization film having a strong anisotropic magnetic field perpendicular to the film surface. The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicularly to the film surface with VSM was 600 Oe.
[0041]
Next, on this Bi-substituted rare earth iron garnet film, an ion plating method is used to form SiO in the same order as described above. 2 And Ta 2 O 5 A multilayer film was prepared. From the wavelength dependence of the Faraday rotation angle (FIG. 4, applied magnetic field of 10 K gauss), the rotation angle was 11 degrees at a wavelength of 515 nm.
[0042]
Recording was performed on the magnetic layer from the magnetic layer side of the above film structure using a recording portion of a recording / reproducing head as shown in FIG. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in three stages so that the magnetic layer would be 0.5, 0.75, and 1.0 K gauss. In this case, L in FIG. 5 (the distance between the recording / reproducing head and the protective film) was about 50 nm. The recorded spot size was 0.5 × 0.5 μm. When recording on another magnetic recording layer produced in the same manner in six steps so as to be ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0 K gauss, the Faraday measured by the magneto-optical effect measuring device was used. The rotation angle (zero magnetic field) increased linearly as shown in FIG. The magnetic recording spot was irradiated with 515 nm laser light, and the Faraday rotation angle was measured. Corresponding to ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0K Gauss, they were in a proportional relationship. In this way, one kind of magnetization in a multi-step intensity proportional to the intensity of the applied magnetic field is recorded in one spot of the magnetic recording medium, and linear polarization is irradiated to the recording portion, and the polarization plane of the light is rotated. The angle could be read as multi-value information.
[0043]
[Example 2]
An iron film having a thickness of 200 nm was formed on a quartz base slope using a vacuum deposition method. Next, in exactly the same manner as in Example 1,
[0044]
Example 3
The reflective layer, dielectric multilayer film and magnetic layer (Bi) of Example 1 2.2 Dy 0.8 Fe 3.8 Al 1.2 O 12 In addition, another laminated recording layer was produced thereon. SiO 2 Has a film thickness of 110 nm, Ta 2 O 5 6 layers were stacked alternately at 76 nm. The magnetic layer was formed with a film thickness of 150 nm by sputtering as in Example 1. Composition is Bi 0.4 Dy 2.8 Ge 0.4 Co 0.4 Fe 4.1 O 12 Met. Magnetic layer (Bi 0.4 Dy 2.8 Ge 0.4 Co 0.4 Fe 4.1 O 12 ), The wavelength dependence of the Faraday rotation angle had a 12-degree rotation angle peak in the negative direction at a wavelength of 633 nm. From the hysteresis of the Faraday rotation angle at a wavelength of 635 nm, it was found that the film was a perpendicular magnetization film having magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the film surface, and the coercive force was 2 KOe.
[0045]
Recording was performed on the magnetic layer from the magnetic layer side of the above film structure in the same manner as in Example 1, using the recording portion of the recording / reproducing head. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in six steps so that the magnetic layer would be ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0 K gauss. The laser light wavelength of the reproducing head was set to 515 nm, and the magnetic layer (Bi 2.2 Dy 0.8 Fe 3.8 Al 1.2 O 12 ) And the Faraday rotation angle was measured. Corresponding to ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0K Gauss, they were in a proportional relationship.
[0046]
Next, in the same manner as in Example 1, the current value of the recording / reproducing head was increased and recording was performed on the magnetic layer. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in 6 steps so that the magnetic layer would be ± 2.5, ± 3.0, ± 3.5 K gauss. The laser beam wavelength of the reproducing head is set to 633 nm, and the magnetic layer (Bi 0.4 Dy 2.8 Ge 0.4 Co 0.4 Fe 4.1 O 12 ) And the Faraday rotation angle was measured. Corresponding to ± 2.5, ± 3.0, ± 3.5K Gauss, there was a proportional relationship.
[0047]
From this result, in a plurality of recording layers having different wavelength dependencies of the Faraday effect, one spot of the multi-step intensity proportional to the intensity of the applied magnetic field is applied to one spot of the magnetic recording medium (as viewed from the upper surface of the medium). It was found that when recording the magnetization, irradiating the recording part with linearly polarized light, and reading the polarization plane rotation angle of the light as multivalued information, a recording density higher than that in the case of a single layer can be obtained.
[0048]
Example 4
On one side of a lmm-thick quartz substrate, a total of 120nm thick Cr 2 O 3 Then, two layers of Cr were provided. Further, a positive resist was provided thereon. A photomask was placed on the resist, and exposure was performed using UV light so that L = 1.0 μm in FIG. Next, the resist layer was etched using a wet etching technique, and the quartz surface was further etched using a fluorine-based gas, so that H = 0.65 μm. Next, the resist layer was peeled off.
[0049]
On the processed surface of the quartz substrate, an iron fine particle film was deposited without heating the substrate by using an in-gas deposition method. The Ar gas used was flowed at a flow rate of 50 CCM, and the total pressure was 1.0 Pa. The average film thickness was 100 nm. The average particle diameter of the iron fine particles measured with a transmission electron microscope was 6 nm. The composition of the film was 66% iron and the others were oxygen, carbon and nitrogen. The iron fine particle film measured at the flat portion had a coercive force of 320 Oe, an in-plane squareness ratio of 0.80, and a film having in-plane magnetic anisotropy.
[0050]
The magneto-optical effect measuring device measures the wavelength dependence of the magneto-optical element manufactured as described above (the vertical axis is the polarization plane rotation angle deg) (the plane of polarization of incident light and the grating groove direction are arranged at right angles). And a peak appeared at 633 nm. The hysteresis of the polarization plane rotation angle of the transmitted light with respect to the applied magnetic field was measured with a wavelength of 633.7 nm and a maximum applied magnetic field of 10 K gauss (FIG. 8).
[0051]
Recording was performed on the magnetic layer on the magnetic layer side of the above film composition in the same manner as in Example 1, using the recording portion of the recording / reproducing head. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in six steps so that the magnetic layer would be ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0 K gauss. The laser beam wavelength of the reproducing head was set to 633 nm, and the magnetic recording spot was irradiated to measure the polarization plane rotation angle of the transmitted light. Corresponding to ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0K Gauss, they were in a proportional relationship.
[0052]
[Comparative Example 1]
In exactly the same manner as in Example 1, a recording medium was produced on a disk-shaped quartz base slope, and magnetic recording was performed from the magnetic layer side using the recording coil portion of the recording / reproducing head. Similar to Example 1, three types of magnetic fields of +0.5, +0.75, and +1.0 K gauss perpendicular to the film surface were applied. Next, using the coil portion of the head used for the same recording, an attempt was made to read out the output due to the change in magnetic flux when the recording medium was moved. The output by the recorded part was confirmed. However, because the magnetized area is small, the output is not proportional to the three types of applied magnetic field strength. Next, three kinds of magnetic fields of −0.5, −0.75, and −1.0 K gauss perpendicular to the film surface were applied. The output in this case was almost the same as the case of +0.5, +0.75, and +1.0 K Gauss. That is, although recorded in 6 values, it could not be read as different 6-level multi-value information.
[0053]
[Comparative Example 2]
A recording medium was produced in the same manner as in Example 1 except that the reflective film was not provided in Example 1. Magnetic recording was performed in the same manner as in the example. However, in addition to the recording head of Example 1, another light receiving head was required on the opposite side of the substrate for reproduction. In reproducing, it was very difficult to match the recording position and the reproducing head position.
[0054]
[Comparative Example 3]
A recording medium was produced in exactly the same manner as in Example 2. Next, using the optical reproducing unit of the recording / reproducing head, the recording medium is irradiated with a laser beam of 515 nm and heated, and from the back side of the quartz substrate without the magnetic layer, ± 0.5, ± 0.75 perpendicular to the film surface. Three magnetic fields of ± 1.0 K gauss were applied and recorded on the magnetic layer. Using the same recording / reproducing head, the Kerr rotation angle of reflected light was measured. Despite the difference in magnetic field strength during recording, the rotation angle was the same, and multivalued information could not be obtained.
[0055]
[Comparative Example 4]
A recording medium was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in air after the Bi-substituted dilute rare earth iron garnet film was reduced to 620 ° C. At a wavelength of 515 nm, the peak value of the rotation angle was 0.9 degrees. In the hysteresis of the magnetic characteristics measured by VSM, the anisotropic magnetic field in the direction perpendicular to the film surface was slightly reduced from the case of heating at 650 ° C. in Example 1 and was close to isotropic. The coercivity measured by applying a magnetic field perpendicularly to the film surface with VSM was 360 Oe. Next, in the same order as in Example 1,
[0056]
[Comparative Example 5]
The magnetic recording medium having the single recording layer described in Example 3 is referred to as Comparative Example 5.
[0057]
[Comparative Example 6]
An iron fine particle film was produced in the same manner as in Example 2 except that no groove structure was produced on the quartz base slope. The average film thickness, average particle diameter, film composition, coercive force, and squareness ratio in the in-plane direction were the same as those in Example 1. In the wavelength dependence of the rotation angle measured by the magneto-optical effect measuring device, a substantially constant value of 0.1 degree was shown regardless of the wavelength. Recording was performed on the magnetic layer in the same manner as in Example 1 using the recording portion of the recording / reproducing head. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in six steps so that the magnetic layer would be ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0 K gauss. The laser beam wavelength of the reproducing head was set to 633 nm, and the magnetic recording spot was irradiated to measure the Faraday rotation angle. Despite changing the applied magnetic field strength such as 0.5, ± 0.75, and ± 1.0K gauss, the Faraday rotation angle does not change correspondingly, and all are 0.1 degrees or less. It was too small to find a proportional relationship.
[0058]
[Comparative Example 7]
On a 5 mm thick quartz substrate, SiO 2 And Ta 2 O 5 A Bi-substituted rare earth iron garnet film was prepared to have an average film thickness of 290 nm in exactly the same manner as in Example 1 except that the dielectric multilayer film was not provided. Also in Example 1, as shown in the evaluation result of the Bi-substituted rare earth iron garnet film on the dielectric multilayer film, the peak of the rotation angle is obtained at the wavelength of 515 nm because of the wavelength dependence of the Faraday rotation angle measured by the magneto-optical effect measuring device. The value was 0.9 degrees. Similarly, the hysteresis of the Faraday rotation angle measured at a wavelength of 515 nm revealed that the film was a so-called perpendicular magnetization film having a strong anisotropic magnetic field perpendicular to the film surface. The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicularly to the film surface with VSM was 600 Oe. Recording was performed on the magnetic layer from the magnetic layer side in the same manner as in Example 1. Recording was performed by changing the magnetic field strength of the soft magnetic core of the recording unit in six steps so that the magnetic layer would be ± 0.5, ± 0.75, and ± 1.0 K gauss. The magnetic recording spot was irradiated with 515 nm laser light, and the Faraday rotation angle of the reflected light was measured. Despite changing the applied magnetic field strength such as ± 0.5, ± 0.75, ± 1.0K Gauss, the Faraday rotation angle does not change correspondingly, and all are 0.9 degrees or less. It was too small to find a proportional relationship.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, in the high-density magnetic recording / reproducing method according to the first aspect, the magnetization proportional to the strength of the applied magnetic field is recorded on one spot of the magnetic recording medium, and linearly polarized light is irradiated to the recording portion, thereby polarizing the light. Since the surface rotation angle is read out, multi-value recording can be performed at the same spot, and a high-density and large-capacity memory can be manufactured.
[0060]
The high-density magnetic recording / reproducing method of
[0061]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a high density magnetic recording / reproducing method according to the second aspect, wherein a reflection film is provided on one surface of the recording layer of the high density magnetic recording medium. Therefore, the apparatus can be made compact and recording / reproducing means such as tracking can be simplified.
[0062]
The high-density magnetic recording / reproducing method of
[0063]
Since the high-density magnetic recording medium according to
[0064]
The high-density magnetic recording medium according to
[0065]
A high-density magnetic recording medium according to a seventh aspect is a magnetic recording medium used in the high-density magnetic recording / reproducing method according to the first, second, third, or fourth aspect, wherein a ferromagnetic film is provided on the groove structure of the substrate surface. Therefore, a large magneto-optical effect can be obtained and a large multi-value recording can be performed.
[0066]
The high-density magnetic recording medium according to
[Brief description of the drawings]
1 is a diagram showing the spectral transmittance of a dielectric multilayer film in Example 1. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dependence (I) of the Faraday rotation angle measured in Example 1. FIG.
3 is a graph showing hysteresis of a Faraday rotation angle measured in Example 1. FIG.
4 is a graph showing the wavelength dependence (II) of the Faraday rotation angle measured in Example 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a recording / reproducing head.
6 is a graph showing the relationship between the applied magnetic field and the Faraday rotation angle measured in Example 1. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a groove structure on a substrate.
8 is a diagram showing magneto-optical characteristics of a high-density magnetic recording medium manufactured in Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 reflective film
3 Magnetic film
4 Protective film
10 Recording / playback head
11 Objective lens
12 coils
13 Soft magnetic coil
20 light
L in FIG. 5 indicates the distance between the recording / reproducing head and the protective film.
100 transparent substrate
110 Iron ultrafine particle film
L in FIG. 7 indicates the exposure width of the UV light when the groove structure is produced.
H Groove depth
Claims (9)
前記磁気記録媒体は、基板上に少なくとも１層の磁性層を有し、該磁気層上に誘電体多層膜を設けるか、該磁気層が誘電体多層膜によって挟まれた構造を有し、
磁気記録媒体の１スポットに、前記磁気ヘッドを用いて印加磁場の強度に対応した、多段階強度の内の１種の磁化を記録し、該記録部位に直線偏光を照射して、光の偏光面回転角を多値情報として読み出すことを特徴とする高密度磁気記録再生方法。 A high-density magnetic recording / reproducing method for recording on a magnetic recording medium using a magnetic head and optically reading it,
The magnetic recording medium has at least one magnetic layer on a substrate and has a structure in which a dielectric multilayer film is provided on the magnetic layer, or the magnetic layer is sandwiched between dielectric multilayer films,
One spot of a magnetic recording medium is recorded with one type of magnetization corresponding to the intensity of the applied magnetic field using the magnetic head , and the recording portion is irradiated with linearly polarized light. A high-density magnetic recording / reproducing method, wherein a surface rotation angle is read as multi-value information.
前記磁気ヘッドは、磁気記録媒体の表面から所定の距離を維持して近接した状態で記録を行うことを特徴とする高密度磁気記録再生方法。A high-density magnetic recording / reproducing method, wherein the magnetic head performs recording while maintaining a predetermined distance from the surface of the magnetic recording medium.
偏光面の回転はファラデー効果によることを特徴とする高密度磁気記録再生方法。A high-density magnetic recording / reproducing method characterized in that rotation of a polarization plane is caused by a Faraday effect.
前記磁気記録媒体の片面に反射膜が設けられ、反射光で再生することを特徴とする高密度磁気記録再生方法。A high-density magnetic recording / reproducing method, wherein a reflection film is provided on one surface of the magnetic recording medium and reproduction is performed with reflected light.
偏光面の回転はカー効果によることを特徴とする高密度磁気記録再生方法。A high-density magnetic recording / reproducing method, characterized in that the rotation of the polarization plane is due to the Kerr effect.
前記磁気ヘッドは垂直磁気ヘッドであり、The magnetic head is a perpendicular magnetic head;
前記磁性層は、基板面に垂直な磁気異方性を有することを特徴とする高密度磁気記録再生方法。The high-density magnetic recording / reproducing method, wherein the magnetic layer has a magnetic anisotropy perpendicular to a substrate surface.
前記磁性層がファラデー効果またはカー効果の波長依存性が異なる複数の記録層からなることを特徴とする高密度磁気記録再生方法。A high-density magnetic recording / reproducing method, wherein the magnetic layer comprises a plurality of recording layers having different wavelength dependencies of the Faraday effect or the Kerr effect.
前記磁気記録媒体は、基板面に溝構造を有することを特徴とする高密度磁気記録再生方法。The high-density magnetic recording / reproducing method, wherein the magnetic recording medium has a groove structure on a substrate surface.
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