JP4174571B2 - Erasable or rewritable recording medium and erasable or rewritable recording method for the recording medium - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、消去又は書換え可能な記録媒体並びにその記録媒体に対する消去又は書換え可能な記録方法に関し、特に、消去又は書換え可能に超高密度記録用記録媒体並びにその記録媒体に対する記録方法乃至記録の消去又は書換え方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
いわゆる磁気記録乃至光磁気記録では、磁場や磁場及び熱を用いることによる、磁化方向の異なる領域を媒体上に分布させることによって微細な記録を行っている。こうした記録方式での高密度記録は、微細領域における磁場制御と熱分布制御により初めて実現されるものである。
【０００３】
一層の高密度の記録を目指して新たな材料自体の開発も進んでいるが、書込み精度が高くない上、熱揺らぎによる書込みデータの消失といった不安定性の問題などが指摘されている。
【０００４】
こうした高密度記録における不安定性の問題を改善するための手法として有望視されているもののひとつに、単磁区強磁性微粒子のナノ構造体がある。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００５】
そして、こうしたナノ構造体の製造方法として、例えば、スパッタリング法により室温で作製された連続磁性膜（膜構成はSi/Ti90Cr10 30nm/Co65Cr35 20nm/Co71Cr19Pt10 50nm）に、集束イオンビーム（FIB）リソグラフィーによって格子状の溝を形成し、矩形の磁性微粒子として、アレイ構造を作製する手法（例えば、非特許文献２参照。）が提案されているが、この場合の生産性は実用水準にはほど遠い。
【０００６】
しかも、微小領域に対する読取り技術に関しては、磁気抵抗効果を利用した読取りヘッドの採用により、読取り感度の向上が急速に進められているものの、こうした微小領域への書込みに必要な磁気ヘッドの小型化・強磁場化については、依然として構造上からの問題点も多数残されているといわざるを得ない。
【０００７】
これに対し、例えば、ナノオーダーのプロセッシング技術として、走査型の原子間力顕微鏡（AFM）の探針を利用して、シリコン基板上に、微細な酸化膜及び窒化膜を形成したり、又はシリコン基板上の金属不純物を検出除去したりする技術（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。
【０００８】
同様に、走査型近視野光学顕微鏡の陽極酸化プローブを用いて、金属クラッド中に金属酸化物コアを埋設した構造を作成し、極微細の光導波路とする技術がある。（例えば、非特許文献３参照。）
【０００９】
また、パターニングとは関連しないものの、α-Al2O3の(0001)基板上のFe3O4薄膜を酸化して、結晶方位関係を保ったままFe2O3とする技術（例えば、非特許文献４参照。）や、磁性体（MnSb）表面を一様に酸化してMnO2誘電体による磁気光学的保護膜とする技術がある。（例えば、特許文献２参照。）
【００１０】
こうした走査型の原子間力顕微鏡を用いた表面加工技術と評価技術は、既にナノメートル領域に達しており、新たな超高密度情報記録分野への適用についても期待されている。
【００１１】
そして、本発明者らによって、走査型の原子力間顕微鏡等の微小探針を用いて、磁気材料表面を酸化させることにより、微小領域における磁性特性を制御して、高密度記録用パターンドメディアを提供する方法（特願2002-271323号（未公開））が既に提案されるに至っている。
【００１２】
さらに、媒体に強誘電体を用いて、電圧を印加したプローブ探針により、強誘電体内の分極方向を制御して記録を行う方法が開示されている。（例えば、非特許文献５参照。）
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−２６７９４０号公報
【特許文献２】
特許第３１１８５５４号公報
【非特許文献１】
「サイエンス（SCIENCE）」，Vol.287，p.1989-1992，（2000年3月17日）
【非特許文献２】
「アプライド フィジックス レターズ（Applied Physics Letters）」，Vol.78,No.6,pp.784-786(2001)
【非特許文献３】
「アプライド フィジックス レターズ（Applied Physics Letters）」，Vol.80,No.24,pp.4629-4631(2002)
【非特許文献４】
「ジャーナル オブ ソリッド ステート ケミストリー（Journal of Solid State Chemistry）」,Vol.163,No1,pp.239-247(2002)
【非特許文献５】
「ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス(Japanese Journal of Applied Physics)」，Vol.41,No.41,No.3B,pp.1650-1653(2002)
【００１４】
【解決すべき課題】
次世代の超高密度記録では、ナノメートル領域への情報の書込みが不可欠となると予想されるが、磁化方向による記録を行う従来の書込み用ヘッドでは、磁場の収束など原理的な問題から、ナノメートル領域への磁場的な書込みはできなかった。
【００１５】
したがって、ナノメートル領域への書込みを行うためには、磁場の局在制御性に影響されないように、磁化方向に依らない新たな記録方法の開発が必要である。しかも、こうした磁化方向に依らない方式で記録されたナノメートルオーダーの記録領域を、これまでの磁気、光又は光磁気により識別可能であることが要求されている。
【００１６】
しかしながら、従来の技術として列挙したプロセッシング技術は、そもそも情報記録用でないばかりか、その加工精度自体はナノメートルオーダーであるとしても、加工歩留まりや生産性が極端に悪く、実用記録媒体への応用には、多くの問題を解決しなければならない。
【００１７】
加えて、その記録媒体としての利便性から、ナノメータ領域への書込みに留まらず、その書き込まれた情報の消去や書換え機能が必要であることから、可逆的乃至準可逆的なプロセッシング方法の開発が待たれる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の従来の技術の抱える課題を解決するために、本発明者らは、磁場による書込み方式に代えて、電場によって電気化学的反応を利用して書込みを行う方式を模索し、描画の制御性の改善を図るとともに基体の材料選択性を大幅に緩和することを試みた。
【００１９】
そして、本発明者らは、所定のバイアス電圧が印加され、高精度に位置決め可能な微小電極、具体的には走査型原子間力顕微鏡の探針等を用いて、記録媒体表面を微小加工処理する方式であれば、磁気、光又は光磁気的に識別可能な極微小領域を記録媒体表面上に形成できることに思い至った。
【００２０】
より詳細には、微小電極に所定のバイアス電圧を印加することによって、該微小電極直下の強い電場の作用する領域のみを酸化及び／又は還元処理して、局所的に基体の表面状態、特に構成元素の酸化数を周囲に対して変化させ、磁気、光又は光磁気的に識別可能な領域を媒体表面上に描出する方法である。
【００２１】
ここで、記録部位は電場が非常に強い微小電極直下のみに限定されるため、10ナノメートル領域の記録も可能となる。また、この酸化及び／又は還元処理は、大気中で可能であり、真空等の特別な環境を必要としないため、取り扱いが容易な上、微小電極を多数配置するといったパラレル処理も可能になることから、優れた生産性も期待できる。
【００２２】
また、微小電極に印加するバイアス電圧を制御することにより、酸化も還元も可能であることから、例えば、一旦酸化した領域を、反対のバイアス電圧を印加することにより、還元することもできるので、書込みだけでなく、記録の消去や書換えも可能となる。本発明では、こうした可逆的若しくは準可逆的な電気化学的な反応を利用するため、書込みと消去の回数の制限もない。
【００２３】
また、酸化反応による書込み工程のみに着目すれば、前述の本発明者らによる特願2002-271323号にかかる発明や非特許文献５に開示された発明と若干の共通性があるものの、本発明は、磁場的な書込みや分極方向の制御の必要がなく、それにより様々な読取り手段が採用出来る点で、特願2002-271323号にかかる発明や非特許文献５に開示された発明とは相違する。さらに、その表面材質においても、強磁性と非磁性といった変化を起こす材質や強誘電体性の材料に限られず、酸化の程度により酸化数が３種以上変化する材質を自由に表面材質として選択できる点でも、特願2002-271323号にかかる発明や非特許文献５に開示された発明とは明確に相違する。
【００２４】
以上の技術思想に基づく本発明は、上述の技術的課題を解決するものであって、次の技術的事項からなる。
本発明（１）は、酸化の程度により３種以上の酸化数状態を呈する材料からなる基体表面を備え、該基体表面上には、異種の酸化数の領域によって包囲された、第一酸化数領域と該第一酸化数領域とは異なる酸化数状態の第二酸化数領域を、それぞれ一つ以上有することを特徴とする、消去又は書換え可能な記録媒体である。
本発明（２）は、酸化の程度により３種以上の酸化数状態を呈する材料からなる基体表面を備え、該基体表面上に、第一バイアス電圧が印加された微小電極によって形成された第一酸化数領域と、該第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加された微小電極によって形成された第二酸化数領域とを、それぞれ一つ以上有することを特徴とする、消去又は書換え可能な記録媒体である。
さらに、本発明（３）は、前記第二酸化数領域は、前記第一バイアス電圧が印加された微小電極によって形成された第一酸化数領域に対し、さらに前記第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加された微小電極によって形成された第二酸化数状態の領域であることを特徴とする、本発明（２）の消去又は書換え可能な記録媒体である。
また、本発明（４）は、酸化の程度により３種以上の酸化数状態を呈する材料からなる基体表面を備え、該基体表面上には、酸化の程度の差によって形成された周囲に対して光学又は磁気の特性差によって識別可能な高低差を有する第一高低差領域と該第一高低差領域とは異なる周囲との高低差をもって磁気、光又は光磁気の特性の差によって識別可能な第二高低差領域とをそれぞれ一つ以上有することを特徴とする、消去又は書換え可能な記録媒体である。
本発明（５）は、酸化の程度により３種以上の酸化数状態を呈する材料からなる基体表面を備え、該基体表面上に、第一バイアス電圧が印加された微小電極によって形成された周囲に対して光学又は磁気の特性差によって識別可能な高低差を有する第一高低差領域と、該第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加された微小電極によって形成された周囲に対して磁気、光又は光磁気の特性差によって識別可能な高低差を有する第二高低差領域とを、それぞれ一つ以上有することを特徴とする、消去又は書換え可能な記録媒体である。
さらに、本発明（６）は、前記第二高低差領域は、前記第一バイアス電圧が印加された微小電極によって形成された第一高低差領域に対し、さらに前記第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加された微小電極によって形成された第二の高低差を有する領域であることを特徴とする、本発明（５）の消去又は書換え可能な記録媒体である。
本発明（７）は、前記基体表面は、Mn化合物強磁性体からなることを特徴とする本発明（１）〜（５）の何れか１発明の消去又は書換え可能な記録媒体である。本発明（８）は、前記Mn化合物強磁性体は、MnSb又はMnAsの何れか一方又は両者の組み合わせからなることを特徴とする本発明（７）の消去又は書換え可能な記録媒体である。一方、本発明（９）は、複数種のバイアス電圧を印加可能な微小電極を用いて、基体表面の酸化数を制御することにより、複数種の酸化数状態の領域を、それぞれ一領域以上、磁気、光又は光磁気の特性差によって識別可能に形成することを特徴とする、記録媒体への消去又は書換え可能な記録方法である。
また、本発明（１０）は、第一バイアス電圧を印加した微小電極を用いて、基体表面の少なくとも一部を第一酸化数状態に制御することにより、第一酸化数領域を形成する工程と、前記第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加した微小電極を用いて、基板表面の少なくとも一部を前記第一酸化数状態とは異なる第二酸化数状態に制御することにより、第二酸化数領域を形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする、記録媒体への消去又は書換え可能な記録方法である。
本発明（１１）は、前記第一バイアス電圧は、前記基体表面を酸化する電位であり、前記第二バイアス電圧は、前記基体表面を還元する電位であることを特徴とする本発明（１０）の記録媒体への消去又は書換え可能な記録方法である。
本発明（１２）は、前記基体表面は、Mn化合物強磁性体からなることを特徴とする本発明（９）〜（１１）の何れか１発明の記録媒体へ消去又は書換え可能な記録方法である。
また、本発明（１３）は、前記Mn化合物強磁性体は、MnSb又はMnAsの何れか一方又は両者の組み合わせからなることを特徴とする本発明（１２）の記録媒体への消去又は書換え可能な記録方法。さらに、本発明（１４）は、第一バイアス電圧を印加した微小電極を用いて、基体表面の少なくとも一部を第一酸化数状態に制御することにより、第一酸化数領域を形成する工程と、前記第一バイアス電圧とは異なる第二バイアス電圧を印加した微小電極を用いて、前記第一酸化数領域の少なくとも一部を前記第一酸化数状態とは異なる第二酸化数状態に制御することにより、第二酸化数領域を形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする、記録媒体に対する記録の消去又は書換え方法である。
そして、本発明（１５）は、前記第一バイアス電圧は、前記基体表面を酸化する電位であり、前記第二バイアス電圧は、前記基体表面を還元する電位であることを特徴とする本発明（１４）の記録媒体に対する記録の消去又は書換え方法である。
本発明（１６）は、前記基体表面は、Mn化合物強磁性体からなることを特徴とする本発明（１４）又は（１５）の何れか１発明の記録媒体に対する記録の消去又は書換え方法である。
本発明（１７）は、前記Mn化合物強磁性体は、MnSb又はMnAsの何れか一方又は両者の組み合わせからなることを特徴とする本発明（１６）の記録媒体に対する記録の消去又は書換え方法である。
【００２５】
ここで、本発明（１１）と（１５）における「基体表面を酸化する電位」は、必ずしも一致するものではなく、処理の施される表面部位の酸化状態に依存する値である。また、「基体表面を還元する電位」についても同様である。一方、本発明における記録の読取りには、記録領域の大きさに応じて、磁気光学効果による読取りといった実用的な読取り手段が採用できる。したがって、酸素との結合の程度の差を読取るためには、周囲に対する高低差が、少なくとも15〜30nm程度があることが望ましく、また、記録領域と記録を消去した領域との間にも同程度の高低差があることが望ましいことから、結果として、記録領域は、バルク表面に対して60nm以上の高低差が設けられることが望ましい。
【００２６】
【実施の形態】
本発明にかかる記録原理の概要を模式的に図１に示す。まず、記録媒体１を、例えば、大気中においた場合、媒体表面には、雰囲気（大気）中の水分が吸着し、薄い吸着水層３が生じる。
【００２７】
これに対し、導電性の微小電極２の先端を正のバイアス電圧が印加された記録媒体１と十分に近接させた場合、該微小電極２から吸着水層３中に電子が放出され、その水分を分解して水酸化物イオンを発生させる。
【００２８】
そして、該水酸化物イオンが記録媒体１表面と電気化学的反応する過程を通じて記録媒体表面材料が酸化して酸化物４の相が形成される。この酸化物４が発生した領域では、酸素と結合した分、体積が増加しており、周囲の媒体表面に比べ隆起した微細な立体構造が現れる。この隆起を検出すれば、磁場の書込み工程を介さずに記録内容を読出し可能になる。
【００２９】
一方、この微小電極に対し記録媒体１に負のバイアス電圧を印加した場合、先に隆起構造を呈している酸化物４は還元される。この際、酸素原子が酸化物４から抜けることに伴い隆起構造の高さも減少する。以上が本発明にかかる記録、読出し、消去又は書換えの基本的な原理である。
【００３０】
【実施例１】
次に、本発明を実施するための装置構成の概略を図２に示す。本実施例では、微小電極として走査型原子力間顕微鏡の導電性探針２を用いた。探針と媒体間の距離は、原子間力検出系７を通して記録媒体移動系８にフィードバックされており、ナノメートルオーダーで一定に制御されている。
【００３１】
また、導電性探針２と記録媒体１との間にはバイアス電源５によって電界が印加できる。試料の位置、バイアス電圧などはコントローラ６により予めプログラムされたとおりに自動制御した。
【００３２】
ここで、本実施例では、記録媒体１の表面材質として、強磁性金属材料（MnSb）を採用した。バイアス電圧を−20Ｖ〜＋20Ｖの範囲で変更し、3μｍ×3μｍの範囲内に6個のドット状酸化物を作製した。その結果を図３〜図５に示す。
【００３３】
図３は、MnSb薄膜に対して記録されたドット状酸化物の様子を示す原子力間顕微鏡写真であって、バイアス電圧として＋20Ｖを印加した場合に作製された代表的な酸化物の隆起構造を、「ドットＡ」として表す。この酸化物の隆起構造は、高さ約80nm、直径300nmの酸化物構造であることが観察された。
【００３４】
これに対して、最初にバイアス電圧として、＋20Ｖを印加後に、−20Ｖに変更して印加した領域を「ドットＢ」として表す。このドットＢは、ドットＡと異なり記録媒体表面に対する隆起の高さは約20nmであった。
【００３５】
一方、図４には、前記ドットＡの形成過程としてのバイアス電圧履歴と、その際の隆起高さの変化を示す。バイアス電圧の上昇に伴って隆起高さも増加し、その後、バイアス電圧をゼロに戻した後も高さが維持されていることから、安定な酸化物が作製できていることが分かる。
【００３６】
他方、図５には、前記ドットＢの形成過程についてのバイアス電圧履歴とその際の隆起高さの変化を示す。まず、バイアス電圧が上昇中の隆起高さは、ドットＡの場合と同様な変化が観察された。しかも、バイアス電圧を−10Ｖ程度まで下降させても隆起高さに大きな変化は見られなかった。
【００３７】
ところが、バイアス電圧が−15Ｖ以下になった辺りから急激に隆起高さが減少し、バイアス電圧−20Ｖで高さは20nm程度で安定した。その後、再びバイアス電圧をゼロに戻しても隆起高さには大きな変化は見られなかった。
【００３８】
以上のとおり、本発明によって作製した酸化物は、室温にて安定であるが、ある閾値以上の負電圧の印加によって還元が起こることが確認された。さらに、酸化−還元過程を経て形成された酸化物も室温にて安定であることが確認できた。
【００３９】
本発明者は、この結果からみて、閾値以上の正のバイアス電圧を印加することにより、記録媒体表面材質のMnSbが、MnO２（Ｍｎの酸化数：４）となり、さらに、負のバイアス電圧印加することにより、MnO（Ｍｎの酸化数２）と変化したものと推測している。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、バイアス電圧を印加した走査型原子間力顕微鏡の探針等の微小電極を用いて、記録媒体表面材質に対し、酸化乃至還元反応を局所的に発生させることで、酸化数が周囲と異なり、周囲に対して隆起の高さの異なる領域や磁場的特性の異なる領域を形成することで、消去乃至書換え可能に記録を行うことが可能になった。
【００４１】
さらに、本発明は、酸化・還元反応の程度を制御することによって、記録媒体表面の磁気特性、光磁気特性、光学特性などを局所的に自由に変化させることができるので、局所的な磁化方向を制御しての書込みが不要となり、高密度記録時の熱揺らぎによるデータ消失の問題も実質的に回避可能となるばかりか、様々な読取り方法をも採用可能となったために、記録装置としての構成的自由度も大幅に拡がった。
【００４２】
本発明を採用して、さらに探針形状の改良を進めば、10nm x 10nmサイズで任意のパターンによる安定した記録も充分達成可能であるので、次世代磁気記録媒体として要求される、1Tbit/inch2を超える記録容量を有する磁気記録媒体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる記録原理についての説明図
【図２】 本発明にかかる記録装置の概要図
【図３】 本発明にかかるMnSb薄膜に対して記録されたドット状酸化物の原子間力顕微鏡写真
【図４】 図３中のドットＡに対するバイアス電圧の履歴と酸化物の隆起高さの変化とを示す図
【図５】 図３中のドットＢに対するバイアス電圧の履歴と酸化物の隆起高さの変化とを示す図
【符号の説明】
１ 記録媒体
２ 導電性微小電極（導電性探針）
３ 吸着水層
４ 生成した酸化物
５ バイアス電源
６ コントローラ
７ 原子間力検出系
８ 記録媒体移動系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an erasable or rewritable recording medium and an erasable or rewritable recording method, and more particularly, to an erasable or rewritable recording medium for ultra-high density recording and a recording method or erasing of the recording to the recording medium. Or, it relates to a rewriting method.
[0002]
[Prior art]
In so-called magnetic recording or magneto-optical recording, fine recording is performed by distributing regions having different magnetization directions on a medium by using a magnetic field or a magnetic field and heat. High-density recording by such a recording method is first realized by magnetic field control and heat distribution control in a fine region.
[0003]
The development of new materials themselves is progressing with the aim of higher density recording, but the writing accuracy is not high and problems of instability such as loss of written data due to thermal fluctuations have been pointed out.
[0004]
One promising technique for improving the instability problem in high-density recording is a nanostructure of single-domain ferromagnetic fine particles. (For example, refer
[0005]
As a method for producing such nanostructures, for example, a continuous magnetic film (film structure: Si / Ti90Cr10 30 nm /
[0006]
Moreover, with regard to reading technology for micro regions, although the read sensitivity has been rapidly improved by adopting a read head using the magnetoresistive effect, the magnetic head required for writing to such micro regions has been reduced in size. In terms of strong magnetic field, it must be said that many structural problems still remain.
[0007]
On the other hand, for example, as a nano-order processing technology, a scanning atomic force microscope (AFM) probe is used to form a fine oxide film and nitride film on a silicon substrate, or silicon. A technique for detecting and removing metal impurities on a substrate (for example, see Patent Document 1) has been proposed.
[0008]
Similarly, there is a technique in which a structure in which a metal oxide core is embedded in a metal clad is created using an anodization probe of a scanning near-field optical microscope to form a very fine optical waveguide. (For example, refer nonpatent literature 3.)
[0009]
Although not related to patterning, a technique for oxidizing Fe 3 O 4 thin film on an α-Al 2 O 3 (0001) substrate to make Fe 2 O 3 while maintaining the crystal orientation relationship (for example, non-patterning) Patent Document 4) and a technique of uniformly oxidizing the surface of a magnetic material (MnSb) to form a magneto-optical protective film made of an MnO2 dielectric. (For example, see Patent Document 2.)
[0010]
Such surface processing technology and evaluation technology using a scanning atomic force microscope have already reached the nanometer range, and are expected to be applied to a new ultrahigh density information recording field.
[0011]
Then, the present inventors have used a microprobe such as a scanning atomic force microscope to oxidize the surface of the magnetic material, thereby controlling the magnetic properties in the microscopic area, and providing a patterned medium for high-density recording. A provision method (Japanese Patent Application No. 2002-271323 (unpublished)) has already been proposed.
[0012]
Further, a method is disclosed in which recording is performed by using a ferroelectric substance as a medium and controlling the polarization direction in the ferroelectric substance with a probe probe to which a voltage is applied. (For example, refer
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-6-267940 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3118554 [Non-Patent Document 1]
“Science”, Vol.287, p.1989-1992, (March 17, 2000)
[Non-Patent Document 2]
“Applied Physics Letters”, Vol. 78, No. 6, pp. 784-786 (2001)
[Non-Patent Document 3]
"Applied Physics Letters", Vol.80, No.24, pp.4629-4631 (2002)
[Non-Patent Document 4]
"Journal of Solid State Chemistry", Vol.163, No1, pp.239-247 (2002)
[Non-Patent Document 5]
"Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 41, No. 41, No. 3B, pp. 1650-1653 (2002)
[0014]
【task to solve】
In next-generation ultra-high-density recording, writing information to the nanometer region is expected to be indispensable. However, conventional writing heads that record in the direction of magnetization are nano-sized due to fundamental problems such as magnetic field convergence. Magnetic writing to the meter area was not possible.
[0015]
Therefore, in order to perform writing in the nanometer region, it is necessary to develop a new recording method that does not depend on the magnetization direction so as not to be affected by the local controllability of the magnetic field. In addition, it is required that a nanometer-order recording area recorded by a method independent of the magnetization direction can be identified by conventional magnetism, light, or photomagnetism.
[0016]
However, the processing technologies enumerated as conventional technologies are not only for information recording in the first place, but even if the processing accuracy itself is on the order of nanometers, the processing yield and productivity are extremely poor, so that they can be applied to practical recording media. Has to solve many problems.
[0017]
In addition, because of its convenience as a recording medium, it is necessary not only to write to the nanometer region but also to have a function of erasing and rewriting the written information, so that a reversible or quasi-reversible processing method has been developed. I'm waiting.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present inventors searched for a method of writing by using an electrochemical reaction by an electric field instead of a writing method by a magnetic field, and controlled drawing performance. An attempt was made to significantly improve the material selectivity of the substrate.
[0019]
Then, the present inventors applied a micro-processing process to the surface of the recording medium using a micro-electrode that can be positioned with high accuracy by applying a predetermined bias voltage, specifically, a probe of a scanning atomic force microscope. In this way, the inventors have come up with the idea that a very small area that can be discriminated magnetically, optically or magneto-optically can be formed on the surface of the recording medium.
[0020]
More specifically, by applying a predetermined bias voltage to the microelectrode, only a region where a strong electric field acts directly under the microelectrode is oxidized and / or reduced, so that the surface state of the substrate, particularly the configuration of the substrate is locally generated. In this method, the oxidation number of an element is changed with respect to the surroundings, and a magnetically, optically, or magneto-optically distinguishable region is drawn on the surface of the medium.
[0021]
Here, since the recording region is limited to just below the microelectrode where the electric field is very strong, it is possible to record in the 10 nanometer region. In addition, since this oxidation and / or reduction treatment can be performed in the atmosphere and does not require a special environment such as a vacuum, it is easy to handle and parallel processing such as arranging a large number of microelectrodes becomes possible. Therefore, excellent productivity can be expected.
[0022]
In addition, since it is possible to oxidize or reduce by controlling the bias voltage applied to the microelectrode, for example, the region once oxidized can be reduced by applying the opposite bias voltage. In addition to writing, it is possible to erase and rewrite records. In the present invention, since such a reversible or quasi-reversible electrochemical reaction is used, there is no limit on the number of times of writing and erasing.
[0023]
Further, if attention is paid only to the writing process by oxidation reaction, the present invention has some commonality with the invention according to the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2002-271323 by the present inventors and the invention disclosed in
[0024]
The present invention based on the above technical idea solves the above technical problem and includes the following technical matters.
The present invention (1) includes a substrate surface made of a material that exhibits three or more oxidation number states depending on the degree of oxidation, and the first oxidation number surrounded by regions of different oxidation numbers on the substrate surface. An erasable or rewritable recording medium having at least one second oxidation number region in an oxidation number state different from the region and the first oxidation number region.
The present invention (2) includes a substrate surface made of a material that exhibits three or more oxidation number states depending on the degree of oxidation, and a first electrode formed on the substrate surface by a microelectrode to which a first bias voltage is applied. Erasable or rewritable, characterized by having at least one oxidation number region and at least one second number region formed by a microelectrode to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied It is a recording medium.
Further, in the present invention (3), the second dioxide region is different from the first bias voltage in the second oxidation number region formed by the microelectrode to which the first bias voltage is applied. The erasable or rewritable recording medium of the present invention (2), characterized in that it is a region in the second number state formed by a microelectrode to which a bias voltage is applied.
Further, the present invention (4) includes a substrate surface made of a material exhibiting three or more oxidation number states depending on the degree of oxidation, and on the surface of the substrate, the periphery formed by the difference in the degree of oxidation. A first height difference region having a height difference that can be identified by a difference in optical or magnetic properties and a difference in height between the first height difference region and the surroundings different from the first height difference region can be identified by a difference in magnetic, optical, or magneto-optical properties. It is an erasable or rewritable recording medium characterized by having at least one two height difference regions.
The present invention (5) includes a substrate surface made of a material that exhibits three or more oxidation number states depending on the degree of oxidation, and on the periphery of the substrate surface formed by a microelectrode to which a first bias voltage is applied. On the other hand, the first height difference region having a height difference that can be discriminated by the difference in optical or magnetic characteristics, and the surroundings formed by the microelectrodes to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied An erasable or rewritable recording medium comprising at least one second height difference region having a height difference that can be identified by a difference in characteristics of light or magneto-optical.
Further, in the present invention (6), the second height difference region is different from the first bias voltage in the first height difference region formed by the microelectrode to which the first bias voltage is applied. The erasable or rewritable recording medium according to the present invention (5), characterized in that it is a region having a second height difference formed by a microelectrode to which two bias voltages are applied.
The present invention (7) is the erasable or rewritable recording medium according to any one of the present inventions (1) to (5), wherein the surface of the substrate is made of a ferromagnetic Mn compound. The present invention (8) is the erasable or rewritable recording medium according to the present invention (7), wherein the Mn compound ferromagnet comprises one of MnSb and MnAs or a combination of both. On the other hand, the present invention (9) uses a microelectrode to which a plurality of types of bias voltages can be applied to control the oxidation number on the surface of the substrate, thereby providing a plurality of types of oxidation number states in each region, A recording method erasable or rewritable on a recording medium, characterized by being formed so as to be identifiable by magnetic, optical or magneto-optical characteristic differences.
The present invention (10) includes a step of forming the first oxidation number region by controlling at least a part of the substrate surface to the first oxidation number state using the microelectrode to which the first bias voltage is applied. Using a microelectrode to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied and controlling at least a part of the substrate surface to a second dioxide number state different from the first oxidation number state. A recording method erasable or rewritable on a recording medium, comprising at least a step of forming several regions.
In the present invention (11), the first bias voltage is a potential that oxidizes the substrate surface, and the second bias voltage is a potential that reduces the substrate surface. It is a recording method that can be erased or rewritten to a recording medium.
The present invention (12) is a recording method erasable or rewritable to the recording medium of any one of the present inventions (9) to (11), wherein the substrate surface is made of a Mn compound ferromagnetic material. is there.
According to the present invention (13), the Mn compound ferromagnet is composed of either one of MnSb or MnAs or a combination of both, and can be erased or rewritten to the recording medium of the present invention (12). Recording method. Furthermore, the present invention (14) includes the step of forming the first oxidation number region by controlling at least a part of the substrate surface to the first oxidation number state using the microelectrode to which the first bias voltage is applied. And using a microelectrode to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied to control at least a part of the first oxidation number region to a second dioxide number state different from the first oxidation number state. And a method of erasing or rewriting the recording on the recording medium, comprising at least a step of forming the second dioxide region.
According to the present invention (15), the first bias voltage is a potential that oxidizes the substrate surface, and the second bias voltage is a potential that reduces the substrate surface. 14) A method for erasing or rewriting a recording on a recording medium.
The present invention (16) is the method for erasing or rewriting a record on the recording medium of any one of the present invention (14) or (15), wherein the substrate surface is made of an Mn compound ferromagnetic material. .
The present invention (17) is the method for erasing or rewriting a recording on the recording medium according to the present invention (16), wherein the Mn compound ferromagnet comprises one of MnSb and MnAs or a combination of both. .
[0025]
Here, the “potential for oxidizing the substrate surface” in the present inventions (11) and (15) does not necessarily match, and is a value depending on the oxidation state of the surface portion to be treated. The same applies to the “potential for reducing the substrate surface”. On the other hand, a practical reading means such as reading by the magneto-optical effect can be adopted for reading the record in the present invention in accordance with the size of the recording area. Therefore, in order to read the difference in the degree of bonding with oxygen, it is desirable that the height difference with respect to the surroundings is at least about 15 to 30 nm, and the same degree between the recording area and the area where the recording is erased. As a result, it is desirable that the recording region has a height difference of 60 nm or more with respect to the bulk surface.
[0026]
Embodiment
An outline of the recording principle according to the present invention is schematically shown in FIG. First, when the
[0027]
On the other hand, when the tip of the conductive microelectrode 2 is made sufficiently close to the
[0028]
Then, the surface of the recording medium is oxidized through a process in which the hydroxide ions electrochemically react with the surface of the
[0029]
On the other hand, when a negative bias voltage is applied to the
[0030]
[Example 1]
Next, FIG. 2 shows an outline of an apparatus configuration for carrying out the present invention. In this example, the conductive probe 2 of the scanning atomic force microscope was used as the microelectrode. The distance between the probe and the medium is fed back to the recording
[0031]
An electric field can be applied between the conductive probe 2 and the
[0032]
In this embodiment, a ferromagnetic metal material (MnSb) is used as the surface material of the
[0033]
FIG. 3 is an atomic force micrograph showing the state of a dot-shaped oxide recorded on a MnSb thin film, and shows a typical oxide raised structure produced when +20 V is applied as a bias voltage. This is expressed as “dot A”. This raised structure of oxide was observed to be an oxide structure having a height of about 80 nm and a diameter of 300 nm.
[0034]
On the other hand, after applying + 20V as a bias voltage first, the area | region applied by changing to -20V is represented as "dot B". Unlike the dot A, the dot B had a ridge height of about 20 nm with respect to the surface of the recording medium.
[0035]
On the other hand, FIG. 4 shows a bias voltage history as a process of forming the dot A and a change in the raised height at that time. As the bias voltage increases, the height of the bulge also increases. After that, the height is maintained even after the bias voltage is returned to zero, which indicates that a stable oxide can be produced.
[0036]
On the other hand, FIG. 5 shows a change in the bias voltage history and the height of the bulge in the process of forming the dot B. First, a change similar to that in the case of the dot A was observed in the height of the protrusion while the bias voltage was increasing. Moreover, even if the bias voltage was lowered to about -10V, no significant change was observed in the height of the bulge.
[0037]
However, the height of the protrusion suddenly decreased from around the bias voltage of -15 V or less, and the height was stabilized at about 20 nm at the bias voltage of -20 V. After that, even if the bias voltage was returned to zero again, there was no significant change in the raised height.
[0038]
As described above, although the oxide produced according to the present invention is stable at room temperature, it was confirmed that reduction occurs when a negative voltage exceeding a certain threshold is applied. Furthermore, it was confirmed that the oxide formed through the oxidation-reduction process is also stable at room temperature.
[0039]
In view of this result, the present inventor applied MnSb of the recording medium surface material to MnO 2 (Mn oxidation number: 4) by applying a positive bias voltage equal to or higher than the threshold, and further applying a negative bias voltage. By doing so, it is speculated that it changed to MnO (Mn oxidation number 2).
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a microelectrode such as a scanning atomic force microscope probe to which a bias voltage is applied, an oxidation or reduction reaction is locally generated on the surface material of the recording medium, so that the oxidation number is increased. Unlike the above, by forming regions with different heights of protrusions and regions with different magnetic characteristics, recording can be performed in an erasable or rewritable manner.
[0041]
Furthermore, according to the present invention, by controlling the degree of oxidation / reduction reaction, the magnetic properties, magneto-optical properties, optical properties, etc. of the surface of the recording medium can be freely changed locally. This eliminates the need for writing to control the data and substantially eliminates the problem of data loss due to thermal fluctuations during high-density recording, as well as various reading methods. The structural freedom is also greatly expanded.
[0042]
If the probe shape is further improved by adopting the present invention, stable recording with an arbitrary pattern can be sufficiently achieved with a size of 10 nm x 10 nm, so that it is required as a next generation magnetic recording medium, 1 Tbit / inch A magnetic recording medium having a recording capacity exceeding 2 can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a recording principle according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a recording apparatus according to the present invention. FIG. 3 is an interatomic view of dot-shaped oxides recorded on an MnSb thin film according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a bias voltage history and a change in the height of the oxide bump for dot A in FIG. 3. FIG. 5 is a graph showing a bias voltage history for the dot B in FIG. Figure showing changes in the height of the ridges [Explanation of symbols]
1 Recording medium 2 Conductive microelectrode (conductive probe)
3
Claims (15)
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