JPH01173460A - 超伝導多値記録再生方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ である。

［従来の技術］ 従来、超伝導現象を利用した記憶素子としては、ジョセ
フソンメモリに代表されるように、複数の読み出し線、
書き込み線やジョセフソン接合など複雑な配線、プロセ
スが必要であった。そのため、高速な記録再生動作が可
能であるものの、大容量の記憶装置には不適当であった
。

また、原理的に高密度記録が可能とされている垂直磁気
記録方式では、膜面の垂直方向に磁化容易軸を持つ硬質
磁性膜を膜方向に飽和磁化させ、反平行な磁化の接合部
に情報を記憶させるようにしており、このことから、原
理的に２値記録である。このため、高密度化のためには
ヘッドと媒体との間のすきまを微小にする必要などがあ
るが、その場合には摩滅・摩耗などによる宿願性低下の
問題があった。

現在、高密度記録方式として使用されている熱磁気記録
方式では、レーザーなどの光源からの光を微少スポット
に集光して記録媒体を加熱して保持力を低減もしくは消
滅せしめ、予め磁化した方向と逆方向にバイアス磁場を
印加して磁化を反転させるようにしており、原理的には
垂直磁気記録と同様に２値記録であり、−層の高密度化
のためにはスポット径を小さくする必要があった。しか
し、スポット径を小さくするためには原理的に光源波長
を短くする必要があり、光学系の構成が困難になる欠点
があった。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、第２種の超伝導薄膜媒体に着
目し、かかる媒体を記憶保持に用いて多値の情報の記録
再生を行うことのできる大容量のＥ問題点を解決するた
めの手段］ このような目的を達成するために、本発明方法は、磁束
量子のピンニングセンターを多数有する第２種の超伝導
薄膜の上に、少なくとも再生光の波長においてベルデ定
数の大きな透明薄膜を形成した記録媒体上に光を集光し
て照射し、記録媒体に磁場を印加すると共に、その磁場
の大きさと方向を変えることにより、記録媒体上にピン
ニングされる磁束量子の数と方向を制御して、磁束量子
の単位で多値記１３再生を行うことを特徴とする。

本発明装置は、磁束量子のピンニングセンターを多数有
する第２種の超伝導薄膜の上に、少なくとも再生光の波
長においてベルデ定数の大きな透明薄膜を形成した記録
媒体に記録すべき多値レベルに応じた磁場を印加する手
段と、光源と、記録媒体上に光源からの光を集光して照
射させる光学手段と、記録媒体からの光を受光する光検
出手段とを具え、記録時には、記録媒体に磁場を印加す
ると共に、光学手段からの光を記録媒体に照射して多値
レベルの記録を行い、再生時には、光学手段からの光を
記録媒体に照射して、記録媒体からの光を光検出手段で
検出して、多値レベルの再生を行うようにしたことを特
徴とする。

本発明記録媒体の−の形態は、磁束量子のピンニングセ
ンターを多数有する第２ｆ！ＩＩの超伝導薄膜の上に、
少なくとも再生光の波長においてベルデ定数の大きな透
明薄膜を形成したことを特徴とする。

本発明記録媒体の他の形態は、磁束量子のピンニングセ
ンターを多数有する第２種の超伝導薄膜の上に、少なく
とも再生光の波長においてベルデ定数の大きな透明薄膜
を形成し、記録波長の光を通過させる干渉フィルタを第
２種の超伝導薄膜の上に配置したことを特徴とする。

［作　用１ 本発明は、従来の磁気記憶・光記憶のように磁化方向、
形状もしくは相変化を一つの情報ビットと対応させる記
憶形態とは全く異なり、磁束量子のピンニングセンター
を多数有する第２種の超伝導薄膜媒体に相補状の垂直磁
場を印加しつつ、集束した光で記録媒体を加熱して一時
的に加熱部分を常伝導となし、その状態で磁場を記録媒
体内に進入せしめ、再冷却に伴って記録媒体が超伝導状
態に戻る際に磁場を磁束量子として補足する現象を利用
して記憶を行うものである。記録ヘッドに流す電流の大
きさ、向きを変えることにより、格子欠陥等にピンニン
グされる磁束量子の数と方向を制御することにより多値
レベルでの情報記録を行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示し、ここで、１は光源、
２は光源１からの光から長円状スポットを形成するため
の円柱レンズ、３は円柱レンズ２からの光を対物レンズ
４を介して記録媒体１０上に集光させるための焦点制御
系である。５は６ｎ場発生器であって、５ａは磁場発生
用の電流を流す巻線、５ｂは磁気回路である。記録媒体
ｌＯにおいて、１１は磁束量子のピンニングセンターを
もつ円板状の第２種超伝導薄膜、１２は鉛ガラス、　Ｃ
ｄＭｎＴｅなどの少なくとも記録再生に用いる波長領域
でベルデ定数の大きな透明薄膜、１３は基板であり、第
２種超伝導薄膜１１の両生面上に透明薄膜１２および基
板１３を配置する。矢印１５は記録媒体１０の回転方向
を示す。各部分１〜５によりヘッド部を構成するが、こ
のヘッド部は、磁場発生部５および円柱レンズ２を除き
、従来の光６ｆｉ気ディスク用ヘッドと同様であり、そ
の光学系についての詳細説明は省略する。

・本発明による装置は、超伝導状態を具現する温度以下
で動作させる必要があるが、現状のＹ−［１ａ−Ｃｕ−
０系酸化物（臨界温度Ｔｃ〜９０Ｋ）を記録媒体１０に
用いる場合には、液体窒素（沸点７７Ｋ）温度を用いれ
ばよく、通常の１段冷凍器を別途用意すればよい。また
、Ｔｃが室温以上の超伝導体が開発された場合には、冷
却機構は一切不要である。本発明による記録方式では、
このような記録媒体ｌＯまたはヘッド部の一方を回転さ
せ、同心円状のトラックに多値記録を行う。

以下に、本発明による多値記録再生の原理を説明する。

温度ＴがＴ＜Ｔｃの状態では、超伝導薄膜１１に磁場を
印加しても、第２図（ａ）に示すように、マイスナー効
果によって磁束は超伝導薄膜１１から完全に排除される
。しかし、第２図（ｂ）に示すように、記録媒体１０に
対して、磁場を印加するのと同時に対物レンズｌＯから
光を集束照射すると、照射部分の温度が上昇して臨界温
度を越えてしまうため、磁束が超伝導薄膜１１の内部に
侵入する。次に、光照射を停止すると、当該部分の温度
は低下し、ついには臨界温度以下となって超伝導状態に
復帰するが、このとき、超伝導薄膜ｌｌ中に進入した磁
束の一部はその超伝導薄膜１１の格子欠陥等のピンニン
グセンターにピン止めされ、第２図（Ｃ）に示すように
、磁場を取り去ってもこの記録媒体中に保持される。こ
のときの磁束の保持は、周知のようにφ。−２Ｘ　１０
−’　（Ｇｃｍ２）の磁束を持つ６ｎ束量子の形で行わ
れる。

第３図はこのような記録過程における侵入磁束の変化を
説明するための図であり、磁束密度Ｂと臨界磁場１１ｃ
（ｌｌｃ、：下部臨界磁場、　ｌ１ｃ２：上部臨界磁場
）を温度Ｔの関数として示しである。記録媒体ｌＯは、
■の領域では常伝導状態、１１の領域では混合状態、１
１■の領域では超伝導状態にある。

まず、Ｔ＞Ｔｃの状態で磁場発生器５により記録媒体ｌ
Ｏに記録磁場を印加する。磁場発生器５は光の長円形ス
ポットに対し、媒体１００半径方向に正負の対称な膜面
方向磁場を発生する。第３図ではこの状態は■に対応す
る。

記録磁場Ｈａを一定に保ったまま光照射を停止し、温度
を下げていくと、■において媒体１０は混合状態に入る
。格子欠陥等の磁束量子のピンニングセンターが無い理
想的な第２　ｆｆｆｉ超伝導体では、この時点から侵入
磁束の排除が始まり、更に温度が下がって印加磁場がＩ
ｌｃ、に等しくなると■において侵入磁束は完全に排除
される。

しかし、ピンニングセンターを有する第２種の超伝導体
の場合は侵入磁束の一部がビン止めされるため、侵入磁
束は■−■のように変化し、超伝導状態になっても光ス
ポットの中心より対称に一定の磁束が保持される。また
、その磁束量φはφ０の整数倍である。光スポットの中
心部分では膜面方向の磁場がゼロとなるため、磁束が残
存しない。

従って、印加磁場ｌｌａを変えることにより、第４図に
示すように、１対の磁束量子３１の単位での多値記録が
可能となる。残留する対称な磁束は１対で１つの記録ト
ラック２１を構成するから、媒体ｌＯの表面より見た磁
束の総量は常に一定であり、磁束保持動作に有害な直流
磁場は発生しない。

実際には光や磁場の印加や停止を行うことは煩雑であり
、本発明では、第１図に示すように回転走行する記録媒
体１０に光が照射される寸前から照射後しばらくは均一
な磁場が印加されるように、集光レンズ４に対して媒体
走行方向１５に非対称な長さを持つ磁気回路５ｂを配置
する。このようにすれば、光を照射して加熱された記録
媒体１０は回転走行に伴って光スポットから外れ、放熱
により冷却していくが、磁場が印加された状態で冷却す
るため、上述の原理説明と同様の記憶が行われる。

照射する光は連続光でよく、回路的にも簡単である。

以上のような過程を経て媒体１０に保持された磁束量子
は、超伝導薄膜１１の上に形成された透明薄ｎ莫１２に
６１１場を印加する。磁束量子３１を保持している状態
で超伝導状態を破らない程度に弱く、かつ直線偏向した
光を照射すると、偏波面はファラデー効果により θ＝ｒｔＬｌ＋ ただし、 Ｌ：光路長 Ｈ：磁場強度 Ｒ：透明薄膜１２の材料のベルブ（Ｖｅｒｄｅｔ）定数
だけ回転する。ここで言う透明薄膜１２については、目
的とする再生用の光に対して透明であればよく、全ての
波長に対して透明である必要がないことは言うまでもな
い。偏波面回転を検出するためには、従来の光磁気ヘッ
ドと同様に、ニコルを用いて光量変化に変換し、しかる
後にフォトセルにて電気信号に変換すればよい。超伝導
状態が実現できる温度条件であるから、検出器として超
伝導フォトセルを用いることももちろん可能である。従
来の光磁気記録と異なり、偏波面回転は透明薄膜１２に
印加される磁場強度、すなわち超伝導薄膜１１に保持さ
れる磁束量子数に正比例するから、記録の多値状態が再
生される。

記録と再生に対して同じ光源５を用いてその強度を切り
替えてもよいし、波長などの異なる別光源としてもよい
。記録と再生で別の波長の光を用いる場合には、記録に
は超伝導体の吸収の大きい波長を、再生には反射の大き
い波長を選ぶと、記録・再生の効率を高めることができ
、かつ再生時の誤消去の心配が無い。例えば、緑色のＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超伝導体を用いる場合には、記録
時に波長８００ｎｍクラスの赤色半導体レーザーを光源
として用い、再生時には波長５００ｎｍ程度の緑色ＬＥ
Ｄを光源として用いればよい。

また、第５図に示すように、超伝導薄膜１１と透明薄膜
１２との間にＺｎＯなとで構成した干渉フィルタ１４を
介在させることによって、黒色の（Ｂａ−Ｌａ）２Ｃｕ
Ｏ，系の超伝導薄膜の場合にも同様に記録再生を別波長
で行うようにして、記録再生効率を高めることができる
。

さらにまた、干渉フィルタ１４をベルデ定数の大ぎい材
料で構成することによって、透明薄膜１２を除去するこ
とも可能である。

本発明によれば、超伝導コイルで磁場発生巻線５ａを構
成できるから、きわめて小さな体積の磁場発生器５を対
物レンズ４の近傍に配置できる。この結果、一定の光を
連続的に照射し、磁場を高速で反転させて記録する、い
わゆる光バイアス方式を採用することができる。

さらにまた、本発明では、記録の際に臨界温度を越えさ
せることから、以前に記録された情報は完全に消去され
るため、従来の光記録で問題となった重ね書きの雑音は
一切発生しない利点もある。

第６図（ａ）〜（Ｃ）は本発明によって記録された１〜
ラツク上の各ビットセルに保持されている磁束量、すな
わち磁束量子数φを多値レベルの１ビツトに対する磁束
量、すなわち磁束量子数φ８で除した多値レベルを示す
値と、その再生波形例を示したものである。ここで、Ｅ
は実際の再生出力レベル、ｅｌは磁束量子数φＮに対応
する再生出力レベルであり、Ｅ／ｅ　、は再生される多
値レベルを示す。図において、ｙ座標はトラックの長平
方向にとってあり、Ｌｂは１ビツト長を示している。第
６図（ａ）　に示すように、１ｉｉ１束がピンニングさ
れたトラックの信号を磁束変化感応型のセンサで再生し
た場合には第６図（ｂ）に、磁束感応型のセンサで再生
した場合には第６図（ｃ）に、それぞれ示すような再生
波形が得られる。

なお、第６図では多値の記録レベルが３の場合の例を示
したが、磁場発生器５によって発生させる記録磁場（す
なわち、巻線５ａに流す記録電流）の大きさを更に細か
く設定することにより、記録レベルを増やすことが可能
である。

また、本実施例では、円柱レンズ２によって形成した長
円形の光スポットで記録媒体１（ｌを加熱する場合を例
にとって説明したが、これは１対の磁束量を残すための
ものであるから、例えば媒体１０の半径方向に二つの微
小スポットを配置しても勿論よい。この場合には、光学
系としては、長円形の光スポットを構成するための円柱
レンズ５に代えてビームスプリッタを用いれは°よい。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、磁束量子の
ピンニングセンターを多数有する第２種の超伝導薄膜媒
体に相補状の垂直磁場を印加しつつ、集束した光で記録
媒体を加熱して一時的に加熱部分を常伝導となし、その
状態で磁場を記録媒体内に進入せしめ、再冷却に伴って
記録媒体が超伝導状態に戻る際に磁場を磁束量子として
補足する現象を利用して記憶を行うので、記録媒体の任
意Ｍ望の場所に磁束量子の単位での多値記録およびその
再生が可能となる。従って、本発明によれば、従来の光
記憶の原理的制限を越えた面記録密度を実現でき、以て
、大容量記憶装置を構成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第２種の超伝導薄膜を備えた記録
媒体とヘッドの構成例を示す構成図、第２図（ａ）〜（
Ｃ）は本発明による磁束量子の記録媒体への侵入・保持
過程を説明するための説明図、 第３図は本発明での記ｇ３過程によって保持される磁束
量を説明するための説明図、 第４図は本発明における磁束量子と記録トラックの説明
図、 第５図は本発明による記憶媒体の他の構成例をとその再
生波形例の説明図である。 １・・・光源、 ２・・・円柱レンズ、 ３・・・焦点制御系、 ４・・・対物レンズ、 ５・・・磁場発生部、 ５ａ・・・巻線、 ５ｂ・・・磁気回路、 ｌＯ・・・記録媒体、 １１・・・第２種超伝導薄膜、 １２・・・透明薄膜、 １３・・・基板、 １４・・・干渉フィルタ、 ２１・・・記録トラック、 ３１・・・磁束量子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）磁束量子のピンニングセンターを多数有する第２種
   の超伝導薄膜の上に、少なくとも再生光の波長において
   ベルデ定数の大きな透明薄膜を形成した記録媒体上に光
   を集光して照射し、前記記録媒体に磁場を印加すると共
   に、その磁場の大きさと方向を変えることにより、前記
   記録媒体上にピンニングされる磁束量子の数と方向を制
   御して、磁束量子の単位で多値記録再生を行うことを特
   徴とする超伝導多値記録再生方法。 ２）前記記録媒体上に照射する光の波長を記録時と再生
   時とで異なる波長となし、かつその記録波長の光を通過
   させる干渉フィルタを前記第２種の超伝導薄膜の上に配
   置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
   伝導多値記録再生方法。 ３）磁束量子のピンニングセンターを多数有する第２種
   の超伝導薄膜の上に、少なくとも再生光の波長において
   ベルデ定数の大きな透明薄膜を形成した記録媒体に記録
   すべき多値レベルに応じた磁場を印加する手段と、 光源と、 前記記録媒体上に前記光源からの光を集光して照射させ
   る光学手段と、 前記記録媒体からの光を受光する光検出手段と を具え、 記録時には、前記記録媒体に前記磁場を印加すると共に
   、前記光学手段からの光を前記記録媒体に照射して多値
   レベルの記録を行い、 再生時には、前記光学手段からの光を前記記録媒体に照
   射して、前記記録媒体からの光を前記光検出手段で検出
   して、多値レベルの再生を行うようにしたことを特徴と
   する超伝導多値記録再生装置。 ４）磁束量子のピンニングセンターを多数有する第２種
   の超伝導薄膜の上に、少なくとも再生光の波長において
   ベルデ定数の大きな透明薄膜を形成したことを特徴とす
   る記録媒体。 ５）磁束量子のピンニングセンターを多数有する第２種
   の超伝導薄膜の上に、少なくとも再生光の波長において
   ベルデ定数の大きな透明薄膜を形成し、記録波長の光を
   通過させる干渉フィルタを前記第２種の超伝導薄膜の上
   に配置したことを特徴とする記録媒体。