JPH10506494A - スピン分極電子を利用してデータを記憶するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 データ記憶装置は、基板と、この基板上のデータ記憶層と、スピン分極電子源とを有している。データ記憶層は、磁性材料の一定数の原子層を含み、この原子層は、データ記憶層に対して、データ記憶層に垂直な磁気異方性を与える。データ磁界がデータ記憶層中に形成される。データ磁界は、第１のデータ値に相当する第１の方向か、第２のデータ値に相当する第２の方向の何れかに分極されている。データを、データ記憶層中に記憶させるためには、第１および第２のデータ値の一方に相当する分極方向を有する電子磁界を持ったスピン分極電子であって、その材料の磁気モーメントを形成するデータ記憶層中の不対電子に特有の波長を有する電子を供給し、このスピン分極電子をデータ磁界に向けることによって電子磁界の分極方向をデータ磁界に与える。データを、データ記憶層から読みだすには、第２の波長のスピン分極電子をデータ磁界に向け、このデータ磁界によるスピン分極電子の偏向または引きつけを検出する。別の実施例では、磁気媒体が２次電子を生成するようにスピン分極電子をデータ磁界の方向に向け、この２次電子のある特性を検出することによって、データを、データ記憶層から読みだす。

Description

【発明の詳細な説明】 スピン分極電子を利用してデータを記憶するための方法および装置 出願の背景 本出願は、トーマス・Ｄ・ハートおよびスコット・Ａ・ハルピンによる同時審 査の米国出願第０８／１８８、８２８号「データ磁界の分極としてデータを記憶 するためのデータ記憶媒体およびスピン分極電子を利用して該データ記憶媒体上 にデータを記憶しかつ該記憶されたデータを読みだすための方法および装置」、 １９９４年１月３１日出願、の一部継続出願であり、その内容は本出願の参考文 献としてここに組み込まれる。 技術分野 本発明はデータ記憶および検索に関する。さらに特定すると、本発明は、デー タ記憶媒体およびこの記憶媒体上にデータを記憶し読みだすための方法および装 置に関する。 背景技術 大量のデータを高速で記憶する装置の必要性が、年々益々増大している。アナ ログシステムからディジタルシステムへの変換、および現在のプロセッサ技術に よってもたらされる処理スピードの向上に伴って、大量のデータに素早くアクセ スする能力は、要求よりも劣ったものとなっている。このことは、消費者分野に おいて、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）、ＨＤＴＶビデオレコーダ、コンパクトディ スク、個人用ディジタル補助機器（ＰＤＡｓ）、個人用通信補助機器（ＰＣＡｓ ）、ディジタルテープデッキ、および自動車用のこれ らの機器などと同様、科学分野において、コンピュータによるモデル化およびシ ミュレーションで特に顕著である。さらに、コンピュータ、マルチメディヤおよ び通信が一体化した分野では、仮想現実（バーチャルリアリティ）、双方向テレ ビ、（音声による対話型の）音声認識システム、手書き文字認識システムおよび 娯楽システムと一体化した通信システムなど、それぞれが高速で大量の静的デー タ記憶を必要とするものを介して、消費者にインパクトを与える。 通常のリゾグラフ技術および非常に改良された製造方法を現在のメモリ技術に 適用することによって、大きな進歩が得られる結果となった。この進歩は、プロ セッサにおける進歩と、プロセッサが必要な量のデータを効果的に記憶し使用す る能力の進歩との間の差を、単に増大するものである。 発明の開示 したがって、本発明は、データ記憶媒体と、このデータ記憶媒体上にデータを 記憶し読みだすための方法および装置を目的とし、それによって関連技術の限界 および欠点に基づく問題の幾つかを取り除く事を目的とするものである。 本発明の特徴および効果は、以下に述べられており、さらにその一部は以下の 記載から明らかであり、あるいは発明を実施することによって理解される。本発 明の目的およびその他の効果は、添付の図面と同様、以下の記載および特許請求 の範囲で指摘された方法および装置によって実現されかつ達成される。 これらおよびその他の効果を本発明の目的に従って達成するため、具体的に且 つ明白に記載するように、データ記憶装置は、磁性材料を含む部材と；電子ビー ムを発生するための手段であって、この 電子ビームは第１および第２の方向の内の一方向に共通の磁気分極を有し、かつ 前記部材の複数部分の内の一個に方向付け得るものであり；アドレス信号に応答 し前記ビームを前記部材の前記アドレス信号に相当する部分に方向付けるための 手段であり、かつ前記電子ビームの波長を前記部材の前記部分が前記電子ビーム の磁気分極に相当する磁気分極を担うように制御する手段と；さらに前記アドレ ス信号に応答して、前記ビームを前記部分に向けることによって、前記アドレス 信号に相当する前記部材の一部分の分極を検出するための手段；を含んでいる。 本発明のその他の特徴によれば、磁性材料を有する部材と、および第１および 第２の方向の内の一方向に共通の磁気分極を有し、かつ前記部材の複数部分の内 の一個に方向付け得る電子ビームを生成するための手段とを含むシステムを操作 するための方法であって、この方法は、アドレス信号を受信し；前記ビームを前 記部材のアドレス信号に相当する部分に方向付け、かつ前記電子ビームの波長を 前記部材の前記部分が該電子ビームの磁気分極に相当する磁気分極を担うように 制御する；各ステップを含んでいる。 本発明のその他の特徴によれば、磁性材料を有する部材と、および第１および 第２の方向の内の一方向に共通の磁気分極を有し、かつ前記部材の複数部分の内 の一個に方向付け得る電子ビームを生成するための手段とを含むシステムを操作 するための方法であって、この方法は、アドレス信号を受信し；前記ビームを前 記部材のアドレス信号に相当する部分に方向付け、かつ前記電子ビームの波長を 前記部材の前記部分が該電子ビームの磁気分極に相当する磁気分極を担うように 制御し；さらにその後前記ビームを前記部分に向けることによって、前記アドレ ス信号に相当する前記部材の一部分の分極を検出する；各ステップを含んでいる 。 本発明のその他の特徴によれば、磁性材料中に分極方向としてデータを記憶す るための方法であって：電子磁界を有するスピン分極電子を供給するステップで あって、該電子磁界は第１および第２のデータ値の一方に相当する分極方向を有 し、前記電子は前記磁性材料に磁気モーメントを引き起こす不対電子に特有の波 長を有し；さらに前記スピン分極電子を、非電導性の環境を介して、前記磁性材 料の一部分に方向づけ、この部分に前記電子磁界の分極方向を付与する；各ステ ップを含む方法を提供する。 前述の一般的な記載および以下の詳細な記載は、例示的かつ説明的なものであ り、また特許請求の範囲に記載した発明をさらに説明するためのものであること を理解すべきである。 図面の簡単な説明 本発明をさらに理解するために提供され、かつこの明細書に含まれその一部を 構成する添付の図面は、本発明の現時点での好ましい実施例を示し、その説明と 共に、本発明の原理を説明する。図面において： 図１は、本発明の好ましい実施例であるデータ記憶および検索装置の断面図で あり； 図２は、図１のデータ記憶および検索装置に使用されるスチグマトール（stig mator）素子の平面図； 図３（ａ）および（ｂ）は、図１のデータ記憶媒体の部分断面図 図４（ａ）は、図１のデータ記憶媒体の平面図； 図４（ｂ）は、図１のデータ記憶媒体の部分断面図であって、パーキングおよ びアライメント領域を示す図； 図５（ａ）および（ｂ）は、図１のデータ記憶媒体の、データ記 憶操作中の部分断面図； 図６（ａ）および（ｂ）は、図１のデータ記憶媒体の、第１のデータ読み出し 操作における部分断面図； 図７（ａ）および（ｂ）は、図１のデータ記憶媒体の、第２のデータ読み出し 操作における部分断面図； 図８は、図１のデータ記憶および検索装置の、アライメント操作における部分 断面図； 図９は、図１のデータ記憶および検索装置の、ブランキング／パーキング操作 における部分断面図； 図１０は、好ましい電子放射装置の、側面切り欠き図； 図１１は、図１０に示す装置の底面切り欠き図； 図１２は、図１０に示す装置の底面図；および 図１３は、本発明の他の実施例を示す図面である。 発明を実施するための最良の形態 以下に本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。なおこの実施例の一 例を添付の図面に示す。 図１は、本発明の一実施例のデータ記憶および検索装置を示す。このデータ記 憶および検索装置は、制御ユニット１、先端２ｂを有するスピン分極電子源４０ 、抽出器４、コリメータ６、７および９、電子レンズ１０、１１および１２、お よび絶縁素子５および８を含んでいる。このデータ記憶および検索装置はさらに 、ブランキング素子１３、目の荒いおよび微細な各マイクロ偏向器１４、１５、 電子検出器１６、データ記憶層１７および基板１８を含んでいる。 制御ユニット１は、マイクロプロセッサまたはこの技術分野で周知の他の制御 回路を含んでいる。制御ユニット１は、このデータ記憶および検索装置によって 実行される種々の機能および操作を、以 下に詳細に示すように、調整し順序付ける。この制御ユニット１は、さらに、ア ドレスイン（ＡＤＤＲＥＳＳ ＩＮ）、データイン（ＤＡＴＡ ＩＮ）、 デー タアウト（ＤＡＴＡ ＯＵＴ）の各端子を介して、このデータ記憶および検索装 置と外部装置（図示せず）、例えばコンピュータ、またはその他のデータ記憶お よび検索装置、との間のインターフェースを取る働きをする。このインターフェ ースによって、外部装置からの制御信号およびデータは、制御ユニット１に伝送 されかつここで必要なプロトコルを用いて解読される。制御ユニット１は、制御 応答およびデータを開発し、そのデータを必要なプロトコルを用いて外部装置に 返送する。制御ユニット１は、例えば電気的または光学的リンクを介して、外部 装置とインターフェースすることも可能である。例えば、制御ユニット１へのお よびユニットからの光学的送信は、電気的に励起されたレーザーダイオードを用 いて達成される。 先端２ｂを含むスピン分極電子源４０は、スピン分極電子３を供給する。特に 、スピン分極電子３はスピン分極電子源４０によって形成され、先端２ｂによっ て集束される。先端２ｂは、低いエネルギー電子の放射に対して変調された自己 分極をもたらす鋭利な先端(modulated self-polarizing sharp tip)であって、 その詳細はこの出願において後述する。 各スピン分極電子３は、電子のスピン方向によって決定される分極方向を有す る電子磁界を有している。電子磁界の分極方向は、第１および第２のデータ値の 一方に相当する。例えば、上向きの分極を有する電子磁界は、データ値”１”に 相当し、他方下向きの分極を有する電子磁界は、データ値”０”に相当すること 、またはその反対が可能である。 制御ユニット１によって、電位Ｖ₁をスピン分極電子源４０に印 加する。電位Ｖ₁の大きさを制御ユニット１によって変化させて、スピン分極電 子３の強度および電流を制御することができる。制御ユニット１によって、信号 Ｓ₁₉をスピン分極電子源４０に印加することも可能である。信号Ｓ₁₉は、スピン 分極電子３の磁界の分極方向を制御する。制御ユニット１は、電位Ｖ₁と信号Ｓ_{1 9} を、この装置の操作中変化させて、この装置および環境の時間経過に伴う物理 的変化を補償することが、好ましい。 抽出器４、コリメータ６、７および９、静電レンズ１０−１２、ブランキング 素子１３および目の荒いおよび微細なマイクロ偏向器１４および１５はそれぞれ 、例えば、開口を規定する環状の電導性部材から構成されている。抽出器４は、 先端２ｂからスピン分極電子３を抽出し、コリメータ６、７および９はスピン分 極電子３をコリメート（平行化）してスピン分極電子ビーム１９とする。静電レ ンズ１０−１２はスピン分極電子ビーム１９の焦点合わせを行い、目の荒いおよ び微細なマイクロ偏向器１４および１５はそれぞれ、スピン分極電子ビーム１９ をデータ記憶層１７の方向に向ける。 スピン分極電子ビーム１９が進行する環境は、例えば真空中のような、非電導 性でかつイオン化されていない環境である。しかしながら、スピン分極電子ビー ム１９が電子源２からデータ記憶媒体１７まで妨害されることなくむしろ励行さ れるようにして通過する環境として、数多くの周知の環境があることを考慮すべ きである。 図１に示すように、先端２ｂは、抽出器４の開口の中心で、抽出器４の表面が 形成する面に対して垂直となるように、かつ抽出器４表面にまたはその近くに並 置されている。抽出器４およびコリメータ６の開口は、その直径がそれぞれ１μ と１００μのオーダーであることが好ましい。しかしながら、データ記憶および 検索装置の設計およびスピン分極電子ビーム１９の望ましい特性によって、この 値よりも大きなあるいは小さな直径を用いることが可能である。 例えばＳｉからなる絶縁素子５が、抽出器４とコリメータ６間に配置され、こ れらの電導性表面間を分離している。絶縁素子５の開口の直径は、抽出器４およ びコリメータ６の開口の直径よりわずかに大きく、それによって絶縁素子５とそ の中に形成される静電界および抽出器４とコリメータ６の開口を通過する電子と の相互作用を減少させる。 制御ユニット１によって抽出器４およびコリメータ６にそれぞれ電位Ｖ₂、Ｖ₃ が印加され、各開口中に磁界が形成される。先端２ｂの、抽出器４の開口中に形 成された静電界に対する位置によって、スピン分極電子３が先端２ｂから飛び出 し、抽出器４の開口を通ってコリメータ６の開口へ進行する。コリメータ６は電 子がデータ記憶層に向かう比較的平行な軌道を取るように、これを集束する。 抽出器４、コリメータ６および絶縁素子５と類似かあるいは同じものであるコ リメータ７、９および絶縁素子８は、それぞれ、スピン分極電子３をコリメート してスピン分極電子ビーム１９にするための補助をする光学レンズステージを構 成する。コリメータ７、９および絶縁素子８は同様に、所望のビームエネルギー を得るためにスピン分極電子３を加速しまたは減速するために使用される。 電位Ｖ₂−Ｖ₅は制御ユニット１によって、所望の特性を持ったスピン分極電子 ３およびスピン分極電子ビーム１９を得るために、調整される。電位Ｖ₂−Ｖ₅の 制御は、装置の操作の間実行され、装置および環境の物理的変化を時間に渡って 補償する。 コリメータ９を通過した後、スピン分極電子ビーム１９は静電レンズ１０−１ ２を通過する。制御ユニット１によって、電位Ｖ₆−Ｖ₈を静電レンズ１０−１２ にそれぞれ印加し、レンズ開口を通る静電界を形成する。これらの静電界は、ス ピン分極電子ビーム１９ を所望の直径、例えば１−２５nm（ナノメータ）に集束する。静電レンズ１０− １２の開口は、直径が１０から１００μのオーダーであることが望ましいが、し かしデータ記憶および検索装置の設計およびスピン分極電子ビーム１９の所望の 特性、例えば強度、ビーム形状等によって変更することができる。さらに、静電 レンズ１０−１２の厚さ、それらの相対位置および電位Ｖ₅−Ｖ₈も、所望の特性 のスピン分極電子ビーム１９を得るために変更することができる。電位Ｖ₆−Ｖ₈ を制御ユニット１によってさらに変更して、装置およびその環境の物理的変化を 時間に渡って補償することもできる。さらにこの静電レンズ１０−１２は、これ より少ないまたは多くのレンズによって置き換えることができる。同様に、静電 レンズ１０−１２、抽出器およびコリメータ６、７および９の代わりに、または これに追加して磁気レンズを用いることも可能である。 静電レンズ１２を通過した後、スピン分極電子ビーム１９はブランキング素子 １３を通過する。以下にさらに詳細に説明するように、ブランキング素子１３は スピン分極電子ビーム１９の効果を無効にするための光学素子である。ブランキ ング素子１３の好ましい位置は、図１に示すように、目の荒いマイクロ偏向器１ ４の上であり、それによってスピン分極電子ビーム１９が定常状態を達成するこ とを可能とする。 ブランキング素子１３を通過した後スピン分極電子１９は目の荒いマイクロ偏 向器１４を通過し、その後微細なマイクロ偏向器１５を通過する。目の荒いマイ クロ偏向器１４は、制御ユニット１によって供給される信号Ｓ₂−Ｓ₉によって個 々に制御される８個の極からなることが好ましい。同様に、微細なマイクロ偏向 器１４も、制御ユニット１によって供給される信号Ｓ₁₀−Ｓ₁₇によって個々に制 御される８個の極からなることが好ましい。目の荒いおよび微細 なマイクロ偏向器１４、１５は、それぞれスピン分極電子ビーム１９をデータ記 憶層１７の方向に向ける。目の荒いマイクロ偏向器１４がスピン分極電子ビーム １９の軌跡をデータ記憶層１７の広い領域に向かって曲げ、微細なマイクロ偏向 器１５はスピン分極電子ビーム１９の軌跡を、データ記憶層１７の特定の領域方 向に調整する。このようにして徐々にスピン分極電子ビーム１９を曲げることに よって、スピン分極電子ビーム１９に導入された歪みおよび収差を減少すること ができる。微細なマイクロ偏向器１５によってスピン分極電子ビーム１９の位置 決めを、データ記憶層１７上の原子レベルで可能とすることができることに、注 目すべきである。目の荒いおよび微細なマイクロ偏向器１４、１５はそれぞれ８ 個の極（pole）からなると記載したが、これらはそれぞれ、周知の他の形状をと っても良いことに、注目をすべきである。さらに、目の荒いおよび微細なマイク ロ偏向器１４、１５のそれぞれおよびデータ記憶層１７の相対位置は、スピン分 極電子ビーム１９のＸ−Ｙ軸走査範囲の関数として決定することができる。 図１に示してはいないが、データ記憶および検索装置はさらにスチグマトール 素子(stigmator element)を、図２に示すように含んでいる。このスチグマトー ル素子は、静電レンズ１２およびブランキング素子１３間、またはブランキング 素子１３および目の荒いマイクロ偏向器１４間の何れかに配置されることが望ま しい。図２に示すように、このスチグマトール素子は、例えば、個々に電位Ｖ₁₂ −Ｖ₁₉がバイアスされた８個のスチグマトール素子２５によって形成される開口 中に静電界を発生する導電性の材料を含む。このスチグマトール素子２５は、周 知のその他の構成を取ることができることに注意しなければならない。個々の電 位Ｖ₁₂−Ｖ₁₉を、制御ユニット１によってスチグマトール素子２５のスチグマト ール極に印加 する。これらの電位は、この装置の作動中に、スピン分極電子ビーム１９を所望 の形状とするような電界を発生し、データ記憶および検索装置およびその環境の 物理変化を時間経過にわたって補償するものである。スチグマトール素子は一般 に、スピン分極電子ビーム１９に断面が円形の形状をもたらすように使用される が、その他の形状、例えば楕円状の断面をもたらすように使用することもできる 。 電子検出器１６は、金属のような電導性の材料で形成され、データ記憶層１７ からそれた電子あるいはこの層から放射された２次電子の検出を最適化するよう な、例えば図１に示す形状を有している。電子検出器１６は、スピン分極電子ビ ーム１９の経路を妨害はしないが、しかし層１７からそれたあるいは放射された 電子を検出するため、データ記憶層１７に十分接近した位置に配置されることが 好ましい。電子検出器１６に衝突する電子は、電子検出器１６中で信号を形成し 、この信号は、信号Ｓ₁₈として制御ユニット１に供給される。 データ記憶層１７および基板１８は共にデータ記憶媒体を構成している。この データ記憶層１７は基板１８上に、例えばスパッタリング、レーザー溶融蒸発、 またはその他の周知の技術によって、堆積されることが好ましい。基板１８は、 歪み層２９、信号経路層３０、および、ガラスあるいはセラミックのような非磁 性かつ非電導性材料を含んでいる。この非磁性および非電導性材料は、データ記 憶層１７、歪み層２９、信号経路層３０の機械的サポート材としての働きをする 。 データ記憶層１７は、磁性材料の一定数の原子層を含み、この一定数の原子層 は、データ記憶層１７にその表面垂直な方向、すなわちその磁気容易軸にそって 、歪み層２９による原子間距離の歪みに よる磁気異方性を形成する。例えば、データ記憶層１７がＦｅによって構成され る場合、体心正方（ｂｃｔ）格子中に配置されたＦｅの３原子層は、例えばＩｒ の様な適切な歪み層上に堆積された場合、データ記憶層にＺ軸方向の強い磁気モ ーメントを与える。しかしながらＦｅは、原子層の数が３より大きくなると、面 心立方（ｆｃｃ）格子に遷移し始め、これによってＦｅ原子の磁気異方性はＸ− Ｙ面にシフトする。Ｆｅを特定のドーパントあるいは合金化元素、例えばＣｏま たはＮｉ、と結合することによって、またはその層の数を変化することによって 、同様な結果を得ることができる。 データ記憶層１７の垂直方向の磁気異方性によって、データ記憶層１７中の原 子の各格子は、その容易軸に沿って、すなわちデータ記憶層１７の表面に垂直に 伸びる分極を持ったデータ磁界を形成する。これらのデータ磁界は図３に、デー タ磁界２３として示されている。スピン分極電子３によって形成される磁界と同 様に、データ記憶層１７中に形成された各データ磁界は第１および第２のデータ 値の一方に相当する分極方向を有している。例えば、上方に分極したデータ磁界 はデータ値”１”に相当し、一方下方に分極したデータ磁界はデータ値”０”に 相当するものとすることができ、またはその反対も可能である。この構成によっ て、データ記憶層１７の複数の部分は、２個の状態、すなわち第１および第２の 磁気分極方向の一方としてデータを記憶する。データ記憶層１７のこのような部 分は、非常に小さく、１原子幅×３原子厚さの大きさを有することが可能である ことに注目すべきである。 図４（ａ）および４（ｂ）に示すように、データ記憶層１７は、複数のアライ メント（整合）領域２２とパーキング領域２１を有している。各アライメント領 域２２とパーキング領域２１は電導材料２７を含み、この材料２７は絶縁体２８ によってデータ記憶層１７ から電気的に絶縁されている。アライメント領域２２とパーキング領域２１はア ライメント、パーキング、およびブランキング操作のために使用され、これらの 詳細については、以下に述べる。パーキング領域２１の電位Ｖ₁₀およびアライメ ント領域２２の電位Ｖ₁₁は、図１に示すように制御ユニット１によって検出され る。 データ記憶層１７は、平坦面を有していることが望ましい。データ記憶媒体は 、データ記憶層上の全ての点が微細な開口の中心からほぼ等価であり、その結果 電子の走行時間が減少し、データ記憶層の表面を横切って均一な焦点ビーム深度 を提供するような、数多くの面形状、３次元曲面が可能であることに、注目すべ きである。 図１のデータ記憶および検索装置中へのデータの記憶は、以下の様にして実行 される。制御器１はアドレス信号とデータイン信号を受信する。スピン分極電子 源４０は、スピン分極電子３にデータイン信号に従って、第１および第２のデー タ値の一方に相当する分極方向を与える。次ぎに、抽出器４は先端２ｂからスピ ン分極電子３を抽出し、コリメータ６、７、９はこのスピン分極電子３をスピン 分極電子ビーム１９にコリメートし、さらに静電レンズ１０−１２はスピン分極 電子ビーム１９を集束する。図５（ａ）に示すように、スピン分極電子ビーム１ ９は、マイクロ偏向器１４、１５によって、データ記憶層１７のデータが記憶さ れるべき位置に形成されたデータ磁界方向に向けられる。制御器１は、データを 記憶すべき部分を決定するためにアドレス信号を用いる。図５（ｂ）に示すよう に、データ磁界を正しい波長で叩くことによって、スピン分極電子ビーム１９は データ記憶層１７の表面に衝突し、データ磁界を形成する磁化容易軸に沿って、 継続する磁界逆転効果を生じる。その結果、スピン分極電子ビーム１９中の電子 の分極方向が、データ磁界に与えられる。 所望の継続磁界反転効果を達成するため、スピン分極電子ビーム１９中の電子 の波長は、データ記憶層１７を形成するために用いられた材料に従って、設定さ れる。特に、スピン分極電子ビーム１９の波長は、データ記憶層１７を形成する 材料原子の外側のｄ副殻原子の、ド・ブロイ波長にほぼ等しくすべきである。言 い換えると、ビームエネルギーは、データ記憶層１７を形成する材料原子の外側 のｄ副殻原子の運動エネルギーにほぼ等しくなければならない。 上述したように、データ記憶層１７の、１原子大きさの幅しか有さない部分に よって、一個のデータ値を表示することができることに注意すべきである。しか しながら、図３（ｂ）に概念的に示すように、データ記憶層１７の、複数個の原 子の大きさの幅を有する部分によって、単一のデータ値を表示することも可能で あることに注意すべきである。データ記憶層１７中の原子がこのように、グルー プ化されている場合、スピン分極電子ビーム１９の直径は、より大きなデータ記 憶領域をカバーするために、十分大きく形成されねばならない。 データ記憶層１７からのデータの読み出しは、１または２の技術を用いて達成 される。第１のデータ読取技術では、制御器１がアドレス信号を受信する。スピ ン分極電子源４０はスピン分極電子３に、第１および第２のデータ値の一方に相 当する分極方向を与える。次ぎに、抽出器４が先端２ｂからスピン分極電子３を 抽出し、コリメータ６、７、９によってこのスピン分極電子３をスピン分極電子 ビームにコリメートし、静電レンズ１０−１２によってこのスピン分極電子ビー ム１９を集束する。スピン分極電子ビーム１９はその後、マイクロ偏向器１４、 １５によって、データを読みだすべきデータ記憶層１７上の一部分の方向に向け られる。制御器１は、データを読みだすべき部分を決定するために、アドレス信 号を利用する 。 図６（ａ）に示すように、読みだすべき部分のデータ磁界の分極方向が、スピ ン分極電子ビーム１９の電子の分極の方向と同じ場合、スピン分極電子ビーム１ ９中の電子はこのデータ磁界に引きつけられ、データ記憶層１７によって吸収さ れる。データ記憶層１７による電子の吸収によって、信号Ｓ₂₀が生成される。 図６（ｂ）に示すように、データ磁界の分極方向が、スピン分極電子ビーム１ ９中の電子の分極方向と反対の場合、スピン分極電子ビーム１９中の電子はデー タ磁界によって偏向され、電子検出器１６上に衝突する。上記で説明したように 、電子検出器１６への電子の衝突によって、信号Ｓ₁₈が生成される。 データ磁界がスピン分極電子ビーム１９中の電子を引きつけることは、制御ユ ニット１によって第１のデータ値、すなわちデータ値”０”として検出され、一 方データ磁界がスピン分極電子ビーム１９中の電子を偏向することは、制御ユニ ット１によって第２のデータ値、すなわちデータ値”１”として検出される。特 に、制御ユニット１は、信号Ｓ₁₈、信号Ｓ₂₀、あるいは信号Ｓ₁₈、Ｓ₂₀の両者を 、スピン分極電子３の生成に関するある時間において、したがってスピン分極電 子ビーム１９のデータ記憶層１７への衝突に関するある時間において、検出し解 釈する。スピン分極電子３の発生後のある特定の時間において、信号Ｓ₁₈が検出 されない場合、および／または電圧Ｖ₂₀が制御ユニット１によって検出される場 合、制御ユニット１は、スピン分極電子ビーム１９中の電子がデータ磁界によっ て引きつけられ、データ記憶層１７によって吸収されたものと決定する。一方、 スピン分極電子３の生成後のある特定の時間において、制御ユニット１によって 信号Ｓ₁₈が検出された場合および／または信号Ｓ₂₀が検出されない場合、制御ユ ニット１は、スピン分極電 子ビーム１９がデータ磁界によって偏向され電子検出器１６によって検出された ものと決定する。データ記憶層１７中の過剰電子は、例えば、信号Ｓ₂₀を形成す る電極で排出されることが好ましく、一方電子検出器１６中の過剰電子は信号Ｓ₁₈ を生成する電極で排出されることが望ましい。 データを記憶する場合と同様、データ記憶層１７から第１の技術を用いてデー タを読みだす場合、スピン分極電子ビーム１９のエネルギーレベルは、データ記 憶層１７の材料に従って設定されねばならない。しかしながら、第１の技術を用 いてデータを読みだす場合、スピン分極電子ビーム１９のエネルギーレベルは、 データ記憶層１７中に形成されるデータ磁界に磁性的な変化をもたらさないよう に、十分低くなければならない。 第２のデータ読み出し技術では、スピン分極電子源４０は、スピン分極電子３ に、第１および第２のデータ値の一方に相当する分極方向を与える。次ぎに、抽 出器４が先端２ｂからスピン分極電子３を抽出し、コリメータ６、７、９がスピ ン分極電子３をスピン分極電子ビーム１９にコリメートし、さらに静電レンズ１ ０−１２がスピン分極電子ビーム１９を集束する。スピン分極電子ビーム１９は その後、マイクロ偏向器１４、１５によって、データ記憶層１７のデータを読み だすべき一部分の方向に向けられる。 この第２の技術において、スピン分極電子ビーム１９のエネルギーは、データ 記憶操作に要するよりも大きい値であり、かつスピン分極電子ビーム１９がデー タ記憶層１７の前記一部分に進入し、２次電子を形成するに十分な大きさを有す る。スピン分極電子ビーム１９のエネルギーは、データ記憶層１７の格子中に原 子の熱移動を生じない程度の大きさであることが好ましい。 データ記憶層１７によって形成された２次電子は、特定のエネル ギーおよびスピンを有する。この特定のエネルギーおよびスピンは、データ記憶 層１７の一部分によって生成されたデータ磁界の分極方向とスピン分極電子ビー ム１９中の電子の分極方向の間の関係によって特徴付けられる。これらの２次電 子特性は、第１および第２のデータ値の一方として検出される。 例えば、図７（ａ）に示すように、データ磁界の分極方向がスピン分極電子ビ ーム１９中の電子の分極方向と同じである場合、データ記憶層１７は、第１のデ ータ値、すなわちデータ値”１”に相当する、第１のエネルギーと第１のスピン 特性を有する２次電子２４を生成する。同様に、図７（ｂ）に示すように、デー タ磁界の分極方向がスピン分極電子ビーム１９中の電子の分極方向と反対である 場合、データ記憶層１７は、第２のデータ値、すなわちデータ値”０”に相当す る、第２のエネルギーと第２のスピン特性を有する２次電子２６を形成する。デ ータ記憶層１７によって形成された２次電子は、電子検出器１６によって検出さ れ、この２次電子の特性を示す信号Ｓ₁₈を生成する。制御ユニット１は信号Ｓ₁₈ を受信し、この２次電子の特性を解釈する。 この第２の技術は、データ記憶層１７によって形成される２次電子のエネルギ ーおよびスピン特性を検出するものとして記載されているが、２次電子のこの技 術分野で周知の他の特性によって、データ記憶層１７上に記憶されたデータの読 み出しを行うことができることに注意すべきである。さらに、データ記憶層１７ によって形成された２次電子の殆どは、データ記憶層１７によって放出されるが 、図７（ａ）および７（ｂ）に示すように、いくらかの２次電子はデータ記憶層 １７内に残留し、信号Ｓ₂₀を形成する。したがって、データ記憶層１７によって 形成された２次電子の特性は、同様に、制御ユニット１によって信号Ｓ₂₀から検 出され、かつ解釈される得 ることに注意する必要がある。 図８に示すように、スピン分極電子ビーム１９のアライメントは、ビームを１ 個またはそれ以上のアライメント領域２２に向けることによって実施される。電 位Ｖ₁₁が制御ユニット１によって検出される場合、アドレスされた領域と目標の アライメント領域は一致する。電位Ｖ₁₁が検出されない場合、マイクロ偏向器１ ４、１５への信号Ｓ₂−Ｓ₁₇を制御ユニット１によって調整し、アライメント不 良を補償する。スピン分極電子ビーム１９のアライメントは、装置の操作期間中 周期的に行われることが好ましい。 上述したように、ブランキング素子１３は、制御ユニット１の制御のもとで、 スピン分極電子ビーム１９がデータ記憶層１７上に衝突するのを防ぐ。ブランキ ング素子１３は、例えば、信号Ｓ₁によって制御される２個の極を含む。ブラン キング素子１３は、この技術分野で周知の他の形状を取ることができること、お よびこれらの極は個々に制御できることに注意すべきである。制御ユニット１は 、ある特定の時間において信号Ｓ₁をブランキング素子１３に印加し、特定の期 間スピン分極電子ビーム１９をブランクにする。この間に、ビーム１９はデータ 記憶層１７の別の部分を目標とするために、移動させられる。ブランキング素子 １３はまた、制御ユニット１が、電子の偏向またはデータ記憶層１７からの放射 を検出する場合、データ読み出し操作の間、スピン分極電子ビーム１９をブラン クするために使用することもできる。ブランキング素子１３の極は、スピン分極 電子ビーム１９を拡散し、ビーム中の電子がビームとしてデータ記憶層１７の表 面に衝突しないように、作動する。 マイクロ偏向器１４、１５を、データ読み出し操作の間、スピン分極電子ビー ム１９をブランキングさせるための代わりの手段として用いることができる。例 えば、制御ユニット１はマイクロ偏向器 １４、１５に信号Ｓ₂−Ｓ₁₇を供給して、図９に示す様に、スピン分極電子ビー ム１９をデータ記憶層１７上の特定の領域、すなわちデータ記憶のために使用さ れていない領域、例えばパーキング領域２１に向けることができる。スピン分極 電子ビーム１９がパーキング領域２１に衝突したことは、制御ユニット１によっ て電位Ｖ₁₀として検出される。 データ記憶層１７に、製造方法、劣化またはその他の原因によって生じる不完 全性が存在し、その結果データ記憶層１７にデータ記憶のために使用することが できない幾つかの欠陥領域が形成される。したがって、このような欠陥領域から データを読み出しさらにデータを書き込むことを防ぐために、フォーマット操作 が提供される。例えば、このフォーマット操作の間に、制御ユニット１は、デー タ記憶層１７中に形成された各データ磁界を、上向きおよび下向きの分極間で、 少なくとも一回回転し、各結果を照合する。このフォーマット操作は、前述した ように、例えばデータ読み出しおよびデータ記憶操作を連続して行うことによっ て、実施することができる。制御ユニット１は、データ記憶層１７の、書き込ま れたデータを高い信頼性で読みだすことができない部分が、使用不可能であるか 否かを決定する。フォーマット操作が完了すると、データ記憶層１７の使用不可 能な部分をメモリに記憶し、これを用いて、例えば制御ユニット１によって維持 して、次のデータ記憶操作の間データを何処に記憶することができるかを決定す る。 データ記憶および検索装置の操作期間中、フォーマット操作によってデータ記 憶層１７の使用不可能な部分の位置を検出し記憶することができることに注意す べきである。例えば、データ記憶層１７のある部分への各記憶操作の後で、制御 ユニット１はこの部分から読み出しを行いこの部分が現在欠陥ではないことを確 証することが できる。 制御ユニット１は、同様に、メモリを、データ記憶層１７のある部分、すなわ ち頻繁に読みだされるがしかし頻繁には記憶されないデータを記憶し保護するた めに使用される部分、の位置を記憶するのに用いることができる。現在の記憶媒 体中に記憶されたこのようなタイプのデータとして、コンフィグレーションデー タおよびＲＯＭ中に記憶されたソフトウエアドライバーがある。このタイプのデ ータは、データ記憶層１７の、メモリ中で保護されるべきであるとして指定され た部分に、記憶される。保護されるべきデータの意図しない変化を防止するため のさらなる保護策として、データ記憶層１７のある部分をデータ記憶層１７とは 異なる材料で構成することも可能である。この異なる材料は、データを記憶する ために、保護されていないデータ位置によって必要とされるものとは異なった、 スピン分極電子ビーム強度を必要とする。その結果、制御ユニット１メモリへの アクセスおよびスピン分極電子ビーム強度の変更の両方が、このような保護され たデータの極性の変更に必要である。 このスピン分極電子ビームは、縦方向のスピン分極として描かれているが、し かしながら横方向の分極も同様に使用することが可能である。横方向のスピン分 極電子ビーム分極は、媒体中の磁気モーメントが電子ビームの分極に対して平行 ／非平行であること、記憶領域間の磁気結合がビーム／媒体の相互作用を妨害す るには不十分であることが、必要である。 記載した方法および装置によって達成される効果は、すべての可動部分の除去 である。しかしながら、ある特定の機構の追加によって、データ記憶層をビーム に対して移動させることができる。この移動は、データ記憶層の回転、一個のデ ータ記憶層を別のものに交換すること、またはこの技術分野で周知のその他の実 行形態をもた らす。同様に、ビーム形成装置も移動させることが可能である。 電位Ｖ₂−Ｖ₈およびＶ₁₂−Ｖ₁₉および信号Ｓ₂−Ｓ₉、Ｓ₁₀−Ｓ₁₇およびＳ₁₉は 、調整可能なバイアス成分を有することが好ましい。これらのバイアス成分は、 位置アライメント不良、ビーム変形、およびその他の構成要素によって引き起こ されるスピン分極電子ビーム１９の修正可能な効果の補償に使用される。一構成 要素のバイアス成分は、この構成要素のスピン分極電子ビーム１９に対する効果 を、この構成要素の開口内の電界の強度を変えることによって、変更する。バイ アス調整は、装置の操作期間中、制御ユニット１によって実施されることが好ま しい。これらは、データ記憶層１７中に形成されたデータ磁界の極性を読み出し および書き込み機能によって決定しあるいは変更することが不可能な場合、特定 の順序で発生する。各構成要素に対するバイアス補償の大きさは、既知のデータ 磁界を修正しかつ読みだすことができるように、データ記憶層１７上のスピン分 極電子ビーム１９の強度、波長および断面を再集束するのに必要な調整によって 決定される。 図１０に、電子放射装置４０をより詳細に示す。先端２ｂは、縦方向に分極し た低エネルギー電子、すなわちスピン軸が放射方向に平行である電子を放射する ための、変調自己分極型の鋭利先端である。基板２ａは、先端２ｂの外部取り付 けのためのものであって、その上に残りの先端構成部品を形成するための基板と なる。基板２ａは、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を含み、これによって磁化層３ １を、電導層３３の電気的接続部分である延長部分３３ａに近い電導層３３から 、電気的に分離する。 図１０に示す絶縁層３２は磁化層３１上にあり、磁化層の延長部分３３ａに近 い磁化層３１の端部を越えて延びている。絶縁層３２はＳｉＯ₂を含み、磁化層 ３１および電導層３３中の電流を絶縁す る。 電導層３３は、例えばＦｅのような強磁性体の非常に薄い薄膜であり、ＭＢＥ またはその他の周知の方法によって絶縁層３２上に堆積される。電導層３３は単 一の磁気ドメインであることが好ましい。磁化層延長部分３１および電導層延長 部分３３は、磁化層３１および電導層３３にそれぞれ電気的に接続されている。 図１１は、電子放射装置４０の切り欠き図であり、図１０のラインＡ−Ａから 見た図である。（図１０は、図１１のラインＢ−Ｂ上から見た切り欠き図である 。）磁化層３１は金の様な導電性の金属材料であり、分子ビームエピタキシー法 （ＭＢＥ）を用いて、リゾグラフィックマスクを介して基板２ａ上に堆積される 。磁化層３１は、信号Ｓ₁₉のための２個の面外電気接点と共に一連の平面状同心 リングを含んでいる。 図１２は、磁化層延長部分３１ａ、すなわち磁化層３１の面外延長部分上の、 信号Ｓ₁₉に対する２個の電気接続領域を示す。電源電圧Ｖ₁に対する電気接続領 域は、電導層延長部分３３ａ、すなわち電導層３３の面外延長部分上にある（図 １０参照）。電気接点は、インジイウム半田または周知のその他の適当な材料に よって、直接磁化層延長部分３１ａおよび電導層延長部分３３ａに半田付けされ る。 先端２ｂは、電導層３３上にエピタキシャル成長する電導材料の鋭利な先端で ある。先端２ｂと電導層３３を一体化接続することによって、電導層３３と先端 ２ｂ間の電気的インターフェースが防止される。その結果、層３３および先端２ ｂ間のインターフェースを横切る電子スピンの拡散が軽減され、さらに先端２ｂ に流れ込むスピン分極電子流への、スピン誘因可変インピーダンスが軽減される 。このようにして、より多くの電子が、それらの分極を保持したま ま、このインターフェースを横切る。 先端２ｂまたはその構成部品の初期磁化は必要がない。極性を〔＋〕、〔−〕 間で交互に変える信号Ｓ₁₉が、磁化層延長部分３１ａの２個の電気接続領域の基 板２ａに隣接する部分に接続される。電流Ｉ₁₉が、磁化層３１の一個の電気接続 領域を通り、同心リングを通り、さらに磁化層３１の第２の電気接続領域に向か って流れる。電流Ｉ₁₉は、この層の上方および下方に磁界を形成する。このよう にして発生した磁界は、絶縁層３２および電導層３３を垂直に通って延びている 。電導層３３は、磁化層３１中の電流Ｉ₁₉の方向の結果として第１の方向に磁化 される。電導層３３は常磁性体であるので、信号電圧Ｓ₁₉が取り除かれた後も、 電導層３３は磁化された状態を維持する。信号電圧Ｓ₁₉は、交互に極性を変える 電圧であり、制御装置１によって、装置の進行中の動作に同期するようにされて いる。信号電圧Ｓ₁₉が制御装置１によって反対の極性にスイッチされると、電導 層３３は反対、すなわち第２の方向に磁化される。電導層３３に供給された電源 電流Ｉ₁は、電導層３３固有の磁化によって分極されるようになる。スピン分極 電流は、先端２ｂの電界勾配が最大である点における抽出器４からの電界の突き 抜けによって、先端２ｂの鋭利な先端から抽出される。 電流のキャリアは電子またはホールである。以下に、電子の場合について説明 する。Ｆｅ原子の３ｄ副殻は一個のスピンを有する５個の電子と、反対のスピン を有する第６番目の電子を有している。電子のスピンは、固有角モーメントによ って磁気モーメントを持つようになる。この固有角モーメントは、軌道角モーメ ントとは異なり、その大きさはほぼ軌道角モーメントの２倍である。各電子は、 整列することによって原子磁気モーメントを形成するこの固有角モーメントによ って、磁気モーメントを有する。Ｆｅ原子の３ｄ副殼 中の最初の５個の電子は、そのスピンおよびその結果としての磁気モーメントを 、磁化層３１によって展開される外部磁界の方向に整列し、その方向に平行とな る（原子の電子軌道構造の束縛下で）。電流は、ランダムな方向にスピンを有す る電子を含んでいる。したがって、電流が外部磁界が垂直方向に突き抜けている 平坦な薄膜中を流れる場合、その電流は分極するようになる。その結果、電導層 ３３を流れる電子は、スピン分極するようになる。 先端の構成部品は、スピンを分極させる電導層３３の磁化軸が、放射面と縦方 向に並列する限り、どのような形状であってもよい。あるいは別の方法として、 先端の構成部品を好ましい実施例とは僅かに違った構成とすることによって、そ の製造工程で横方向に分極した電子を発生することも可能である。この異なる実 施例では、電導層を通る磁化軸は、放射面と垂直方向に並列している。 一般に、スピン分極電子源は、スピン分極電子を供給する周知のどのようなも のであってもよい。先端は、例えば、走査型電子顕微鏡またはその他の類似の装 置の先端であってもよい。この先端は、単一の原子の直径であるような、小さな 直径を有することが好ましい。 データ記憶層１７が平坦な場合について述べてきたが、その他の形状および構 造が可能であることに、注目すべきである。例えば、磁気媒体は、タイル、円錐 、ピラミッド、円筒、球、立方体、またはその他の不規則な形状の幾何学的構造 、これらは互いに電気的に絶縁されていても絶縁されていなくてもよい、のアレ イに区分化されていてもよい。この幾何学的形状は、ビーム中の電子の磁気軸が 、この幾何学的構造中で照射された原子の磁気軸に平行な限りにおいて、どのよ うな形状を取ってもよい。 図１３は本発明のその他の実施例の一部分を示す図である。シリ ンダー３５は、基板３４上に強磁性体を含む。シリンダー３５の磁化容易軸は長 さ方向である。この磁化容易軸は、シリンダー３５の磁気軸を分極させるため、 ビーム１９の長さ方向にスピン分極した電子に平行である。 さらにその他の実施例では、磁気媒体は、一表面上に規則正しいアレイとして 堆積された円錐構造体である。この円錐の磁気軸は、その表面を形成する平面に 対して平行であることも可能である。この場合、ビーム中で横方向に分極したス ピン分極電子がこの円錐の磁気軸を分極させる必要がある。 Ｆｅ原子の磁気媒体について述べてきたが、ｆまたはｓ副殼電子の結合エネル ギーが外側ｄ副殻のそれと混在した範囲の多重電子金属、および少ない原子層に おいて例えばｂｃｔのような歪み構造を示す多重電子金属を、磁気媒体として用 いることもできる。その理由は、この磁気媒体の磁気モーメントが、この媒体中 の成分金属の外側ｄ副殻電子のスピンによって生成されるためである。磁気媒体 の候補となる金属は、周期律表の３個の遷移元素列中から得られる。例えば、３ ｄ列における候補金属は、ＣｏおよびＮｉを含む。同様に、４ｄおよび５ｄ列か らの候補金属として、ＭｏおよびＩｒがそれぞれ含まれる。 これらの金属では、電子は、外側ｄ副殻が満たされる以前に、次の外側ｆ副殻 またはｓ副殻を満たす。３ｄ列では、ｓ電子がその原子の化学的特性を決定し、 ｄ電子が磁気特性を決定する。通常、外側ｄ副殻の電子は可能な限り電子対を構 成しない。この副殻中の最初の５個の電子は、平行なスピンを有し、それぞれが 原子に磁気モーメントを追加する。その後の電子は、第４番目の量子数と最低電 子エネルギー状態との相互作用を分析することによって理解されるように、反平 行であるべきである。これらの反平行の電子は、第１ の電子と対を成し、それらの磁気モーメントをキャンセルする。 当業者にとって、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、多くの修正お よび変更が可能であることは明白である。したがって、本発明は、添付の特許請 求の範囲およびその等価の範囲内である限り、このような修正および変更を含む 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 特性を検出することによって、データを、データ記憶層 から読みだす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁性材料を含む部材と、 電子のビームを発生する手段であって、該電子ビームは第１および第２の方向 の一方に共通の磁気分極を有し、前記ビームは前記部材の複数の部分の一個に向 けられるものと、 アドレス信号に応答して、前記ビームを前記部材の該アドレス信号に相当する 部分に向け、さらに電子ビームの波長を前記部材の前記部分が該電子ビームの磁 気分極に相当する磁気分極を担うように制御するための手段と、および 前記アドレス信号に応答して、前記部材の前記アドレス信号に相当する一部分 の分極を、該部分に前記ビームを向けることによって検出するための手段、 を含むことを特徴とする、データ記憶装置。 ２．前記部材は、 基板と、および 前記基板上の、磁気材料の複数の原子層であって、一定数の該原子層は、前記 基板の表面に垂直な磁気異方性を有するもの、 とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．前記層は、平均で３原子層の厚さを有し、かつ体心正方格子中に配置され たＦｅを含むことを特徴とする、請求項２に記載のデータ記憶装置。 ４．前記部材は、周期律表の３遷移列中の少なくとも一個の金属を含むことを 特徴とする、請求項１に記載のデータ記憶装置。 ５．前記部材は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｉｒ、およびＭｏの内の少なくとも一個を含む ことを特徴とする、請求項１に記載のデータ記憶装置。 ６．前記部材はさらに、アライメント領域を含むことを特徴とする、請求項１ に記載のデータ記憶装置。 ７．前記アライメント領域は、前記層から電気的に絶縁された電導性材料を含 むことを特徴とする、請求項６に記載のデータ記憶装置。 ８．前記部材は、平坦な表面を規定することを特徴とする、請求項１に記載の データ記憶装置。 ９．前記部材と前記ビーム発生手段との間隙は、非電導性の環境であることを 特徴とする、請求項１に記載の装置。 １０．前記検出手段は、 前記部分の分極方向が前記ビームの分極方向と反対である場合、前記ビームの 偏向と、および 前記部分の分極方向が前記ビームの分極方向と同じである場合、前記ビームの 引きつけ、とのうちの一方を検出する手段を含むことを特徴とする、請求項１に 記載の装置。 １１．前記検出手段は、 前記部分の分極方向が前記ビームの分極方向と反対である場合に第１の特徴を 有し、前記部分の分極方向が前記ビームの分極方向と同じ場合第２の特徴を有す る、２次電子を形成する部分に、前記ビームを向けるための手段と、および 前記２次電子の前記第１または第２の特性を検出するための手段、 を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。 １２．前記検出手段は、前記２次電子のエネルギーおよびスピンの少なくとも 一方を検出するための手段を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。 １３．前記検出手段は、前記電子ビームの偏向を検出するように 構成された電導材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。 １４．前記検出手段は、２次電子を検出するように構成された電導材料を含む ことを特徴とする、請求項１に記載の機器。 １５．磁気材料を有する部材と、および電子ビームを発生するための手段であ って、該電子ビームは第１および第２の方向の一方に共通の磁気分極を有し、前 記ビームは前記部材の複数の部分の一個に向けられるもの、とを含むシステムを 操作するための方法であって、該方法は、 アドレス信号を受信し、 前記部材の前記アドレス信号に相当する一部分に前記ビームを向け、さらに前 記電子ビームの波長を前記部材の前記部分が該電子ビームの磁気分極に相当する 磁気分極を担うように制御する、 各ステップを含むことを特徴とする、方法。 １６．磁気材料を有する部材と、および電子ビームを発生するための手段であ って、該電子ビームは第１および第２の方向の一方に共通の磁気分極を有し、前 記ビームは前記部材の複数の部分の一個に向けられるもの、とを含むシステムを 操作するための方法であって、該方法は、 アドレス信号を受信し、 前記部材の前記アドレス信号に相当する一部分に前記ビームを向け、さらに前 記電子ビームの波長を前記部材の前記部分が該電子ビームの磁気分極に相当する 磁気分極を担うように制御し、さらに その後、前記部材の前記アドレス信号に相当する一部分の磁気分極を、前記ビ ームを前記部分に向ける事によって検出する、 各ステップを含むことを特徴とする、方法。 １７．磁気材料中に分極方向としてデータを記憶するための方法 であって、当該方法は、 第１および第２のデータ値の一方に相当する分極方向を持った電子磁界を有す るスピン分極電子であって、前記磁気材料に磁気モーメントをもたらす不対電子 に特有の波長を有する電子を供給し、さらに、 非電導性の環境を介して、前記スピン分極電子を前記磁気材料の一部分に向け ることによって、当該部分に前記電子磁界の方向を付与する、 各ステップを含むことを特徴とする、方法。