JPWO2008004535A1 - スライダー、一体型スライダー、およびハイブリッド記録装置 - Google Patents
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Abstract
金属膜（２）の表面に開口部（３）が形成され、開口部（３）で、互いに略垂直に交わる複数の軸（４，５，６，７）に対して、略垂直に配置された複数の溝（８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎ）を有する複数の周期溝（８，９，１０，１１）が形成され、複数の周期溝（８，９，１０，１１）は、開口部（３）に対して互いに点対称の位置関係である。
Description
本発明は、情報記録媒体に情報を記録するためのハイブリッド記録装置に関するものであり、特に、磁気情報を磁気記録媒体に記録するためのスライダーに関する。
従来から、情報記録媒体として、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）が広く用いられている。しかし、ハードディスクドライブの記録密度は著しく伸び続けており、磁気情報の不安定性を引き起こす超常磁性限界（Super paramagnetic limit）に近づいている。
この超常磁性限界を、下記（１）式を用いて説明する。
―ｋmＶ/ｋＴ （１）
（１）式は、熱揺らぎ係数を示し、ｋm、Ｖ、ｋ、Ｔはそれぞれ磁気異方性エネルギー、記録ビット体積、ボルツマン定数、絶対温度を示す。既存の磁気記録（ハードディスク）用の媒体においては、高記録密度化に伴い記録ビットの体積（Ｖ）が減少するため、熱揺らぎ係数が大きくなる。この熱揺らぎ係数が大きくなると、スピン反転が偶発するなど、磁気情報が不安定になることが一般的に知られている。
（１）式は、熱揺らぎ係数を示し、ｋm、Ｖ、ｋ、Ｔはそれぞれ磁気異方性エネルギー、記録ビット体積、ボルツマン定数、絶対温度を示す。既存の磁気記録（ハードディスク）用の媒体においては、高記録密度化に伴い記録ビットの体積（Ｖ）が減少するため、熱揺らぎ係数が大きくなる。この熱揺らぎ係数が大きくなると、スピン反転が偶発するなど、磁気情報が不安定になることが一般的に知られている。
このため、更なる高密度化を行うために、例えば一般的に、熱アシスト磁気記録、光アシスト磁気記録、レーザアシスト磁気記録などと呼ばれているハイブリッド記録が検討されている。このハイブリッド記録は、常温における磁気情報の保持力が高い磁気記録層を、記録媒体に用いることにより、磁気情報の不安定性を抑制し、磁気記録時には、スピン反転を容易にするために磁気記録領域を昇温しながら外部磁場を印加する。
これにより、磁気記録領域のまわりに外部磁場勾配よりも急峻な熱勾配を与える場合では、外部磁場分布よりも小さい磁気記録ビットを形成することができる。
このような磁気記録層の加熱には、光の回折限界よりも十分小さく局在化される近接場光が用いられる。近接場光は波長よりも小さい金属微小開口からなる近接場光発生機構に、レーザを照射することで生成される。
特許文献１には、図１５に示すように、半導体レーザ１０２、１／４波長板１３４、近接場光発生機構としての透明集光用媒体１０６、光スポット１０９ａ、および光学系が一体化されたスライダーである記録再生ヘッド１００が開示されている。
上記構成により、半導体レーザ１０２から発生する直線偏光が１／４波長板１３４で円偏光に変換された後、透明集光用媒体１０６を透過し、光スポット１０９ａに集光される。この光スポット１０９ａから光が近接場光１０９ｂである。なお、直線偏光を円偏光化することにより、図示しない磁気記録層に回転対称な熱分布を形成できることができる。
しかしながら、ハードディスクドライブに使用されるスライダーは年々小型化が進んでいる。現在の一般的なスライダーの大きさは、おおよそ、０．８（縦）×０．７（横）×０．３（高さ）ｍｍ程度であるが、年々小型化が進むことにより、重量が指数関数的に減少している。今後さらに重量が減少すると考えられる。
一般的にスライダーの大きさが小さくなり、重量が減少すると、スライダーが固定されるサスペンションの慣性モーメントが少なくなるため、アクセススピードが向上することが知られている。
一方、端面発光型の半導体レーザの共振器長は０．２〜１．０ｍｍ、チップ幅０．２〜０．５ｍｍ、チップ高さ０．１〜０．３ｍｍであり、前記小型スライダーと同程度の寸法である。すなわち、上記構成による光学レンズや波長板を組み込んだ一体型スライダーでは、スライダーの小型化が困難であるばかりでなく、さらに大型化してしまう可能性がある。
日本国公開特許公報「特開２００４-３６２７７１号公報」（２００４年１２月２４日公開）
Ｗ． Ｌ． Ｂａｒｎｅｓ， Ａ Ｄｅｒｅｕｘ， Ｔ． Ｗ． Ｅｂｂｅｓｅｎ， Ｎａｔｕｒｅ ４２４， ８２４ (２００３)
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体レーザと同程度までスライダーを小型化することにより、スライダーのアクセススピードを向上することができるスライダー、一体型スライダー、およびハイブリッド記録装置を提供することにある。
本発明のスライダーは、上記課題を解決するために、金属膜を有し、磁気記録層への情報の書き込み、および、読み込みを行うスライダーにおいて、上記金属膜の表面に開口部が形成され、上記開口部で、互いに略垂直に交わる複数の軸に対して、略垂直に配置された複数の溝を有する複数の周期溝が形成され、上記複数の周期溝は、上記開口部に対して互いに点対称の位置関係であることを特徴としている。
これにより、上記金属膜の表面に照射された直線偏光を円偏光に変換することができる。言い換えると、金属膜の表面に照射された光エネルギーの流れを、周期溝によって近接場光に変換し、さらに開口部を中心に近接場光の渦を発生させることができる。また、この渦のサイズは光の解像限界、すなわち光の波長よりさらに小さいサイズに収束させることができる。
本明細書中に用いている用語「近接場光」とは、ＮｅａｒＦｉｅｌｄの意に対応し、波長よりも小さい領域における全電磁場を含む。ＮｅａｒＦｉｅｌｄは、ポインティングベクトルの非振動成分からなる伝播光と、振動成分からなるエバネッセント場とを含むことを意味する。
また、周期溝の中心部分に開口部が形成されていることから、近接場光の渦を効率的に、開口部へと導くことができる。
これにより、直線偏光を円偏光に偏光変換を行うための光学部品が必要なく、上記スライダーを小型化することができる。従って、上記スライダーの重量を抑えることができるため、上記スライダーの慣性モーメントを抑えることができる。このため、上記スライダーのアクセススピードを向上させることができる。
２ 金属膜
３ 開口部
４ 軸
５ 軸
６ 軸
７ 軸
８ 周期溝
８−１，８−２，８−３，８−４，８−５ 溝
９ 周期溝
９−１，９−２，９−３，９−４，９−５ 溝
１０ 周期溝
１０−１，１０−２，１０−３，１０−４，１０−５ 溝
１１ 周期溝
１１−１，１１−２，１１−３，１１−４，１１−５ 溝
２０ スライダー
５０ ディスク基板
６０ 磁気記録層
７０ ヘッド（光学部品）
７１ リッジ部（半導体レーザの共振器）
３ 開口部
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２０ スライダー
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６０ 磁気記録層
７０ ヘッド（光学部品）
７１ リッジ部（半導体レーザの共振器）
本発明の一実施形態について図１ないし図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
〔１．スライダーの概要〕
（１−１．スライダー金属面）
本実施の形態にかかる、スライダー２０の表面に備えられている金属膜２の表面について、図１を用い、説明する。
（１−１．スライダー金属面）
本実施の形態にかかる、スライダー２０の表面に備えられている金属膜２の表面について、図１を用い、説明する。
図１に示すように、金属膜２の表面には、孔として開口部３が形成されており、この開口部３の中心付近で、軸４，５，６，７のそれぞれが互いに略垂直に交わっている。この軸４に、略垂直となるように開口部３に近い方から、溝８−１、溝８−２、溝８−３、溝８−４、および溝８−５を有する周期溝８が形成されている。
同様に、軸５には、開口部３に近い方から、溝９−１、溝９−２、溝９−３、溝９−４、および溝９−５を有する周期溝９が軸５に略垂直となるように形成されている。
また、同様に、軸６には、開口部３に近い方から、溝１０−１、溝１０−２、溝１０−３、溝１０−４、および溝１０−５を有する周期溝１０が軸６に略垂直となるように形成されている。
また、同様に、軸７には、開口部３に近い方から、溝１１−１、溝１１−２、溝１１−３、溝１１−４、および溝１１−５を有する周期溝１１が軸７に略垂直となるように形成されている。ただし、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれは金属膜２を貫通していない。
以下では、周期溝８を構成する溝８−１，８−２，８−３，８−４，８−５のすべてをさすときは、溝８−ｎと記載する。溝９−ｎ、溝１０−ｎ、および溝１１−ｎについても同様である。
また、ｎの数は特に限定されないが、ｎの個数が多ければ入射光の受光面積を増やすことができる。しかし、表面プラズモンは、周期溝４，５，６，７を伝播中に減衰してしまうため、ｎの数は５つが好ましく、本実施の形態においてもｎの数は５つで説明を行う。
本実施の形態において、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれの溝８−ｎ，溝９−ｎ、溝１０−ｎ、および溝１１−ｎは、金属膜２の表面に対して、凹形状として説明する。
しかし、溝８−ｎ，溝９−ｎ、溝１０−ｎ、および溝１１−ｎのそれぞれは、周期的な屈折率分布を、金属膜２の表面に形成することが目的である。
このため、溝８−ｎ，溝９−ｎ、溝１０−ｎ、および溝１１−ｎは、金属膜２の表面に対して凸形状であってもよい。
さらに、溝８−ｎ，溝９−ｎ、溝１０−ｎ、および溝１１−ｎが誘電体で埋められていてもよい。上記誘電体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、または、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ3、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２、ＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、または、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体などを用いることができる。
また、表面プラズモンを単に生成するための溝は広く検討されており、本実施の形態に記載する周期溝８，９，１０，１１においても、上記広く検討されている溝を利用することができる。
また、金属膜２は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などから構成されている。図１に示す、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれを構成する溝８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎのそれぞれの、隣り合う間隔をＡとすると、適当なＡにおいては、金属膜２に入射する光により金属膜２上に表面プラズモンが励起されることが知られている（後述する補足説明参照）。
次に、金属膜２表面に構成される周期溝８，９，１０，１１について説明する。
入射光をｘ軸に平行な直線偏光１５とした場合、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれにおいて生成される表面プラズモンは、開口部３の中心から放射状に伸びている軸４，５，６，７のそれぞれに沿って、開口部３に向かって伝播する。
本実施の形態においては、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれは、開口部３を中心に点対称となるように配置されており、軸４，５，６，７のそれぞれに対して左回り、すなわち反時計回り方向に配置されている。
（１−２．円偏光変換について）
次に、金属膜２表面に照射された直線偏光が、円偏光に変換されることについて説明する。
次に、金属膜２表面に照射された直線偏光が、円偏光に変換されることについて説明する。
図１における、周期溝８，９，１０,１１のそれぞれにおいて、最も開口部と近い溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１のそれぞれから開口部３の中心までの距離をＬ１〜Ｌ４とし、以下のように設定する。
なお、本実施の形態においては、後述する（２）式に示すように、Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれの大きさが重要であるため、Ｌ１〜Ｌ４の取り方は数通り考えられる。しかし、開口部３に最も近い、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１はそれぞれ同じ条件である必要がある。
すなわち、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｌ１〜Ｌ４は下記の３通り考えることができる。
図２の（ａ）に示すように、Ｌ１〜Ｌ４は、開口部３の中心を原点とし、この原点から、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１のそれぞれの、開口部３と近い側の側面までの距離とする。
または、図２の（ｂ）に示すように、Ｌ１〜Ｌ４は、開口部３の中心を原点とし、この原点から、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１のそれぞれの中心までの距離とする。
または、図２の（ｃ）に示すように、Ｌ１〜Ｌ４は、開口部３の中心を原点とし、この原点から、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１のそれぞれの開口部３とは遠い側の側面までの距離とする。
これら図２の（ａ）〜（ｃ）のいずれであっても（２）式におけるδＬの値は変わらないため、本実施の形態における効果を得ることができる。しかしながら、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および溝１１−１は、図２の（ａ）〜（ｃ）のいずれか同じ条件でなければならない。
また、金属膜２に入射される光が、金属膜２の表面に対して、ほぼ垂直に入射され、
を満たす場合、本実施の形態においては、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれが、開口部３を中心に点対称となるように配置されており、軸４，５，６，７のそれぞれに対して左回り、すなわち反時計回り方向に配置されている。このため、開口部３に左回り円偏光からなるモードが生成される。
すなわち、表面プラズモンの波長をλＳＰとすると、δＬがλＳＰの１／４となる場合においては、ｘ軸方向に直線偏光軸を有する入射光により励起される表面プラズモンが、それぞれ開口部３の周囲に到達するために、π／２の位相ズレが発生する。
上記例では、周期溝１１を起源とする表面プラズモンの位相が、周期溝８を起源とする表面プラズモンの位相よりもπ／２進んでいることに対応し、同時に励起された周期溝１１を起源とする表面プラズモンが先に開口部３の周囲に到着する。
周期溝１１を起源とする表面プラズモンが開口部３の端を励起した後、1／４周期遅れて、周期溝８を起源とする表面プラズモンが開口部３のπ／２反時計回りに回転した部位を励起する。
例えば、周期溝８に着目すると、軸４から反時計回り方向にシフトした位置から軸４方向に伝播する表面プラズモンが開口部３に達する時刻は、軸４上の表面プラズモンが到達する時刻よりも若干遅いことがわかる。
すなわち、軸４，５，６，７のそれぞれに対して、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれが反時計回り方向に配置されている構成を左回りの配置とし、軸４，５，６，７のそれぞれに対して、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれが時計回り方向に配置されている構成を右回りの配置とすると、左回りの配置においても若干の左回り円偏光を開口部３に発生させることができる。
なお、ここでは直線偏光軸がｘ軸方向の場合を検討しているが、ｙ軸方向においては（２）式の条件が符号反転することに注意する必要がある。
本実施の形態において、入射光に対する回転方向の位置関係が重要であり、左回り円偏光のモードを開口部３に形成するには、該直線偏光に最も近い軸を正負の回転方向でそれぞれひとつずつ選び、求めたい円偏光の回転方向にそってＬ１〜Ｌ４が大きくなるようにする。
なお、右回り円偏光のモードを開口に形成するためには、周期溝８，９，１０，１１を右回りの配置に形成し、Ｌ２−Ｌ１＝λｓｐ／４を満たすように周期溝８，９，１０，１１を配すとよい。
このように生成したモードにより開口部３より、左回り円偏光が放射される。また開口部３が十分小さいため、局在化した近接場光が生成される。
〔２．ＦＤＴＤモデリング〕
次に、図１、および図３から図８を用い、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式に基づく３次元電磁場解析法である、Ｆｉｎｉｔｅ-Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ-Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法により検証した結果を示す。
次に、図１、および図３から図８を用い、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式に基づく３次元電磁場解析法である、Ｆｉｎｉｔｅ-Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ-Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法により検証した結果を示す。
表面プラズモンをより正確にモデリングするためには、金属内の電場の減衰長を考慮し、４ｎｍ程度のメッシュを用いる。このため、周期溝８，９，１０，１１のすべてをモデリングの計算に用いることは、計算が大規模となるため困難である。
本実施の形態においては、図３に示すように「それぞれの周期溝により表面プラズモンが生成する」という公知な現象より、溝８−１、溝９−１、溝１０−１、溝１１−１の４箇所で表面プラズモンを励起し、上記（２）式に対応して、溝９−１、および、溝１１−１で発生した表面プラズモンの位相は、溝８−１、および、溝１０−１で発生した表面プラズモンの位相よりπ／２早いとしてモデリング計算に用いる。
なお、ＦＤＴＤのモデリング計算において、位相を進めるとは、開口部３に近い溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および、溝１１−１と、開口部３の中心位置との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とのそれぞれを小さくすることに対応する。
すなわち、後述する（５）式、および（６）式のように溝８−１、溝９−１、溝１０−１、および、溝１１−１のそれぞれの位置を、軸４，５，６，７上で調整することにより位相を調整することができる。
また、本実施の形態においては、金属膜２を、無限金属膜として取り扱うため、Ｔｏｔａｌ−Ｆｉｅｌｄ／Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ−Ｆｉｅｌｄ（ＴＦＲＦ）法のＦＤＴＤ法を用い、４ｎｍの立方体セルを用いる。ここで、全計算サイズは１５０×１５０×５０セルとした。
次に、図４を用い、ＦＤＴＤのモデリング計算に用いる具体的な構造について説明する。
図４は、ＦＤＴＤのモデリング計算に用いる金属膜２に形成されている開口部３と、磁気記録層６０とを拡大した断面図である。
図４に示すように、金属膜２に開口部３が形成されており、金属膜２の表面からギャップＤだけ離れた位置に、磁気記録層６０が形成されている。
また、ギャップＤのほぼ中心をｘｙ平面８１とし、金属膜２から磁気記録層６０へ向かう方向をプラス方向として、ｘｙ平面８１を通過する電場を瞬時電場Ｅｚとする。
金属膜２の厚みは、１２０ｎｍであり、材質はＡｇとした。また、開口部３の半径は、１５０ｎｍとし、磁気記録層６０としての材質はコバルト（Ｃｏ）とし、また、モデリング計算上、膜厚は半無限厚とした。また、この磁気記録層６０と、金属膜２とのギャップＤは２８ｎｍとした。
現在、一般的に知られている磁気記録層は、光学的にほぼＣｏと等しいため、本実施の形態における計算結果を適用することが可能である。
図３に示すように、振幅方向が軸４，５，６，７と平行な電気双極子により、表面プラズモンが励起される。
なお、本実施の形態においては、電気双極子の周波数は真空中の波長６５８ｎｍに対応するものとした。
一般的に、波長よりも小さい電気双極子は波数空間に広がりを持つため、該表面プラズモンを励起することができる。
このような励起源においては、表面プラズモンは、図３に示すように、開口部３に対して、内向きと外向きとの２方向に伝播する。しかし、ＦＤＴＤ法においてＰＭＬ境界を用いているため、境界からの反射を取り除くことができ、外側に伝播する成分の寄与を無視することができる。
また、開口部３の出射側、および、Ｃｏ膜上では、Ａｇ膜とＣｏ膜がスラブ導波路として機能するため、ｚ軸方向の瞬時電場Ｅｚが支配的である。すなわち、開口部３から出射される電場が円偏光であれば、瞬時電場Ｅｚのパターンは開口部３を中心とする螺旋状となる。
図５に示すのは、金属膜２と、磁気記録層６０とのギャップ間のｘｙ平面８１における瞬時電場Ｅｚの強度分布である。ｘｙ平面８１において、左回り円偏光が得られた。
図６に、比較のため、該電気双極子の代わりに、開口部３に左回り円偏光の平面波を入射した場合の、ｘｙ平面８１における瞬時電場Ｅｚを示す。
入射強度が異なるため、図５と、図６とで定量的な比較はできない。しかし図５と同様に図６においても、開口部３から出射された後も、左回り円偏光となることが確認された。
次に、図７に示すのは、図３における溝９−１、および、溝１１−１での電気双極子の位相を、溝８−１、および、溝１０―１での位相よりもπ／２遅くした結果である。
図７では、瞬時電場Ｅｚの強度が、図５よりも弱くなっており、かつ右回り円偏光になっていることが分かる。
また、図８に上記位相が同じ場合についての結果を示す。ほぼ直線偏光であるが、若干左回り円偏光成分が含まれている。上図における周期溝８，９，１０，１１は、軸４，５，６，７の左回り方向、すなわち、左回りの配置として構成されている。すなわち周期溝の配置は、光の入射軸に対して左回りの対称性の性質を有する、いわゆるキラリティが存在するため、若干の左回り円偏光が発生している。
このように周期溝８，９，１０，１１のそれぞれのキラリティと、表面プラズモンの位相差によるキラリティとが逆向きの場合には、直線偏光から円偏光への変換効率が下がることが分かる。
以上より、図１の構成において、上記（２）式を満たす周期溝８，９，１０，１１により、金属膜２と、磁気記録層６０とのギャップ間のｘｙ平面８１で、左回り円偏光が、効率的に生成されることが分かる。
なお、図７の状況は、図１の配置において入射光の直線偏光軸をｙ軸に平行とした場合にも相当する。
〔３．ハイブリッド記録装置〕
（３−１．ハイブリッド記録装置の概要構成）
図９に、本実施形態にかかるハイブリッド記録装置の概略図を示す。
（３−１．ハイブリッド記録装置の概要構成）
図９に、本実施形態にかかるハイブリッド記録装置の概略図を示す。
図９に示すように、ハイブリッド記録装置は、磁気記録層６０を表面近傍に備えるディスク基板５０と、ディスク基板５０から数ｎｍ〜数十ｎｍ上方に浮上しているスライダー２０とが配置され、スライダー２０はサスペンション３０に固定されており、サスペンション３０は、軸４０を介し、図示しない支持体と接続されている。
軸４０は、ディスク基板５０の表面に対して、平行に回転運動（シーク）を行うことができ、これにより、サスペンション３０、およびスライダー２０も、軸４０を中心に回転運動を行うことができる。
このため、サスペンション３０の先端にあるスライダー２０の重量が軽いほど、サスペンション３０の慣性モーメントが小さくなる。これにより、目的とする情報が記録された磁気記録層６０表面への、スライダー２０のアクセススピードが向上する。
なお、本実施形態においては、ディスク基板５０の回転方向は左回り（半時計回り）とする。
（３−２．半導体レーザ）
図１０に示すのは、スライダー２０と隣接する位置に埋め込まれている半導体レーザのヘッド７０（光学部品）と、周期溝８，９，１０，１１との配置関係である。
図１０に示すのは、スライダー２０と隣接する位置に埋め込まれている半導体レーザのヘッド７０（光学部品）と、周期溝８，９，１０，１１との配置関係である。
ヘッド７０は、半導体レーザが発射されるリッジ部７１（半導体レーザの共振器）、埋め込み層７２、ｐ電極７３、および活性層７４から構成されている。
なお、ヘッド７０は、公知のように様々な層構造から構成されることが可能である。しかし、本実施の形態においては特に限定されない。
本実施の形態における、ＴＥモードで発振する半導体レーザは、活性層７４と平行な直線偏光である。
また、レーザスポット７５は、おおよそ活性層７４上に位置し、図１０に示すようなヘッド７０は、リッジ導波路や埋め込み導波路により２次元的に閉じ込められている。
そして、このヘッド７０の端面上に、電気的短絡を防止するため１μｍ以下の誘電体層を積層し、その上に金属膜２を積層する。金属膜２には、開口部３と、周期溝８，９，１０，１１とがレーザスポット中心に配される。
金属膜２に設けられる構造は、既存のパターニングプロセスにより形成することができる。例えばステッパーによる光露光、ｘ線露光、電子ビーム（ＥＢ）露光、掃引型の電子ビーム（ＳＥＭ）露光、集光イオンビーム（ＦＩＢ）による加工、ナノインプリントが利用できる。
なお、金属膜２は、リッジ部７１内に組み込まれた構造を成してもよい。金属膜２、周期溝８，９，１０，１１で表面プラズモンに結合しない成分が、再びリッジ部７１内で誘導放出に寄与する。リッジ部７１の後部端面には、誘電体または金属による高反射膜が形成されており、低閾値で半導体レーザの発振が実現される。
なお、上記半導体レーザには、半導体量子井戸からなる活性層にガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）を主に含有する３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの発振波長を備える青色半導体レーザやＧａと砒素（Ａｓ）を主に含有する６００ｎｍ〜赤外線の発振波長を持つ、赤色半導体レーザ、近赤外半導体レーザ、赤外半導体レーザなどを用いることが好ましい。
（３−３．一体型スライダー）
図１１に示すのは、一体型スライダーである。
図１１に示すのは、一体型スライダーである。
図１１に示すように、一体型スライダーは、スライダー２０内部に図示しない半導体レーザ基板を備えており、サスペンション３０と接続されている。さらに、スライダー２０と隣接する位置に、ヘッド７０が接続されている。
ヘッド７０には、スライダー２０と接する側の面に、半導体レーザのリッジ部７１が形成されている。このリッジ部７１は、図９に示したディスク基板５０と隣接する側の面に、金属膜２が備えられている。また、半導体レーザのリッジ部７１と隣接する位置に、磁気記録用の外部磁場印加装置として機能する磁気ポール７６およびコイル７８が備えられている。
さらに、ヘッド７０の側面には、例えば、ＧＭＲ等の磁気再生ヘッド７７が配されている。
これらの一体型スライダー下面は、一般的に、図示しないＡｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ（ＡＢＳ）と呼ばれている空気の整流機構が備えられている。
これにより、一体型スライダーは、上記整流機構による空気の流れを受け、受動的に、図９に示すディスク基板５０上数ｎｍ〜５０ｎｍ程度の位置を、安定して浮上することができる。
図１１に示した構成においては、ヘッド７０側が、磁気情報の読み取り方向である、ダウントラック方向となる。
図１２には、図１１に示した一体型スライダーにおいて、ヘッド７０と、スライダー２０とが前後逆となるように、サスペンション３０に接合された場合を示している。この場合のダウントラック方向は、図１１に示した方向とは逆となる。なお、電気配線等の詳細は省略している。
磁気記録ヘッドや記録用の外部磁場印加装置を備えるヘッド７０は、０．０１〜０．０５ｍｍ程度の厚みであり、周期溝８，９，１０,１１は金属膜２に設けられるため、ヘッド７０の体積は増加しない。すなわち、本実施の形態における一体型スライダーは、図示しない半導体レーザ基板と、半導体レーザのリッジ部とから構成される半導体レーザ発振器と同程度まで小型化することができる。
このように、従来の構造と比較して、周期溝８，９，１０，１１を用いることにより、大幅に、一体型スライダーの寸法を小さくすることができる。
〔４．補足説明〕
（４−１．溝の間隔）
図１に示す、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれを構成する溝８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎの、それぞれの、隣り合う間隔であるＡは、入射光の波数の金属膜２表面と平行な成分と、金属膜２の表面を伝播する表面プラズモンの波数のマッチングを取るように定められる。例えば、非特許文献１に記載されており、これは、下式（３）式として示される。
（４−１．溝の間隔）
図１に示す、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれを構成する溝８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎの、それぞれの、隣り合う間隔であるＡは、入射光の波数の金属膜２表面と平行な成分と、金属膜２の表面を伝播する表面プラズモンの波数のマッチングを取るように定められる。例えば、非特許文献１に記載されており、これは、下式（３）式として示される。
ここで、ｋｓｐは表面プラズモンの波数、Ｒｅ（ｋｓｐ）はその実部、ｋ０は真空中の波数、φは入射角である。金属膜２へ照射される半導体レーザの入射角は数度であり、溝の間隔であるＡは、表面プラズモンの波長よりもわずかに長い程度であればよい。
すなわち、これは、（４）式として表すことができる。
ここでεｍ、εｄはそれぞれ金属膜２と、半導体レーザと、金属膜２とに挟まれる誘電体層の複素誘電率である。
かつ、入射角が数度以下の場合においては、それぞれのグレーティングを経由して開口部３に到達する表面プラズモンの位相差δφは前記Ｌ１およびＬ２を用いて、（５）式として表すことができる。
それぞれの距離の差が表面プラズモンの波長λｓｐに対して
と表される場合、開口部３には円偏光からなるモードが形成される。
また、表面プラズモンの波長λｓｐ決定するための条件として、ｋｓｐ＝２π／λｓｐという関係が成り立つ。
表面プラズモンの波数の虚部Ｉｍ（ｋｓｐ）は表面プラズモンの減衰を表し、金属膜２の厚みが１００ｎｍ以上の場合、おおよそ１０μｍ程度である。
図１における、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれの全長は、１０μｍ以下、あるいは、図１０に示す半導体レーザのレーザスポット７５と同程度であればよい。そして、表面プラズモンを励起するためには、周期溝８，９，１０，１１のそれぞれにおいて、少なくとも２つ以上の溝が存在する必要がある。
また、溝８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎのそれぞれの形状は、例えば湾曲した形状をとることも可能であるが、直線偏光を円偏光に変換する変換効率が低下するため、直線状であることが好ましい。
（４−２．溝の幅と開口部断面）
次に、図１、および、図１３を用い、金属膜２に形成されている開口部３の断面形状について説明する。
次に、図１、および、図１３を用い、金属膜２に形成されている開口部３の断面形状について説明する。
図１に示す、溝８−ｎ，９−ｎ，１０−ｎ，１１−ｎにおける軸４，５，６，７のそれぞれに対して、垂直方向の幅の長さをｄとする。例えば、周期溝８であれば、軸４に対して垂直方向の幅の長さをさす。
この溝幅の長さであるｄは、表面プラズモンの空間分解能であるλｓｐと同程度の長さが必要である。
また、ｄと垂直方向の長さは数ミクロン程度、深さについては数百ｎｍ程度が好ましい。
しかし、開口部３の半径をｒとすると、このｒよりも大きい領域（ｄ−ｒ）は、開口部３内のモードに寄与できない。
すなわち、表面プラズモンが開口部３の脇を通過してしまう。特に開口部３が小さくなるほど、直線偏光を円偏光に変換する変換効率が低下する。
図１３は、図１に示す開口部３の周辺を拡大した図であり、金属膜２とギャップＤだけ離れた位置に、磁気記録層６０が形成されている。そして、ギャップＤのほぼ中心をｘｙ平面８１とする。また、金属膜２の表面に、周期溝８，９，１０，１１が形成されている側の開口部３の直径をＤ１とし、開口部３における、磁気記録層６０と接している側の直径をＤ２とすると、Ｄ１と比較して、出射側であるＤ２の方が狭い。
本実施の形態においては、Ｄ１の半径をｒ１とし、Ｄ２の半径をｒ２とすると、ｒ１＜２００ｎｍ、ｒ２＜ｒ１、また、Ｄ１の端部と、隣接する溝である溝８−１，９−１，１０−１，１１−１との間隔は＜１００ｎｍとした。
これにより、（ｄ−ｒ１）を小さくすることができる。さらに溝８−ｎ,９−ｎ,１０−ｎ,１１−ｎの幅を広くする事で結合効率を高くすることができる。
これにより、開口部３の出射側であるＤ２が小さくなっても、直線偏光から円偏光への変換効率の低下を抑えることができる。
図１４は、ＦＤＴＤ法を用いて、上記変換効率を計算した一例である。
本実施の形態において、図５に示した計算に用いた構成において、開口部３の出射側の半径を４０ｎｍ、入射側開口の半径であるｒ１を１００ｎｍ、２００ｎｍと変更した。
また、ｘｙ平面８１における瞬時電場Ｅｚのピーク強度にて、上記変換効率の比較を行った。
図１４に示すように、入射側である開口半径ｒ１を大きくすることで、ｘｙ平面８１における瞬時電場Ｅｚのピーク強度が高くなることが示されている。すなわち、上記変換効率が高くなる。
以上のように、本発明にかかるスライダーは、金属膜の表面に開口部が形成され、上記開口部で、互いに略垂直に交わる複数の軸に対して、略垂直に配置された複数の溝を有する複数の周期溝が形成され、上記複数の周期溝は、上記開口部に対して互いに点対称の位置関係である。
これにより、上記金属膜の表面に照射された直線偏光を円偏光に変換することができる。言い換えると、金属膜の表面に照射された光エネルギーの流れを、周期溝によって近接場光に変換し、さらに開口部を中心に近接場光の渦を発生させることができる。また、この渦のサイズは光の解像限界、すなわち光の波長よりさらに小さいサイズに収束させることができる。
また、周期溝の中心部分に開口部が形成されていることから、近接場光の渦を効率的に、開口部へと導くことができる。
これにより、直線偏光を円偏光に偏光変換を行うための光学部品が必要なく、上記スライダーを小型化することができる。これにより、上記スライダーの重量を抑えることができるため、上記スライダーの慣性モーメントを抑えることができる。このため、上記スライダーのアクセススピードを向上させるという効果を奏する。
本発明のスライダーは、以上のように、金属膜を有し、磁気記録層への情報の書き込み、および、読み込みを行うスライダーにおいて、上記金属膜の表面に開口部が形成され、上記開口部で、互いに略垂直に交わる複数の軸に対して、略垂直に配置された複数の溝を有する複数の周期溝が形成され、上記複数の周期溝は、上記開口部に対して互いに点対称の位置関係であることを特徴としている。
これにより、上記金属膜の表面に照射された直線偏光を円偏光に変換することができる。言い換えると、金属膜の表面に照射された光エネルギーの流れを、周期溝によって近接場光に変換し、さらに開口部を中心に近接場光の渦を発生させることができる。また、この渦のサイズは光の解像限界、すなわち光の波長よりさらに小さいサイズに収束させることができる。
また、周期溝の中心部分に開口部が形成されていることから、近接場光の渦を効率的に、開口部へと導くことができる。
これにより、直線偏光を円偏光に偏光変換を行うための光学部品が必要なく、上記スライダーを小型化することができる。従って、上記スライダーの重量を抑えることができるため、上記スライダーの慣性モーメントを抑えることができる。このため、上記スライダーのアクセススピードを向上させることができる。
さらに、本発明のスライダーは、上記開口部の、上記金属膜の表面に対して垂直方向の断面形状が、テーパ形状を有し、上記周期溝を有する側の面の開口部の開口面積が、もう一方の面の開口部の開口面積よりも広いことが好ましい。
これにより、金属膜の表面で発生した近接場光は、上記開口部から上記スライダー内部を透過するが、開口部の半径よりも大きい領域では、上記開口部を透過することができない。このため、上記周期溝を有する側の開口部の開口面積を広げることで、上記開口部の半径を小さくしたとしても、上記近接場光が、上記開口部を透過する効率の低下を抑制することができる。
また、本発明の一体型スライダーは、上記スライダーと、上記スライダーに隣接する位置に光学部品とを備え、該光学部品は、上記金属膜の表面に直線偏光を入射し、上記開口部から円偏光を放射することを特徴としている。
これにより、光学部品から入射される光の波長変換を行うために、例えば１／４波長板などの部材を用いる必要がなく、簡単な構成で直線偏光を円偏光に変換することができる。
このため、部品点数を削減することができるため、一体型スライダーを上記光学部品と同程度の大きさまで小型化することができる。従って、小型であり、直線偏光を円偏光に偏光変換することができる一体型スライダーを提供することができる。
さらに、本発明の一体型スライダーは、上記光学部品が、上記金属膜に組み込まれていることが好ましい。
これにより、上記光学部品により照射された直線偏光のうち、上記周期溝により表面プラズモンに結合されない成分が、再び、上記光学部品内において、誘導放出に寄与することができる。
さらに、本発明の一体型スライダーは、上記光学部品は、半導体レーザの共振器であることが好ましい。
これにより、小型であり、円偏光レーザを放射することができる半導体レーザ発振装置を提供することができる。
さらに、本発明の一体型スライダーは、上記開口部は、上記直線偏光の波長よりも小さいことが好ましい。
これにより、上記直線偏光の波長よりも小さい近接場光を生成することができる。
また、本発明のハイブリッド記録装置は、上記スライダーと、上記スライダーに対向する位置に配置された磁気記録層を備えるディスク基板とを備え、光学部品から出射された直線偏光を、上記開口部に導くことで、上記磁気記録層に熱エネルギーを与え、外部磁場を上記磁気記録層に印加して磁気記録を行うことを特徴としている。
これにより、上記スライダーは、簡単な構成で直線偏光を円偏光に変換することができることから、従来の近接場発生機構、外部磁場印加装置、再生ヘッド、さらに半導体レーザを組み込んだスライダーと比較して、スライダー内の光学部品数を大幅に減らすことができ、半導体レーザの発振装置と同程度までスライダーを小型化することが可能となる。
このため、スライダーの重量を抑えることができるため、上記スライダーの慣性モーメントを抑えることができる。従って、上記磁気情報記録、および磁気情報読み取り時における、上記スライダーのアクセススピードを向上させることができる。
従って、上記磁気情報記録、および磁気情報読み取り時におけるアクセススピードの高いハイブリッド記録装置を提供することができる。
また、円偏光により、上記磁気記録層に回転対称な熱分布を形成することができる。このとき、近接場光の分布が回転対称であるため、近接場光により発生した熱が、回転対称の中心に集中し、近接場光の分布より小さいサイズに熱分布を収束させることもできる。
本発明によれば、磁気記録媒体への、磁気情報の記録および再生に利用することができるだけでなく、ハイブリッド記録媒体などの高密度記録媒体への、情報の記録および再生を行うハイブリッド記録装置、およびその製造分野に利用することができる。
Claims (7)
- 金属膜を有し、磁気記録層への情報の書き込み、および、読み込みを行うスライダーにおいて、
上記金属膜の表面に開口部が形成され、
上記開口部で、互いに略垂直に交わる複数の軸に対して、略垂直に配置された複数の溝を有する複数の周期溝が形成され、
上記複数の周期溝は、上記開口部に対して互いに点対称の位置関係であることを特徴とするスライダー。 - 上記開口部の、上記金属膜の表面に対して垂直方向の断面形状が、テーパ形状を有し、上記周期溝を有する側の面の開口部の開口面積が、もう一方の面の開口部の開口面積よりも広いことを特徴とする請求項１に記載のスライダー。
- 請求項１または２に記載のスライダーと、該スライダーに隣接する位置に光学部品とを備え、該光学部品は、上記金属膜の表面に直線偏光を入射し、上記開口部から円偏光を放射することを特徴とする一体型スライダー。
- 上記光学部品が、上記金属膜に組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の一体型スライダー。
- 上記光学部品は、半導体レーザの共振器であることを特徴とする請求項３または４に記載の一体型スライダー。
- 上記開口部は、上記直線偏光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の一体型スライダー。
- 請求項１または２に記載のスライダーと、該スライダーに対向する位置に配置された磁気記録層を備えるディスク基板とを備え、光学部品から出射された直線偏光を、上記開口部に導くことで、上記磁気記録層に熱エネルギーを与え、外部磁場を上記磁気記録層に印加して磁気記録を行うことを特徴とするハイブリッド記録装置。
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