JPWO2019187356A1 - 記録方法、記録装置、再生方法、再生装置、及び、高速応答素子 - Google Patents

Abstract

高い保磁力を有したイプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した磁気記録媒体でも、容易に情報を記録できる記録方法及び記録装置を提案する。本発明の記録装置１０は、イプシロン酸化鉄粒子を含む粒子分散体１に、イプシロン酸化鉄粒子の磁化３を傾けさせる外部磁場Ｈｏを印加し、磁化３を励起させる光Ｌ１を照射するようにした。これにより、記録装置１０は、磁化３の傾きと磁化３の光励起との相乗効果によって、外部磁場だけでは反転させることができない磁化３を反転させることができる。

Description

本発明は、記録方法、記録装置、再生方法、再生装置、及び、高速応答素子に関し、イプシロン酸化鉄粒子を使用した磁気記録媒体等に適用して好適なものである。

磁気記録媒体では、記録の高密度化に向けて磁性粒子の微小化が望まれており、近年、磁性粒子の微小化が可能なイプシロン酸化鉄粒子を使用した磁気記録媒体が注目されている。磁性粒子の微小化に伴い、信号のＳ／Ｎ比を増大させることができる一方で、熱に対する磁化の安定性は、磁気異方性定数と粒子体積とに比例すると考えられているため、微小化により磁化の熱安定性が損なわれてしまう。

ここで、磁気異方性定数は、磁気記録媒体の保磁力を高めることにより、高くすることができると考えられている。従って、粒子体積（粒径）が小さく熱安定性の高い粒子を得るためには、保磁力の高い物質を磁性材料として用いることが有効となる。例えば、発明者らは特許文献１および非特許文献１〜４において、磁化容易軸の配向方向に対して平行方向の外部磁場を印加することにより測定される磁気ヒステリシスループにおいて、２０ｋＯｅ（１．５９×１０^６Ａ／ｍ）を超える保磁力Ｈｃが観測されたイプシロン酸化鉄粒子を開示している。

特許第５１２４８２５号公報

S. Ohkoshi, A. Namai, K. Imoto, M. Yoshikiyo, W. Tarora, K. Nakagawa, M. Komine, Y. Miyamoto, T. Nasu, S. Oka, and H. Tokoro, Scientific Reports, 5, 14414/1-9 (2015). S. Sakurai, A. Namai, K. Hashimoto, and S. Ohkoshi, J. Am. Chem. Soc., 131, 18299-18303 (2009). A. Namai, S. Sakurai, M. Nakajima, T. Suemoto, K. Matsumoto, M. Goto, S. Sasaki, and S. Ohkoshi, J. Am. Chem. Soc., 131, 1170-1173 (2009). A. Namai, M. Yoshikiyo, K. Yamada, S. Sakurai, T. Goto, T. Yoshida, T Miyazaki, M. Nakajima, T. Suemoto, H. Tokoro, and S. Ohkoshi, Nature Communications, 3, 1035/1-6 (2012).

しかしながら、磁気記録媒体の保磁力Ｈｃを高くした場合には、高レベルの飽和磁束密度を有する磁気ヘッドを使用して高い外部磁場を発生させて、磁気記録媒体に情報を記録することが必要となる。磁気ヘッドの発生外部磁場は、一般的には、使用される軟磁性膜の飽和磁束密度に比例するともいわれており、現在、１.５〜４.５ｋＯｅ（１．１９〜３．５８×１０^５Ａ／ｍ）程度の保磁力Ｈｃをもつハードディスクが報告されているが、これらのハードディスクの記録書き込み用の磁気ヘッドでは、飽和磁束密度が２.４Ｔのような高い飽和磁束密度をもつ材料が使用されている。

上述した特許文献１に見られるように、２０ｋＯｅ（１．５９×１０^６Ａ／ｍ）レベルの巨大な保磁力Ｈｃを持つイプシロン酸化鉄粒子を磁気記録媒体の磁気記録材料に用いた場合、現状よりもさらに高い飽和磁束密度をもつ材料が存在しないと、磁気記録媒体に対して情報を記録することは難しいという問題があった。

そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高い保磁力を有したイプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した磁気記録媒体でも、容易に情報を記録できる記録方法及び記録装置を提案することを目的とする。

また、イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した磁気記録媒体に多値的に情報が記録されていても、当該情報を再生できる、再生方法及び再生装置を提案することを目的とする。

また、近年では、イプシロン酸化鉄粒子の新たな特性を見出し、この特性を利用した新規な素子の開発についても望まれている。本発明は以上の点についても考慮してなされたものであり、イプシロン酸化鉄粒子を用いた新規な高速応答素子を提案することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明による記録方法は、イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した磁気記録媒体に対して、外部磁場の印加と、光の照射と、を行うことで、前記イプシロン酸化鉄粒子の磁化を反転させるものである。

また、本発明の記録装置は、イプシロン酸化鉄粒子を含む磁気記録媒体に、外部磁場を印加する磁場印加部と、前記磁気記録媒体に、光を照射する光照射部とを備え、前記外部磁場と前記光とにより前記イプシロン酸化鉄粒子の磁化を反転させるものである。

また、本発明の再生方法は、イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用し、かつ多値的に情報が記録可能な磁気記録媒体について、前記磁気記録媒体の磁化を検出し、前記磁気記録媒体から検出した前記磁化の強度に基づいて、前記磁化の強度に応じた情報を再生するものである。

また、本発明の再生装置は、イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用し、かつ多値的に情報が記録可能な磁気記録媒体について、前記磁気記録媒体の磁化を検出する検出部と、前記磁気記録媒体から検出した前記磁化の強度に基づいて、前記磁化の強度に応じた情報を再生する情報再生部と、を備えるものである。

また、本発明の高速応答素子は、イプシロン酸化鉄粒子を含み、テラヘルツ光が照射されたタイミングに合わせて磁化状態が応答する、ものである。

本発明によれば、イプシロン酸化鉄粒子を使用した磁気記録媒体に光を照射することで、光を照射しないときよりも、磁化を反転させる際に必要となる外部磁場を下げることができる。よって、高い保磁力を有したイプシロン酸化鉄粒子を使用した磁気記録媒体でも、光を照射することで、低い外部磁場で容易に情報を記録できる。

また、本発明の再生方法及び再生装置によれば、外部磁場と光とで情報を記録する際に、光の強度を変えて磁気記録媒体に多値的に情報が記録されていても、磁化の強度を検出することで多値的な情報を再生できる。

また、本発明によれば、テラヘルツ光が照射されたタイミングに合わせて磁化状態が高速で応答する、新規な高速応答素子を実現できる。

本発明による記録装置の全体構成を示す概略図である。 外部磁場が印加されたときの粒子分散体を説明するための概略図である。 光が照射されたときの粒子分散体を説明するための概略図である。 磁化が反転して情報が記録された粒子分散体の構成を示す概略図である。 磁化反転プロセスのエネルギーポテンシャル（光照射前）を示す概略図である。 磁化反転プロセスのエネルギーポテンシャル（外部磁場印加時）および光照射による磁化反転を示す概略図である。 分級後の粉末試料の粒径のバラツキを示すグラフである。 粒子分散体のＸ線回析パターンを示すグラフである。 ３００Ｋのときの粒子分散体における磁気ヒステリシスの測定結果を示したグラフである。 粒子分散体のＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの波長依存性を示すグラフである。 粒子分散体における磁化の外部磁場依存性と、光照射後における磁化の変化とを示したグラフであり、図１１Ａは、外部磁場±５０ｋＯｅの領域のグラフであり、図１１Ｂは図１１Ａの一部を拡大したグラフである。 粒子分散体におけるファラデー楕円率の波長依存性を示したグラフである。 波長３９０ｎｍにおけるファラデー楕円率の外部磁場依存性と、８．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅの光照射後におけるファラデー楕円率の変化とを示したグラフである。 波長３９０ｎｍにおけるファラデー楕円率の外部磁場依存性と、１２．７ｍＪ／ｐｕｌｓｅの光照射後におけるファラデー楕円率の変化とを示したグラフである。 波長３９０ｎｍにおけるファラデー楕円率の外部磁場依存性と、１６．０ｍＪ／ｐｕｌｓｅの光照射後におけるファラデー楕円率の変化とを示したグラフである。 再生装置の構成を示すブロック図である。 高速応答素子の構成を示す概略図である。 高速応答素子に対してテラヘルツ光を照射したときの様子を示す概略図である。 高速応答素子にパルステラヘルツ光を照射する検証試験を説明するための概略図である。 高速応答素子に対して２つの磁化方向からパルステラヘルツ光を照射したときのファラデー回転角の測定結果を示したグラフである。 パルステラヘルツ光に対するファラデー回転角の応答性を示したグラフである。

以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。

（１）本発明の記録装置において磁気記録材料として使用するイプシロン酸化鉄粒子
本発明の記録装置では、磁気記録媒体として、高い保磁力Ｈｃを有するイプシロン酸化鉄粒子が磁気記録材料として使用されている磁気記録媒体を適用することが望ましい。本発明では、高い保磁力Ｈｃを有するイプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用していても、光を照射することで、高レベルの飽和磁束密度を有する磁気ヘッドを用いずに、低い外部磁場で磁化を反転させ、情報を記録することができる。

ここでは、始めに本実施形態で使用する、高い保磁力Ｈｃを有するイプシロン酸化鉄粒子について以下説明する。イプシロン酸化鉄粒子としては、一般式がε−Ｆｅ_２Ｏ_３、ε−Ａ_ｘＦｅ_２−ｘＯ_３（ＡはＦｅを除く元素、ｘは０＜ｘ＜２の範囲）、ε−Ｂ_ｙＣ_ｚＦｅ_{２−ｙ−ｚ}Ｏ_３（ここでのＢ及びＣは、Ａ及びＦｅを除く元素であり、かつ互いに異なる元素、ｙは０＜ｙ＜１の範囲、ｚは０＜ｚ＜１の範囲）、ε−Ｄ_ＵＥ_ＶＦ_ＷＦｅ_{２−Ｕ−Ｖ−Ｗ}Ｏ_３（ここでのＤ、Ｅ及びＦは、Ａ及びＦｅを除く元素であり、かつ互いに異なる元素、Ｕは０＜Ｕ＜１の範囲、Ｖは０＜Ｖ＜１の範囲、Ｗは０＜Ｗ＜１の範囲）で表される結晶のいずれかであることが望ましい。

ε−Ａ_ｘＦｅ_２−ｘＯ_３は、結晶系と空間群がε−Ｆｅ_２Ｏ_３と同じであって、ε−Ｆｅ_２Ｏ_３結晶のＦｅサイトの一部がＦｅ以外の元素Ａで置換されたものである。ε−Ｆｅ_２Ｏ_３の結晶構造を安定に保つため、Ａとしては、３価の元素を用いることが好ましい。さらにＡとしては、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｙ，Ｒｈから選択される１種の元素を挙げることができる。

ε−Ｂ_ｙＣ_ｚＦｅ_{２−ｙ−ｚ}Ｏ_３は、結晶系と空間群がε−Ｆｅ_２Ｏ_３と同じであって、ε−Ｆｅ_２Ｏ_３結晶のＦｅサイトの一部が、Ｆｅ以外の２種の元素Ｂ，Ｃで置換されたものである。ε−Ｆｅ_２Ｏ_３の結晶構造を安定に保つため、Ｂとしては４価の元素、Ｃとしては２価の元素を用いることが好ましい。さらに、ＢとしてはＴｉ、Ｃとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ及びＺｎから選択される１種の元素を挙げることができる。

ε−Ｄ_ＵＥ_ＶＦ_ＷＦｅ_{２−Ｕ−Ｖ−Ｗ}Ｏ_３は、結晶系と空間群がε−Ｆｅ_２Ｏ_３と同じであって、ε−Ｆｅ_２Ｏ_３結晶のＦｅサイトの一部が、Ｆｅ以外の３種の元素Ｄ，Ｅ，Ｆで置換されたものである。ε−Ｆｅ_２Ｏ_３の結晶構造を安定に保つため、Ｄとしては３価の元素、Ｅとしては４価の元素、Ｆとしては２価の元素を用いることが好ましい。Ｄとしては、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｙ，Ｒｈから選択される１種の元素を挙げることができる。また、ＥとしてはＴｉ、Ｆとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ及びＺｎから選択される１種の元素を挙げることができる。

なお、上述したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦからＦｅを除くのは、ε−Ｆｅ_２Ｏ_３のＦｅ^３＋イオンサイトの一部を、１種類、又は、互いに異なる２種類、３種類の元素で置換するためである。ここでイプシロン酸化鉄粒子の粒径は特に限定されないが、例えば、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真から計測した平均粒径が５〜２００ｎｍの範囲であることが望ましく、磁気記録媒体の記録密度を高めるためには、平均粒径が１００ｎｍ以下であることがより望ましく、５０ｎｍ以下であることがより望ましく、２０ｎｍ以下であることがより望ましい。

これらイプシロン酸化鉄粒子は、公知のものである。Ｆｅサイトの一部がＦｅ以外の１種の元素Ａ、２種類の元素Ｂ、Ｃ、３種の元素Ｄ、Ｅ、Ｆでそれぞれ置換されたε−Ａ_ｘＦｅ_２−ｘＯ_３、ε−Ｂ_ｙＣ_ｚＦｅ_{２−ｙ−ｚ}Ｏ_３、又はε−Ｄ_ＵＥ_ＶＦ_ＷＦｅ_{２−Ｕ−Ｖ−Ｗ}Ｏ_３のいずれかの結晶からなるイプシロン酸化鉄粒子は、例えば、逆ミセル法及びゾル−ゲル法を組み合わせた工程と、焼成工程とによって合成することができる。また、特開２００８−１７４４０５号公報に開示されるように、直接合成法及びゾル−ゲル法を組み合わせた工程と、焼成工程とによって合成することができる。

なお、より具板的な製造方法については、例えば、公知文献である「Jian Jin，Shinichi Ohkoshi and Kazuhito Hashimoto，ADVANCED MATERIALS 2004,16，No．1、January 5，p．48−51」や、「Shin−ichi Ohkoshi，Shunsuke Sakurai，Jian Jin，Kazuhito Hashimoto，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，97，10K312（2005）」に開示されているため、ここではその説明は省略する。

（２）イプシロン酸化鉄粒子を含んだ粒子分散体
本実施形態の記録装置に用いる粒子分散体は、例えば下記のようにして製造する。上述したイプシロン酸化鉄粒子を所定の溶媒に分散させて得られた分散液を、基体上に設ける。例えば、ガラス基板上にポリエステルフィルムを貼り付け、当該フィルム上へ分散液を滴下する。基体上に設けられた分散液を、配向の確実性を高める観点から２テスラ以上の磁束密度下に置き、分散液を硬化させることでフィルム状の粒子分散体を得ることができる。なお、このようなフィルム状の粒子分散体の詳細な製造方法は、特開２０１６−１３５７３７号公報に開示されているため、ここではその説明は省略する。

このようにして製造される粒子分散体は、例えば、配向度＝ＳＱ（磁化容易軸方向）／ＳＱ（磁化困難軸方向）にて定義される磁性粒子の配向度の値が、０．６を超えることが望ましい。また、イプシロン酸化鉄粒子の磁化容易軸を所定方向に向けて配向させた粒子分散体は、室温での保磁力Ｈｃが３ｋＯｅ（２．３９×１０^５Ａ／ｍ）以上であることが望ましい。

（３）光を利用した記録装置
（３―１）光を利用した記録装置の構成
次に、上述した、高い保磁力Ｈｃを有した粒子分散体に対して情報を記録可能な記録装置について以下説明する。図１は本発明による記録装置１０を示す。記録装置１０は、磁場印加部１１と光照射部１２とを備えており、これら磁場印加部１１及び光照射部１２を使用して、粒子分散体１の磁化方向を変えて情報を記録することができる。

磁場印加部１１は、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂを有しており、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂに電流を流すことで、例えば、第１コイル部１１ａから第２コイル部１１ｂに向かう外部磁場Ｈｏを形成する。また、本実施形態の場合、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂには、記録面と対向する対向面に厚みを貫通した貫通孔１３を有しており、第１コイル部１１ａの貫通孔１３と第２コイル部１１ｂの貫通孔１３とが対向配置されている。

第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂの間には、粒子分散体１における記録面の面方向が外部磁場Ｈｏの外部磁場方向ｘと垂直に位置するように配置される。これにより、粒子分散体１には、記録面に対して垂直に外部磁場Ｈｏが印加される。また、本実施形態の場合、粒子分散体１は、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂの対向する貫通孔１３間に配置される。

光照射部１２は、磁気記録材料として使用するイプシロン酸化鉄粒子が吸収可能な波長の光Ｌ１を照射する。光照射部１２から出射される光Ｌ１は、連続的なレーザ光の他、パルスレーザ光でもよく、また紫外線（２８０ｎｍ以上４００ｎｍ未満）又は可視光線（４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）でもよい。

光照射部１２は、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂの貫通孔１３に向けて光Ｌ１を照射し、第１コイル部１１ａの貫通孔１３を介して粒子分散体１の記録面に光Ｌ１を照射する。第１コイル部１１ａの貫通孔１３を介して粒子分散体１の記録面に照射された光Ｌ１は、記録面を透過し、第２コイル部１１ｂの貫通孔１３から外方へと出射される。

このように、記録装置１０では、粒子分散体１の記録面に照射された光Ｌ１が、そのまま第２コイル部１１ｂの貫通孔１３から外方へ通過することで、第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂ間での光Ｌ１の乱反射が抑制され、照射箇所以外へ光Ｌ１の影響が生じることを防止できる。これにより、光照射部１２は、粒子分散体１の記録面に対して、記録面の必要箇所にのみ光Ｌ１を照射することができる。このように、記録装置１０では、磁場印加部１１により外部磁場Ｈｏを印加しつつ、外部磁場Ｈｏを印加している粒子分散体１の所定領域に光Ｌ１を照射することができる。

なお、図１においては、四辺状の粒子分散体１としているが、例えば、帯状の粒子分散体１を用いてもよい。この場合、外部磁場方向ｘと直交する所定方向ｙに、粒子分散体１の長手方向を搬送させることで、粒子分散体１に対して情報の連続的な記録を行うことができる。

（３−２）光を利用した粒子分散体への情報の記録方法の概要
次に、イプシロン酸化鉄粒子を含む粒子分散体１について情報を記録する記録方法の概要について、粒子分散体１内の磁化３の配向状態も含め、以下説明する。図１のエリアＥＲは、粒子分散体１の一部領域を抜き出した断面構成を示し、断面に磁化３を簡略的に示した模式図である。図１のエリアＥＲ内に示すように、外部磁場Ｈｏが印加されていないとき、イプシロン酸化鉄粒子の磁化３は、例えば、磁化方向が外部磁場方向ｘと逆方向（以下、初期配向方向と称する）ｘ１に配向されている。

次いで、図２に示すように、外部磁場方向ｘに向けて外部磁場Ｈｏが印加されると、粒子分散体１では、外部磁場Ｈｏが印加された領域ＥＲ１における磁化３が、外部磁場Ｈｏの影響を受けて、粒子分散体１の厚さ方向に対して所定角度傾く。本実施形態の場合、磁気記録材料として用いるイプシロン酸化鉄粒子は高い保磁力Ｈｃを有しているため、磁場印加部１１により印加される外部磁場Ｈｏのみによっては磁化３を１８０度反転させることが難しく、磁化３が傾くに留まり、情報を記録することができない。

本実施形態の場合、外部磁場Ｈｏの印加だけでなく、図３に示すように、外部磁場方向ｘに外部磁場Ｈｏが印加された状態で、粒子分散体１に対して光照射部１２から光Ｌ１が照射される。光Ｌ１の照射領域ＥＲ２内において外部磁場Ｈｏにより傾いている磁化３は、光Ｌ１によって励起される。このようにして、記録装置１０は、外部磁場Ｈｏを印加して磁化３の方向を傾けておき、光Ｌ１の照射により磁化３を励起させることで、光Ｌ１が磁化反転をアシストし、図４に示すように、磁化方向が初期配向方向ｘ１から１８０度反転する。

かくして、外部磁場Ｈｏが印加され、かつ光Ｌ１が照射された領域ＥＲ３内における磁化３は、初期配向方向ｘ１から１８０度反転した反転方向ｘ２に磁化方向が向き、情報が記録された状態となる。

ここで、外部磁場Ｈｏの印加と光Ｌ１の照射とにより磁化３を反転する現象（以下、磁化反転プロセスとも称する）について、図５及び図６を用いてポテンシャルエネルギーの観点から以下説明する。

図５は、外部磁場Ｈｏが印加されておらず、かつ光Ｌ１が照射されていないときのエネルギーポテンシャルを示す。図５では、初期配向方向ｘ１に向いている磁化安定位置での磁化方向を０度とし、磁化反転した磁化安定位置での磁化方向を１８０度として横軸に示す。この場合、エネルギー最小部箇所が０度付近と１８０度付近に現れており、これら０度と１８０度との間に磁化反転のエネルギー障壁が現れる。

０度付近の磁化はエネルギー障壁によって反転し得ない。その後、外部磁場Ｈｏが印加されると、図６に示すように、エネルギーポテンシャルが変化し、０度付近のエネルギーポテンシャルが上がるとともに、１８０度付近のエネルギーポテンシャルが下がり、１８０度付近にエネルギー最小部箇所が現れる。しかしながら、０度と１８０度との間に未だ磁化反転のエネルギー障壁が存在しており、０度の磁化方向が維持される。

この状態において、光Ｌ１が照射されると、図６に示すように、磁化反転のエネルギー障壁を越えるエネルギーが与えられるために、磁化反転して反転方向ｘ２である１８０度付近が磁化安定位置となる。

なお、上述した実施形態においては、粒子分散体１に外部磁場Ｈｏを印加しつつ、当該粒子分散体１に光Ｌ１を照射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、粒子分散体１に外部磁場Ｈｏを印加し終えた直後、粒子分散体１内の磁化３が傾いている間に光Ｌ１を照射することで、磁化３の反転を光Ｌ１でアシストすることができる。

また、上述した実施形態においては、粒子分散体１に対して最初に外部磁場Ｈｏを印加し、外部磁場Ｈｏを印加している粒子分散体１に光Ｌ１を照射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、粒子分散体１に対して最初に光Ｌ１を照射し、光Ｌ１を照射している粒子分散体１に外部磁場Ｈｏを印加することで、磁化３の反転を外部磁場Ｈｏでアシストするようにしてもよい。このように、外部磁場Ｈｏの印加と光Ｌ１の照射の順番を逆にしても、磁化３を反転させる際に必要となる外部磁場Ｈｏの値を下げることができる。

なお、外部磁場Ｈｏの印加と光Ｌ１の照射の順番を逆にした場合でも、例えば、粒子分散体１に光Ｌ１を照射し終えた直後、粒子分散体１内で磁化３が光励起されている間に外部磁場Ｈｏを印加することで、磁化３の反転を外部磁場Ｈｏでアシストすることもできる。

（３−３）作用及び効果
以上の構成において、記録装置１０では、イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した粒子分散体１に情報を記録する際、粒子分散体１に対して、イプシロン酸化鉄粒子の磁化３を傾けさせる外部磁場Ｈｏを印加し、さらに、光Ｌ１を照射する。これにより、記録装置１０は、磁化３の傾きと磁化３の光励起との相乗効果によって、外部磁場だけでは反転させることができない磁化３を反転させることができる。

このように、記録装置１０では、イプシロン酸化鉄粒子を使用した粒子分散体１に光Ｌ１を照射することで、光Ｌ１を照射しないときよりも、磁化３を反転させる際に必要となる外部磁場Ｈｏの値を下げることができる。よって、高い保磁力Ｈｃを有したイプシロン酸化鉄粒子を使用した粒子分散体１であっても、低い外部磁場Ｈｏにより容易に情報を記録できる。

（３−４）検証試験
次に、高い保磁力Ｈｃを有したイプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として用いたフィルム状の粒子分散体を作製し、光を照射することで、磁化反転させる際に必要となる外部磁場Ｈｏを下げることができるか否かの検証試験を行った。ここで、先ずは、次の手順により、ε−Ｇａ_０．２７Ｔｉ_０．０５Ｃｏ_０．０７Ｆｅ_１．６１Ｏ_３の結晶からなるイプシロン酸化鉄粒子を作製した。

（３−４−１）粉末試料
既知の方法により合成されたε−Ｇａ_０．２７Ｔｉ_０．０５Ｃｏ_０．０７Ｆｅ_１．６１Ｏ_３の結晶からなるイプシロン酸化鉄粒子を、水酸化テトラメチルアンモニウム(ＴＭＡＨ：tetramethyl ammonium hydroxide)からなる分散液中に分散させ、遠心分離処理により分級を行い、粒径を揃えた粉末試料を得た。この粉末試料について透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、球状粒子であることが確認できた。

また、この粉末試料の粒径を調べたところ、図７に示すような結果が得られた。図７に示すように、粉末試料の平均粒径は１９．２±４．２ｎｍであり、良好な均一粒径分布であることが確認できた。

（３−４−２）粒子分散体の作製
次に、分級した粉末試料を用いて、検証試験に用いる粒子分散体１を作製した。粒子分散体１の作製には、粒子分散体用の樹脂として、ウレタン樹脂と塩化ビニル樹脂とを混合させた混合物を用意し、この混合物と、分級した粉末試料とを所定溶媒中に分散させた分散液を作製した。次いで、ポリエステルフィルム（単に、フィルムとも称する）に分散液を滴下してゆき、２Ｔの磁束密度下に置き、分散液を乾燥させることで、分散液が硬化した透明な粒子分散体１を得た。なお、この際、フィルムは、磁束密度が垂直方向にかかるように配置した。

得られた粒子分散体１のＸ線回析パターンを調べたところ、図８に示すような結果が得られた。図８に示すように、２００反射に帰属されるピークが検出された。また、得られた粒子分散体１について配向度を調べたところ、ロットゲーリング値で０．８４という高い値であり、優れた配向性を有することが確認できた。

次に、３００Ｋで、外部磁場（Ｈ０）を、粒子分散体１の記録面に対して垂直方向に印加して、粒子分散体１の磁気ヒステリシスを測定したところ、図９に示すような結果が得られた。粒子分散体１の保磁力Ｈｃは３．３ｋＯｅ（２．６３×１０^５Ａ／ｍ）であり、角型ヒステリシス比は０．７３７という高い値を示した。

次に、粒子分散体１の紫外線及び可視光線の吸収スペクトルを、日本分光株式会社製、紫外可視近赤外分光光度計ＪＡＳＣＯ Ｖ−６７０を用いて、測定したところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０から、この粒子分散体１は紫外線から波長約６００ｎｍの可視光線までの光を吸収することが確認できた。

（３−４−３）超伝導干渉素子計（ＳＱＵＩＤ）を用いたレーザ光照射実験
次に、得られた粒子分散体１について、ＳＱＵＩＤを用いたレーザ光照射実験を行った。ここでは、図１０にて粒子分散体１が吸収することが確認された波長４１０ｎｍのＣＷレーザ光を、光ファイバを用いてＳＱＵＩＤに導入した。この光ファイバの先端には粒子分散体１を取り付け、ＣＷレーザ光を粒子分散体１に照射可能な構成とした。

先ずは、ＣＷレーザ光を照射する前の３００Ｋにおける粒子分散体１の磁気ヒステリシスを測定したところ、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すような結果が得られた。図１１Ｂは、図１１Ａの一部を拡大したものである。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、ＣＷレーザ光の照射前の測定結果を黒点で示す。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、一部、白丸で隠れているが、角型の磁気ヒステリシスが測定された。

続いて、外部磁場Ｈｏを＋５０ｋＯｅ（＋３．９８×１０^６Ａ／ｍ）まで印加した後、＋５０ｋＯｅ（＋３．９８×１０^６Ａ／ｍ）から−２ｋＯｅ（−１．５９×１０^５Ａ／ｍ）まで掃引し、−２ｋＯｅ（−１．５９×１０^５Ａ／ｍ）の外部磁場Ｈｏを印加した状態で波長４１０ｎｍのＣＷレーザ光を粒子分散体１に照射した。その結果、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、磁化が減少し始め、磁化が反転したことが確認できた。そして、磁化反転した状態から、外部磁場Ｈｏを−２ｋＯｅ（−１．５９×１０^５Ａ／ｍ）から−５０ｋＯｅ（−３．９８×１０^６Ａ／ｍ）まで掃引した後、再び外部磁場Ｈｏを上げてゆくと、光照射前とほぼ同じ磁気ヒステリシスが測定された。なお、図１１Ａ及び図１１Ｂ中、白丸は光照射後の測定結果を示す。

以上の結果から、光照射前では、約−４ｋＯｅ（−３．２×１０^５Ａ／ｍ）付近の外部磁場Ｈｏで得られる磁化反転が、約−２ｋＯｅ（−１．５９×１０^５Ａ／ｍ）の外部磁場Ｈｏで得られることが確認できた。よって、外部磁場Ｈｏの絶対値を下げても、光照射を行うことで、ＣＷレーザ光によって磁化反転がアシストされて磁化反転できることが確認できた。以上より、熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ：Heat Assisted Magnetic Recording）の有効性を、高い保磁力Ｈｃを有したイプシロン酸化鉄粒子を使用した粒子分散体１でも確認することができたと言える。

（３−４−４）ファラデー効果測定装置を用いたレーザ光照射実験
ここで、粒子分散体１を用いた一般的な記録方式では、粒子分散体１を滑走させながら情報の記録が行われる。このため、粒子分散体１への記録速度も重要となる。例えば、粒子分散体１の滑走速度を考えると、粒子分散体１に２０ｎｓ以内で情報を記録できることが望まれる。

そこで、ここでは、パルスレーザ光を用いて粒子分散体１の磁化反転の検証試験を行った。パルスレーザ光として、パルス幅が１０ｎｓで波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ光を用い、ＹＡＧレーザ光を粒子分散体１に対し照射するようにした。先ず、ＹＡＧレーザ光を粒子分散体１に照射し、ファラデー効果測定装置を使用して室温での粒子分散体１におけるファラデー楕円率の波長依存性を調べた。その結果、図１２に示すような結果が得られた。

図１２から、ファラデー楕円率は波長３９０ｎｍ付近が最も大きいことが確認された。次いで、この波長３９０ｎｍにおいて、ファラデー楕円率のヒステリシスを測定したところ、図１３に示すような結果が得られた。なお、波長３９０ｎｍではファラデー楕円率の値が負であるため、ヒステリシスは、図１３に示すように、ＳＱＵＩＤで測定した図１１Ａ及び図１１Ｂの磁気ヒステリシスとはループが上下逆さまの形となる。図１４に示すように、ファラデー楕円率のヒステリシスのループ形状は、ＳＱＵＩＤで測定した図１１Ａ及び図１１Ｂの磁気ヒステリシスのループ形状とも対応がとれていた。

次いで、外部磁場Ｈｏを＋２．５ｋＯｅ（＋１．９９×１０^５Ａ／ｍ）のままとし、８．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのパルス状のＹＡＧレーザ光を粒子分散体１に照射したところ、粒子分散体１の磁化反転が確認された。これにより、１０ナノ秒のパルス光によっても、イプシロン酸化鉄粒子の磁化反転がアシストされ、外部磁場Ｈｏを下げても磁化反転させることができることが確認できた。

次いで、光照射前と同様にして外部磁場Ｈｏを上げた後に再び下げてゆき、ヒステリシスを測定したところ、光照射前のヒステリシスと同様のループに初期化できることが確認できた。

次に、再び、外部磁場Ｈｏを＋２．５ｋＯｅ（＋１．９９×１０^５Ａ／ｍ）のままとし、１２．７ｍＪ／ｐｕｌｓｅのパルス状のＹＡＧレーザ光を粒子分散体１に照射したところ、図１４に示すように、粒子分散体１の磁化反転が確認された。また、外部磁場Ｈｏを変化させ、光照射前の初期のヒステリシスとし、再び、外部磁場Ｈｏを＋２．５ｋＯｅ（＋１．９９×１０^５Ａ／ｍ）のままとし、１６．０ｍＪ／ｐｕｌｓｅのパルス状のＹＡＧレーザ光を粒子分散体１に照射したところ、図１５に示すように、粒子分散体１の磁化反転が確認された。

図１３、図１４及び図１５の結果から、１パルスあたりの光強度を上げてゆくと、磁化反転量も増えてゆくことが確認できた。

以上より、上述した実施形態において、磁気記録媒体への情報の記録として、外部磁場の印加と、所定強度の光の照射とにより、粒子分散体１に情報を記録する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、上述した図１３、図１４及び図１５に示すように、外部磁場の印加と光の照射とにより粒子分散体１に情報を記録する際、記録する情報に応じて光の強度を変えてゆき、粒子分散体１に対して多値的（多段階の磁化状態により二値以上の多数の値が識別可能な状態）に情報を記録するようにしてもよい。

（４）再生装置について
次に、多値的に情報が記録された粒子分散体１の情報を再生可能な再生装置について以下説明する。図１６に示すように、再生装置１５は、検出部１６と情報再生部１７と表示部１８とを備えている。検出部１６は、例えば、磁気ヘッドであり、粒子分散体１の記録面に近接又は接触して配置される。検出部１６は、粒子分散体１上を走査し、粒子分散体１の磁化を検出して、得られた検出結果を情報再生部１７に出力する。

情報再生部１７は、粒子分散体１から検出した磁化の強度に基づいて、磁化の強度に応じた情報を再生し、表示部１８に表示させる。ここで、光を照射するとともに、外部磁場を印加して粒子分散体１に情報を記録する際、光の強度を小さくした場合、磁化反転量もそれにともない小さくなる。その結果、再生装置１５による再生時、粒子分散体１から検出される磁化の強度も小さくなる。

一方、光を照射するとともに、外部磁場を印加して粒子分散体１に情報を記録する際、光の強度を大きくした場合、磁化反転量もそれにともない大きくなる。その結果、再生装置１５による再生時、粒子分散体１から検出される磁化の強度も大きくなる。

このように、粒子分散体１への情報記録時に光の強度を調整することで、粒子分散体１に対して多値的な情報の記録を行える。また、外部磁場と光とで情報を記録する際に、光の強度を変えて粒子分散体１に多値的に情報が記録されていても、再生装置１５によって粒子分散体１の磁化を検出することで、検出時の磁化の強度の違いから多値的な情報を再生できる。

（５）テラヘルツ光を利用した高速応答素子
（５−１）テラヘルツ光を利用した本発明による高速応答素子の構成
上述した実施形態においては、光に応答し磁化３が反転する場合について述べたが、ここでは、テラヘルツ光を用いて磁化を高速に応答させる高速応答素子について説明する。

本発明において、磁性材料として使用するイプシロン酸化鉄粒子は、磁化の共鳴現象により、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ)領域のテラヘルツ光を吸収可能である。イプシロン酸化鉄粒子はテラヘルツ光を照射することで、磁化の高速運動が誘起される。

図１７は、テラヘルツ光の照射に応じて磁化状態が高速に応答する高速応答素子２５を示す。高速応答素子２５は、図１７に示すように、例えば、テラヘルツ光が照射されていないとき、初期配向方向ｘ１に磁化３が向いている。図１８に示すように、高速応答素子２５は、テラヘルツ光Ｌ２が照射されると、テラヘルツ光Ｌ２が照射された領域ＥＲ２における磁化３の歳差運動が誘起され、磁化状態が変化する。

このような、磁化状態の変化は、テラヘルツ光Ｌ２が照射されているタイミングに合わせて生じる。具体的には、テラヘルツ光Ｌ２が高速応答素子２５に対して照射され始めた直後に、磁化３の歳差運動が誘起され、即座に磁化状態が変化し始める。また、高速応答素子２５に対するテラヘルツ光Ｌ２の照射が終了すると、即座に磁化３が歳差運動しなくなり、磁化状態が初期状態に戻る。

以上の構成において、この高速応答素子２５では、イプシロン酸化鉄粒子を含み、テラヘルツ光Ｌ２が照射されたタイミングに合わせて磁化状態が応答する。よって、高速応答素子２５は、テラヘルツ光Ｌ２が照射タイミングに合わせて磁化状態が高速に応答するため、高速応答を必要とする種々の回路素子に適用することができる。なお、ここでは、テラヘルツ光としては、パルス状のテラヘルツ光（以下、パルステラヘルツ光と称する）の他、高速応答素子２５に連続的に照射されるテラヘルツ光であってもよい。

（５−２）パルステラヘルツ光の照射による磁化の応答性に関する検証試験
次に、高速応答素子２５に対してパルステラヘルツ光Ｌ２を照射した際に、パルステラヘルツ光Ｌ２に対する磁化の応答性について調べた。この検証試験では、ε−Ｆｅ_２Ｏ_３の結晶からなるイプシロン酸化鉄粒子を磁気材料として用い、上述した「（２）イプシロン酸化鉄粒子を含んだ粒子分散体」と同じ手順で高速応答素子２５を作製した。

また、この検証試験では、図１９に示すように、高速応答素子２５の一面に向けてパルステラヘルツ光Ｌ２を照射するようにした。なお、高速応答素子２５に照射するパルステラヘルツ光Ｌ２は、パルス状の信号Ｓ１とした。

ここでは、パルステラヘルツ光Ｌ２として、高強度のパルステラヘルツ光Ｌ２を用い、磁化の応答についてファラデー効果測定装置を使用して観測した。測定に用いたパルステラヘルツ光Ｌ２は、最大でピーク振幅が４００ｋＶ／ｃｍであった。

図２０に示すように、パルステラヘルツ光Ｌ２の照射方向とは逆向きに磁化が向くように高速応答素子３１ａを設置した場合と、パルステラヘルツ光Ｌ２の照射方向に磁化が向くように高速応答素子３１ｂを設置した場合について、それぞれファラデー回転角を調べた。具体的には、テラヘルツ励起・光ファラデー検出によるポンププローブ法により、ファラデー回転角の高速分光測定を行った。

図２０に示すように、パルステラヘルツ光Ｌ２の照射時間の原点において、いずれの場合においても大きなピークが現れ、ファラデー回転角が大きく変化することが確認でき、磁化の高速応答が観測された。このような変化は、パルステラヘルツ光Ｌ２の磁場成分によって、配向した磁化が、高速応答素子３１ａ、３１ｂの厚さ方向に対して少し倒れることにより、高速応答素子３１、３１ｂａの厚さ方向での磁化の減少を検出したものである。また、磁化の向きを変えることで、現れる信号Ｓ２、Ｓ３が正負逆になることも確認された。

次に、パルステラヘルツ光Ｌ２の信号Ｓ１と、パルステラヘルツ光Ｌ２の電場を二乗した信号Ｓ４と、このとき得られた高速応答素子３１ａのファラデー信号Ｓ５と、高速応答素子３１ｂのファラデー信号Ｓ６とを時間軸で並べたところ、図２１に示すような結果が得られた。

ファラデー信号Ｓ５、Ｓ６は磁気モーメントが傾くことにより、垂直方向（高速応答素子３１ａ、３１ｂにおける照射面の面方向）での磁化の大きさが減少するものであり、パルステラヘルツ光Ｌ２のパルス幅と同等の時間で生じていることが確認できた。また、磁化の減少の緩和時間も速く、磁化の減少と同等の時間である数１００フェムト秒（ファラデー信号Ｓ５、Ｓ６の最大ピークから戻るまで４００ｆｓ）で磁化が回復することも分かった。かくして、パルステラヘルツ光Ｌ２に対して高速に応答して垂直方向における磁化の増減を誘起させることができることが確認できた。

（６）他の実施形態
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、磁気記録媒体として粒子分散体を適用して説明したが、例えば、磁気テープや、磁気ディスク等の種々の磁気記録媒体を適用してもよい。

また、上述した実施形態においては、電流を流すことで外部磁場Ｈｏを発生させる第１コイル部１１ａ及び第２コイル部１１ｂからなる磁場印加部１１を適用したが、本発明はこれに限らず、磁石等を磁場印加部としてもよい。さらに、電磁波は、磁気記録媒体の記録面に対して垂直に照射する必要はなく、種々の角度から照射するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、磁気記録媒体に対して、外部磁場の印加と、光の照射とを行う順番として、外部磁場を印加した後に光を照射する場合と、光を照射した後に外部磁場を印加する場合とについて説明したが、本発明はこれに限らず、外部磁場の印加と、光の照射とを同時に行ってもよい。

１ 粒子分散体（磁気記録媒体）
１０ 記録装置
１１ 磁場印加部
１２ 光照射部
１５ 再生装置
１６ 検出部
１７ 情報再生部

Claims (10)

1. イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用した磁気記録媒体に対して、外部磁場の印加と、光の照射と、を行うことで、前記イプシロン酸化鉄粒子の磁化を反転させる、記録方法。
2. 前記磁気記録媒体に前記外部磁場を印加した後、前記光を照射する、請求項１に記載の記録方法。
3. 前記磁気記録媒体に前記光を照射した後、前記外部磁場を印加する、請求項１に記載の記録方法。
4. 前記光は、前記イプシロン酸化鉄粒子が有する吸収スペクトル内の波長である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録方法。
5. 記録する情報に応じて前記光の強度を変え、前記磁気記録媒体に対して多値的に情報を記録する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の記録方法。
6. イプシロン酸化鉄粒子を含む磁気記録媒体に、外部磁場を印加する磁場印加部と、
   前記磁気記録媒体に、光を照射する光照射部と、を備え、
   前記外部磁場と前記光とにより前記イプシロン酸化鉄粒子の磁化を反転させる、記録装置。
7. 前記磁場印加部は、前記磁気記録媒体の記録面と対向配置される対向面に厚みを貫通する貫通孔を備え、
   前記光照射部は、前記貫通孔を通して前記磁気記録媒体に前記光を照射する、請求項６に記載の記録装置。
8. イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用し、かつ多値的に情報が記録可能な磁気記録媒体について、前記磁気記録媒体の磁化を検出し、前記磁気記録媒体から検出した前記磁化の強度に基づいて、前記磁化の強度に応じた情報を再生する、再生方法。
9. イプシロン酸化鉄粒子を磁気記録材料として使用し、かつ多値的に情報が記録可能な磁気記録媒体について、前記磁気記録媒体の磁化を検出する検出部と、
   前記磁気記録媒体から検出した前記磁化の強度に基づいて、前記磁化の強度に応じた情報を再生する情報再生部と、を備える、再生装置。
10. イプシロン酸化鉄粒子を含み、テラヘルツ光が照射されたタイミングに合わせて磁化状態が応答する、高速応答素子。

Images