KR20040034366A - Magnetic medium using spin-polarized electron and Apparatus of recording data and Recording method using the same - Google Patents

Magnetic medium using spin-polarized electron and Apparatus of recording data and Recording method using the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A magnetic media, and a data record system and method using the same magnetic media are provided to record data at a high speed by injecting electrons having one way spin into a high density and large capacity magnetic media which records data by using a probe. CONSTITUTION: The system comprises a magnetic media(115), a probe(111), a controller(117) and a light source(113). In order to record data on a record layer(115a) of the magnetic media(115), the probe(111) is contacted with the record layer(115a), and a power is supplied to a tip(111a) of the probe(111). At the same time, the light source(113), positioned over the probe(111), projects polarized lights, and then electrons excited at the tip(111a) become one way spin polarized electrons. The spin polarized electrons are discharged and are injected into the record layer(115a). A cantilever(111b) of the probe(111) plays a role of moving a position of the tip(111a) according to a signal from the controller(117). The record layer(115a) is composed of high strength magnetic material.

Description

스핀 분극된 전자를 이용한 자성매체 및 자성매체를 이용한 정보기록장치 및 기록방법{Magnetic medium using spin-polarized electron and Apparatus of recording data and Recording method using the same}Magnetic medium using spin-polarized electrons and information recording apparatus and recording method using magnetic medium {Magnetic medium using spin-polarized electron and Apparatus of recording data and Recording method using the same}

본 발명은 자성매체 및, 자성매체의 정보기록장치 및, 기록방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자 스핀의존 산란을 이용한 자성매체 및, 자성매체의 정보 기록장치 및, 기록방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic medium, an information recording apparatus for a magnetic medium, and a recording method, and more particularly, to a magnetic medium using electron spin-dependent scattering, an information recording apparatus for a magnetic medium, and a recording method.

종래의 정보저장기기에서 자성매체를 기록매체로 사용하는 경우 자기장에 의한 자화반전을 시킴으로써 정보를 기록하고 있다. 하지만, 종래의 정보저장기기에서는 기록밀도가 증가하면서 정보기록의 최소단위인 비트의 크기가 작아지고 이에 따라 기록하는 자기장도 비트의 크기에 대응하는 작은 영역으로 집속하도록 작아져야 하지만, 자성층의 자기이방성의 크기가 커짐에 따라 자성층의 자화반전에 필요한 자기장의 세기도 커져야 하는 모순이 있었다.When a magnetic medium is used as a recording medium in a conventional information storage device, information is recorded by inverting magnetization by a magnetic field. However, in the conventional information storage device, as the recording density increases, the bit size, which is the smallest unit of information recording, becomes small, and accordingly, the magnetic field to be recorded must be smaller to focus on a smaller area corresponding to the bit size. There was a contradiction that the magnitude of the magnetic field needed to reverse the magnetization of the magnetic layer also had to increase as the size of.

이러한 종래 기술의 기술적인 문제점을 극복하기 위하여 미국특허 제6,304,481호에서는 스핀 분극된 전자를 사용한 정보저장장치 및 재생방법을 제안하고 있다.In order to overcome the technical problems of the prior art, US Patent No. 6,304,481 proposes an information storage device and a reproducing method using spin-polarized electrons.

도 1은 상기 미국특허에 개시된 정보저장장치를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the information storage device disclosed in the US patent.

도 1을 참조하면, 상기 미국특허에 개시된 정보저장장치에는, 제어 장치(1), 팁(2b)을 가지는 스핀 분극된 전자 소스(40), 익스트랙터(4), 콜리메이터(6, 7, 9), 정전형 렌즈(10, 11, 12) 및, 절연소자(5, 8)가 구비된다. 상기 정보저장장치는 또한 블랭킹 소자(13), 성글고 미세한 마이크로편향기(14, 15), 전자 검출기(16), 정보저장층(17) 및, 기판(18)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the information storage device disclosed in the U.S. patent includes a control device 1, a spin polarized electron source 40 having a tip 2b, an extractor 4, and a collimator 6, 7, 9. ), Electrostatic lenses 10, 11, 12, and insulating elements 5, 8 are provided. The information storage device also includes a blanking element 13, sparse and fine micro deflectors 14 and 15, an electron detector 16, an information storage layer 17, and a substrate 18.

제어 장치(1)는 ADDRESS IN, DATA IN, DATA OUT을 통해 외부 장치의 제어 신호 및 정보를 수신하고 필요한 프로토콜을 이용하여 해독한 다음, 제어 응답 및 정보를 다시 송신한다.The control device 1 receives the control signals and information of the external device through ADDRESS IN, DATA IN, DATA OUT, decrypts them using the necessary protocol, and then transmits the control response and information again.

전자 소스(40)는 스핀 분극된 전자(3)를 제공하고, 팁(2b)은 스핀 분극된 전자를 집속한다. 익스트랙터(4)는 스핀-분극된 전자(3)를 팁(2b)으로부터 추출하고, 콜리메이터(6, 7, 9)는 스핀 분극된 전자(3)를 스핀 분극된 전자빔(19)으로 집속한다. 정전형 렌즈(10, 11, 12)는 스핀 분극된 전자빔(19)을 포커싱하고 마이크로 편향기(14, 15)는 상기 전자빔(19)을 정보가 저장될 정보저장층(17)의 일부분내 생성되는 자기장으로 편향시킨다.The electron source 40 provides spin polarized electrons 3, and the tip 2b focuses the spin polarized electrons. The extractor 4 extracts the spin-polarized electrons 3 from the tip 2b, and the collimators 6, 7, 9 focus the spin polarized electrons 3 onto the spin polarized electron beam 19. . The electrostatic lenses 10, 11, 12 focus the spin polarized electron beam 19 and the micro deflectors 14, 15 generate the electron beam 19 in a portion of the information storage layer 17 where information is to be stored. Deflect into the magnetic field.

정보저장층(17)은 복수의 정렬 영역(22)을 포함하고 절연체(28)에 의해 정보저장층(17)으로부터 절연되는 도전부재(27)를 구비한다.The information storage layer 17 includes a conductive member 27 including a plurality of alignment regions 22 and insulated from the information storage layer 17 by an insulator 28.

제어장치(1)는 전자 소스(40)에 전압(V1)을 인가하고, 전압(V2-V5)를 스핀 분극된 전자(3)와 스핀 분극된 전자빔(19)의 원하는 특성을 얻기 위해 인가한다. 전압(V6-V8)은 제어장치(1)에 의해 정전형 렌즈(10, 11, 12)에 인가되어 렌즈 개구를 통과하는 전기장을 생성한다. 전압(V12-V19)은 제어장치(1)에 의해 스티그메이터(stigmator) 소자(25)의 일단에 인가된다. 제어장치(1)는 신호(S19)를 전자 소스(40)에 인가하여 전자(3)의 스핀-분극 방향을 결정하고, 신호(S2-S17)를 편향기(14, 15)에 인가하여 전자빔(19)을 편향시킨다. 또한, 제어장치(1)는 신호(S1)를 블랭킹 소자(13)에 인가하고 신호(S18, S20)를 번갈아 검출하여 정보를 재생한다.Controller 1 applies voltage V1 to electron source 40 and applies voltages V2-V5 to obtain the desired properties of spin polarized electrons 3 and spin polarized electron beams 19. . The voltages V6-V8 are applied to the electrostatic lenses 10, 11, 12 by the controller 1 to generate an electric field passing through the lens aperture. The voltages V12-V19 are applied to one end of the stigmator element 25 by the controller 1. The controller 1 applies the signal S19 to the electron source 40 to determine the spin-polarization direction of the electrons 3, and the signals S2-S17 to the deflectors 14, 15 to produce an electron beam. Deflect (19). The control device 1 also applies the signal S1 to the blanking element 13, alternately detects the signals S18 and S20, and reproduces the information.

상기 미국특허에 개시된 정보저장장치는 전자빔을 특정 정보영역에 집중시키기 위해 전압을 미세하게 조절하여야 하므로 제어하기가 용이하지 아니하고 정보를 기록하는 신호를 정밀하게 출력하기가 어려워 정보재생이 용이하지 않다. 또한, 종래의 자성매체를 그대로 이용하므로 자성매체의 정보기록밀도를 증가시키는데 한계가 있으며, 장치의 구성이 복잡한 단점을 가진다.Since the information storage device disclosed in the US patent has to finely adjust the voltage in order to focus the electron beam on a specific information area, it is not easy to control and it is difficult to precisely output a signal for recording information, so that information reproduction is not easy. In addition, since the conventional magnetic medium is used as it is, there is a limit to increase the information recording density of the magnetic medium, and the configuration of the device has a disadvantage of complexity.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 일방향의 스핀을 가지는 전자를 주입하여 정보가 기록되는 고밀도 대용량의 자성매체와, 상기 자성매체에 일방향의 스핀을 가지는 전자를 주입하는 탐침을 이용하여 고속으로 정보를 기록하는 정보기록장치 및 정보기록방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, in which a high-density large-capacity magnetic medium in which information is recorded by injecting electrons having one-direction spin, and spin in one direction to the magnetic medium. It is to provide an information recording apparatus and an information recording method for recording information at a high speed by using a probe for injecting electrons.

도 1은 미국특허 제6,304,481호에 개시된 정보저장장치를 보인 도면,1 is a view showing an information storage device disclosed in US Patent No. 6,304,481;

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정보기록장치를 간략히 보인 구성도,2 is a configuration diagram schematically showing an information recording apparatus according to a first embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 정보기록장치를 간략히 보인 구성도,3 is a configuration diagram schematically showing an information recording apparatus according to a second embodiment of the present invention;

도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체 및 이에 정보를 기록하는 본 발명의 제3실시예에 따른 정보기록장치를 간략히 보인 구성도,4A is a configuration diagram schematically showing a magnetic medium according to a first embodiment of the present invention and an information recording apparatus according to a third embodiment of the present invention for recording information thereon;

도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체 및 이에 정보를 기록하는 본 발명의 제4실시예에 정보기록장치를 간략히 보인 구성도.4B is a schematic diagram showing an information recording apparatus in a fourth embodiment of the present invention for recording information on a magnetic medium and information therein according to the second embodiment of the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

111, 121 ; 탐침 111a, 121a ; 팁111, 121; Probes 111a, 121a; tip

111b, 121b ; 캔티레버 115, 125, 135 ; 자성매체111b, 121b; Cantilever 115, 125, 135; Magnetic media

115a, 125a, 135a ; 기록층 115b, 125b, 135b ; 기판115a, 125a, 135a; Recording layers 115b, 125b, 135b; Board

124, 134 ; 분극층124, 134; Polarization layer

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,

원편광을 조사하는 광원; 및A light source for emitting circularly polarized light; And

상기 원편광에 의해 스핀 분극된 전자를 자성매체에 주입하여 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치를 제공한다.And a probe for recording information by injecting electrons spin-polarized by the circular polarization into a magnetic medium to change the magnetization direction of the recording layer.

상기 광원은 레이저인 것이 바람직하다.It is preferable that the said light source is a laser.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,

전자를 스핀 분극시키는 자성막이 캡핑된 팁을 구비하며, 상기 전자를 자성매체에 주입하여 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치를 제공한다.And a tip capped with a magnetic film for spin polarizing electrons, and a probe for recording information by injecting the electrons into a magnetic medium to change the magnetization direction of the recording layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,

전자를 스핀 분극시키는 분극층과, 상기 분극층에 의해 스핀분극되는 전자의 스핀분극방향에 따라 자화방향이 변하는 기록층을 포함하는 자성매체; 및A magnetic medium comprising a polarization layer for spin polarizing electrons and a recording layer whose magnetization direction is changed in accordance with the spin polarization direction of electrons spin-polarized by the polarization layer; And

상기 자성매체 상을 이동하며 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치를 제공한다.And a probe for recording information while moving on the magnetic medium.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above technical problem

전자를 스핀 분극시키는 분극층; 및A polarization layer for spin polarizing electrons; And

상기 전자의 스핀분극방향에 따라 자화방향이 변하는 기록층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성매체를 제공한다.And a recording layer whose magnetization direction changes in accordance with the spin polarization direction of the electrons.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,

탐침에 주입되는 전자를 스핀 분극시키는 제1단계; 및A first step of spin polarizing electrons injected into the probe; And

상기 전자의 스핀 분극 방향에 따라 자성매체의 기록층의 자화방향을 변화시켜 정보를 기록하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법을 제공한다.And a second step of recording information by changing the magnetization direction of the recording layer of the magnetic medium in accordance with the spin polarization direction of the electrons.

상기 탐침에 원편광을 조사하여 전자를 스핀분극시킬 수 있으며, 상기 원편광으로는 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다.The probe can be circularly polarized by irradiating circularly polarized light, and it is preferable to use laser light as the circularly polarized light.

상기 탐침에 전자를 스핀 분극시키는 자성막을 캡핑시킨 팁을 형성할 수 있다.A tip capping the magnetic film for spin polarizing electrons may be formed in the probe.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,

기록층과 분극층을 가지는 자성매체와 상기 자성매체 상을 이동하며 정보를 기록하는 탐침을 마련하는 제1단계;A first step of providing a magnetic medium having a recording layer and a polarization layer, and a probe moving on the magnetic medium to record information;

상기 전자를 상기 분극층에 의해 스핀 분극시킨 다음, 상기 전자의 스핀분극방향에 따라 상기 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법을 제공한다.And spin-polarizing the electrons by the polarization layer, and then recording information by changing the magnetization direction of the recording layer according to the spin polarization direction of the electrons. do.

상기 탐침 또는 자성매체를 통해 전자가 주입될 수 있다.Electrons may be injected through the probe or the magnetic medium.

상기 기록층 및 분극층은 수평자기 이방성 또는 수직자기 이방성을 가진다.The recording layer and the polarization layer have horizontal magnetic anisotropy or vertical magnetic anisotropy.

상기 기록층 및 분극층은 연속 박막층으로 형성하거나, 박막층을 전체 또는 일부를 패터닝하여 형성할 수 있다.The recording layer and the polarization layer may be formed as a continuous thin film layer, or may be formed by patterning all or part of the thin film layer.

상기 기록층 및 분극층은 나노입자로 이루어지는 박막층일 수 있다.The recording layer and the polarization layer may be thin film layers made of nanoparticles.

상기 기록층 및 분극층은 계면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 형성하거나, 각각의 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 형성할 수 있다.The recording layer and the polarization layer may further form an oxide layer through which electrons tunnel, or an oxide layer through which electrons tunnel on each surface.

상기 기록층 및 분극층은 계면에 금속층을 더 형성할 수 있다.The recording layer and the polarization layer may further form a metal layer at an interface.

본 발명은 스핀 분극된 전류를 이용하여 스핀 모멘텀(spin momentum) 또는 스핀-스핀 토크(spin-spin torque)에 의존하여 자화방향이 변하는 자성물질로 이루어진 기록층을 가지는 자성매체와, 자성매체에 일방향의 스핀을 가지는 전자를 주입함으로써 간단한 구성으로 정보를 고속 기록할 수 있는 정보기록장치 및 정보기록방법을 제공한다.The present invention provides a magnetic medium having a recording layer made of a magnetic material whose magnetization direction is changed depending on spin momentum or spin-spin torque by using spin polarized current, and one direction in the magnetic medium. Provided are an information recording apparatus and an information recording method capable of recording information at high speed with a simple configuration by injecting electrons having a spin of.

이하 본 발명의 실시예에 따른 자성매체 및 정보기록장치 및 정보기록방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a magnetic medium, an information recording apparatus and an information recording method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정보기록장치를 간략히 나타낸 구성도이다.2 is a schematic diagram showing an information recording apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 정보기록장치는, 기판(115b)과, 기판(115b)의 상면에 적층된 자성 기록층(115a)을 가지는 자성매체(115)와, 팁(111a) 및 팁(111a)이 일단에 위치하는 캔티레버(111b)를 구비하는 탐침(111)과, 탐침(111) 및 자성매체(115)와 전기적으로 접촉하며 탐침(111)에 전류를 인가하는 제어부(117)를 포함한다.2, the information recording apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a magnetic medium 115 having a substrate 115b, a magnetic recording layer 115a stacked on an upper surface of the substrate 115b, A probe 111 having a tip 111a and a cantilever 111b at one end thereof, an electrical contact with the probe 111 and the magnetic medium 115, and a current applied to the probe 111. The control unit 117 is included.

자성매체(115)의 기록층(115a)에 정보를 기록하기 위해, 탐침(111)을 기록층(115a)에 접촉시키고 전원(117)으로부터 팁(111a)에 전압을 인가한다. 이와 동시에 탐침(111)의 상부에 위치하는 광원(113)으로부터 좌원편광 또는 우원편광을 조사하면 팁(111a)에서 여기된 전자는 편광에 의해 일방향으로 스핀 분극된다. 스핀 분극된 전자는 팁(111a)에서 방출되어 기록층(115a)으로 주입되는데, 각 전자들의 스핀 모멘텀은 기록층의 비트에 전달되거나 스핀-스핀 토크에 의해 비트의 자화방향을 변화시킨다.In order to record information in the recording layer 115a of the magnetic medium 115, the probe 111 is contacted with the recording layer 115a and a voltage is applied from the power supply 117 to the tip 111a. At the same time, when the left circularly polarized light or the right circularly polarized light is irradiated from the light source 113 positioned above the probe 111, the electrons excited at the tip 111a are spin-polarized in one direction by polarization. Spin-polarized electrons are emitted from the tip 111a and injected into the recording layer 115a. The spin momentum of each electron is transferred to the bits of the recording layer or changes the magnetization direction of the bits by spin-spin torque.

팁(111a)으로는 일반 반도체 팁이나 전도성 금속으로 된 팁을 이용할 수 있다. 캔티레버(111b)는 제어부(117)로부터 인가되는 신호에 따라 팁(111a)의 위치를 이동시키는 역할을 한다. 제어부(117)에는 캔티레버(111b)의 위치 제어와 전류의 조절을 위한 일반적인 회로가 마련될 수 있을 것이다.As the tip 111a, a general semiconductor tip or a tip made of a conductive metal may be used. The cantilever 111b serves to move the position of the tip 111a according to a signal applied from the controller 117. The controller 117 may be provided with a general circuit for controlling the position of the cantilever 111b and for adjusting the current.

기록층(115a)은 수평자기이방성 또는 수직자기 이방성을 가지는 강자성물질로 이루어지거나, 연속 박막층 또는 나노입자로 형성되는 비트를 가지는 박막층으로 이루어질 수 있다. 기록층(115a)은 전체 또는 일부가 패터닝될 수도 있다. 기판(115b)과 기록층(115a)의 계면에는 자화방향이 일방향으로 고정된 자성층을 더 구비할 수도 있을 것이다.The recording layer 115a may be made of a ferromagnetic material having horizontal magnetic anisotropy or vertical magnetic anisotropy, or may be made of a continuous thin film layer or a thin film layer having bits formed of nanoparticles. The recording layer 115a may be patterned in whole or in part. The interface between the substrate 115b and the recording layer 115a may further include a magnetic layer in which the magnetization direction is fixed in one direction.

광원(113)으로는 레이저를 이용할 수 있는데, 원편광을 조사하기 위해 광원(113)에는 편광기를 별도로 구비한다. 원편광의 방향에 따라 전자가 스핀 분극되며 스핀 분극 방향에 따라 기록층(115a)의 자화방향이 변화한다.A laser may be used as the light source 113. In order to irradiate circularly polarized light, the light source 113 includes a polarizer separately. Electrons spin-polarize in the direction of circular polarization, and the magnetization direction of the recording layer 115a changes in accordance with the spin polarization direction.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 정보기록장치 및 방법을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing an information recording apparatus and method according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 정보기록장치는, 일방향의 자화방향을 가지는 자성막이 팁(123)에 캡핑된 탐침(121)과, 탐침(121)을 통해 일방향으로 스핀 분극된 전자가 주입되면서 자성 기록층(125a)에서 탐침(121)이 접촉하고 있는 비트의 자화방향이 스핀 분극방향과 동일하게 변화하는 자성매체(125)와, 탐침(121)에 전자를 주입하도록 전류를 인가하는 제어부(127)를 포함한다. 스핀 분극된 전자는 스핀 모멘텀의 전달에 의해 또는 스핀과 스핀 사이의 토크에 의해 자성기록층(125a)의 자화방향을 변화시킨다. 여기서, 자성매체(125)는 일반적으로 사용되는 자성매체를 이용하거나, 그 외 자성층을 기록층으로 하는 다양한 자성매체를 모두 이용할 수 있다. 도면에서 기록층(125a)은 나노입자로 이루어진 비트를 가진다.Referring to FIG. 3, the information recording apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a probe 121 capped by a tip 123 having a magnetization direction in one direction, and a spin in one direction through the probe 121. Injecting the electrons into the magnetic medium 125 and the probe 121 in which the magnetization direction of the bit contacted by the probe 121 in the magnetic recording layer 125a changes in the same manner as the spin polarization direction while the polarized electrons are injected. And a control unit 127 for applying a current. Spin-polarized electrons change the magnetization direction of the magnetic recording layer 125a by transfer of spin momentum or by torque between spins. Here, the magnetic medium 125 may use a magnetic medium that is generally used, or may use any of various magnetic media having the magnetic layer as a recording layer. In the figure, the recording layer 125a has bits made of nanoparticles.

도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체 및, 이를 구비하는 본 발명의 제3실시예에 따른 정보기록장치를 나타낸 도면이다.4A is a diagram showing a magnetic medium according to the first embodiment of the present invention and an information recording apparatus according to the third embodiment of the present invention having the same.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체는 기판(135b)과, 기판(135b)의 상면에 적층되는 자성 기록층(135a)과, 자성 기록층(135a)의 상면에 위치하는 분극층(134)을 구비한다. 분극층(134)은 일방향의 자화방향을 가지는 자성층으로서, 탐침(131)으로부터 주입되는 전자를 동일 방향으로 스핀 분극시켜 기록층(135a)으로 통과시킨다. 기록층(135a)은 연속 박막층으로 형성되거나 전체 또는 일부가 패터닝될 수 있으며 나노입자로 비트가 형성되어, 분극층(134)에 의해 스핀 분극된 전자의 스핀 분극방향에 동기되어 자화방향이 변화함으로써 소정 비트에 정보가 기록된다.Referring to FIG. 4A, a magnetic medium according to a first embodiment of the present invention may be formed on a substrate 135b, a magnetic recording layer 135a stacked on an upper surface of the substrate 135b, and an upper surface of the magnetic recording layer 135a. A polarization layer 134 is provided. The polarization layer 134 is a magnetic layer having a magnetization direction in one direction. The polarization layer 134 spins and polarizes electrons injected from the probe 131 in the same direction to pass through the recording layer 135a. The recording layer 135a may be formed as a continuous thin film layer or may be patterned in whole or in part, and bits may be formed of nanoparticles to change the magnetization direction in synchronization with the spin polarization direction of electrons spin-polarized by the polarization layer 134. Information is recorded in predetermined bits.

본 발명의 제3실시예에 따른 정보기록장치는, 본 발명의 실시예에 따른 자성매체(135)에 정보를 기록하기 위해 일반 도전성 팁(131a)과 팁(131a)을 일단에 부착하는 캔티레버(131b)를 구비하는 탐침(131)과, 탐침(131)에 전류를 인가하는 제어부(137)를 구비한다. 제어부(137)는 자성매체(135)의 기록층(135a)의 비트에 정보를 기록하기 위해 캔티레버(131b)를 분극층(134)의 상부에서 X축 또는 Y축으로 이동시킨다. 팁(131a)으로부터 자성매체(135)를 통과하여 제어부(137)를 아우르는 회로가 형성되고, 팁(131a)을 통해 자성매체(135)에 전자를 주입한다. 주입된 전자는 자성매체(135)의 분극층(134)을 통해 스핀 분극되고 전자의 스핀분극방향에 따라 기록층(135a)의 비트의 자화방향이 변화함으로써 정보가 기록된다.In the information recording apparatus according to the third embodiment of the present invention, a cantilever for attaching a general conductive tip 131a and a tip 131a to one end in order to record information on the magnetic medium 135 according to the embodiment of the present invention. A probe 131 having a 131b and a control unit 137 for applying a current to the probe 131 are provided. The control unit 137 moves the cantilever 131b on the X-axis or Y-axis above the polarization layer 134 in order to record information in the bits of the recording layer 135a of the magnetic medium 135. A circuit is formed from the tip 131a through the magnetic medium 135 to cover the control unit 137, and electrons are injected into the magnetic medium 135 through the tip 131a. The injected electrons are spin-polarized through the polarization layer 134 of the magnetic medium 135, and information is recorded by changing the magnetization direction of the bits of the recording layer 135a according to the spin polarization direction of the electrons.

분극층(134)과 기록층(135a)의 자화방향이 상이한 경우 팁(131a)을 통해 자성매체에 전자를 주입하는데, 주입된 전자는 분극층(134)을 통과하면서 분극층(134)의 분극방향에 따라 스핀 분극되고 이 전자의 스핀분극방향에 따라 기록층(135a)의 비트의 자화방향이 변함으로써 정보가 기록된다. 분극층(134)과 기록층(135a)의 자화방향이 동일한 경우 기판(135b)을 통해 자성매체(135)에 전자를 주입한다. 주입된 전자 중 분극층(134)과 동일한 스핀방향을 가지는 전자는 기록층(135a)과 분극층(134)을 통과하지만, 상이한 스핀방향을 가지는 전자는 다시 기록층(135a)으로 회귀되고 회귀한 전자의 스핀분극방향에 따라 기록층(135a)의 비트의 자화방향이 변함으로써 정보가 기록된다.When the magnetization directions of the polarization layer 134 and the recording layer 135a are different, electrons are injected into the magnetic medium through the tip 131a. The injected electrons pass through the polarization layer 134 and are polarized in the polarization layer 134. The direction is spin polarized in accordance with the direction, and the magnetization direction of the bit of the recording layer 135a is changed in accordance with the spin polarization direction of the electrons so that information is recorded. When the polarization layers 134 and the recording layer 135a have the same magnetization directions, electrons are injected into the magnetic medium 135 through the substrate 135b. Among the injected electrons, electrons having the same spin direction as the polarization layer 134 pass through the recording layer 135a and the polarization layer 134, but electrons having different spin directions are returned to the recording layer 135a and returned to the recording layer 135a. Information is recorded by changing the magnetization direction of the bits of the recording layer 135a in accordance with the spin polarization direction of the electrons.

도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체와 이에 정보를 기록하는 본 발명의 제4실시예에 따른 정보기록장치를 보인 도면이다.4B shows a magnetic medium according to a second embodiment of the present invention and an information recording apparatus according to a fourth embodiment of the present invention for recording information thereon.

도 4b에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체는, 도 4a에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체와 달리 분극층(144)과 기록층(145a)의 위치가 역전되어 있다. 즉, 기판(145b)의 상면에 분극층(144)이 적층되고, 그 상부에 기록층(145a)이 위치한다. 이와 같은 역전 구조로 인해 분극층(144)과 기록층(145a)의 자화방향에 따른 전자의 주입방향도 역이 된다. 전자를 주입하는 탐침(141)과 탐침(141)에 전류를 인가하는 제어부(147)는 도 4a에 도시된 탐침(131) 및 제어부(137)와 유사한 도전성 탐침과 제어 회로를 이용할 수 있다. 참조부호 141a는 팁을 나타내며, 141b는 팁(141a)을 지지하는 캔티레버를 나타낸다.In the magnetic medium according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4B, unlike the magnetic medium according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4A, the positions of the polarization layer 144 and the recording layer 145a are different from each other. Inverted. That is, the polarization layer 144 is laminated on the upper surface of the substrate 145b, and the recording layer 145a is positioned on the upper surface thereof. Due to this inversion structure, the direction of electron injection along the magnetization directions of the polarization layer 144 and the recording layer 145a is also reversed. The probe 141 for injecting electrons and the controller 147 for applying current to the probe 141 may use a conductive probe and a control circuit similar to the probe 131 and the controller 137 illustrated in FIG. 4A. Reference numeral 141a denotes a tip, and 141b denotes a cantilever supporting the tip 141a.

분극층(144)과 기록층(145a)의 자화방향이 동일한 경우 팁(111a)을 통해 전자를 주입하는데, 주입된 전자 중 분극층(144)과 동일한 스핀분극방향을 가지는 전자는 분극층(144)과 기록층(145a)을 통과하지만 상이한 스핀방향을 가지는 전자는 분극층(144)에서 회귀하여 기록층(145a)으로 되돌아오게 되고 기록층(145a)의 자화방향을 변화시켜 정보를 기록한다. 분극층(144)과 기록층(145a)의 자화방향이 상이한 경우 기판(145b)을 통해서 전자를 주입한다. 기판(145b)을 통과한 전자는 분극층(144)을 통과하면서 스핀 분극되어 탐침(111)이 접촉하고 있는 비트의 자화방향을 스핀 분극방향과 동일하게 변화시킨다.When the magnetization directions of the polarization layer 144 and the recording layer 145a are the same, electrons are injected through the tip 111a. The electrons having the same spin polarization direction as the polarization layer 144 among the injected electrons are the polarization layer 144. And electrons passing through the recording layer 145a but having different spin directions return from the polarization layer 144 to return to the recording layer 145a and change the magnetization direction of the recording layer 145a to record information. When the polarization layers 144 and the recording layer 145a have different magnetization directions, electrons are injected through the substrate 145b. The electrons passing through the substrate 145b are spin polarized while passing through the polarization layer 144 to change the magnetization direction of the bit contacted by the probe 111 to be the same as the spin polarization direction.

본 발명의 제3실시예에 따른 정보기록장치는, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 자성매체를 재생하기 위해 도전성 탐침(131, 141)을 구비하고, 분극층(134, 144)과 기록층(135a, 145a)의 배치에 따라 상이한 방향으로 전자를 주입함으로써 자성매체(135, 145)에 정보를 기록한다.The information recording apparatus according to the third embodiment of the present invention includes conductive probes 131 and 141 for reproducing the magnetic medium according to the first and second embodiments of the present invention, and the polarization layers 134 and 144. The information is recorded on the magnetic medium 135, 145 by injecting electrons in different directions depending on the arrangement of the recording layers 135a, 145a.

본 발명은 전자를 일방향으로 스핀 분극시키는 광원, 탐침 또는, 분극층을 구비하여, 자성 기록층의 자화방향을 조절함으로써 고속으로 정보를 기록할 수 있다.According to the present invention, a light source, a probe, or a polarization layer that spin-polarizes electrons in one direction is provided, and information can be recorded at high speed by adjusting the magnetization direction of the magnetic recording layer.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분극층을 구비하는 자성매체 및 본 발명에 따른 자성매체를 기록하는 정보기록장치 및 기록방법의 장점은, 전자를 스핀 분극시켜 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 고속으로 자성매체에 정보를 기록할 수 있다는 것이다.As described above, the advantages of the magnetic medium having the polarization layer according to the present invention and the information recording apparatus and the recording method for recording the magnetic medium according to the present invention are high speed by changing the magnetization direction of the recording layer by spin polarizing electrons. This means that information can be recorded on magnetic media.

Claims (38)

원편광을 조사하는 광원; 및A light source for emitting circularly polarized light; And 상기 원편광에 의해 스핀 분극된 전자를 자성매체에 주입하여 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And a probe for recording information by injecting electrons spin-polarized by the circularly polarized light into a magnetic medium to change the magnetization direction of the recording layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원은 레이저인 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the light source is a laser. 전자를 스핀 분극시키는 자성막이 캡핑된 팁을 구비하며, 상기 전자를 자성매체에 주입하여 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And a tip capped with a magnetic film that spin-polarizes electrons, and a probe for recording information by injecting the electrons into a magnetic medium to change the magnetization direction of the recording layer. 전자를 스핀 분극시키는 분극층과, 상기 분극층에 의해 스핀분극되는 전자의 스핀분극방향에 따라 자화방향이 변하는 기록층을 포함하는 자성매체; 및A magnetic medium comprising a polarization layer for spin polarizing electrons and a recording layer whose magnetization direction is changed in accordance with the spin polarization direction of electrons spin-polarized by the polarization layer; And 상기 자성매체 상을 이동하며 정보를 기록하는 탐침;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And a probe for moving the magnetic medium and recording the information. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 탐침은 상기 자성매체에 전자를 주입하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the probe injects electrons into the magnetic medium. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 자성매체는 외부 전원에 의해 전자가 주입되는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the magnetic medium is injected with electrons by an external power source. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층 및 분극층은 수평자기 이방성 또는 수직자기 이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer have horizontal magnetic anisotropy or vertical magnetic anisotropy. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층 및 분극층은 연속 박막층인 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer are continuous thin film layers. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층 및 분극층은 박막층의 전체 또는 일부가 패터닝된 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer are patterned in whole or in part in the thin film layer. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층 및 분극층은 나노입자로 이루어지는 박막층인 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer are thin film layers made of nanoparticles. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층과 분극층은 계면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer further comprise an oxide layer through which electrons tunnel at an interface. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 분극층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the polarization layer further comprises an oxide layer on the surface of which the electrons tunnel. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer further comprises an oxide layer on the surface of which the electrons tunnel. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기록층과 분극층은 계면에 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보기록장치.And the recording layer and the polarization layer further comprise a metal layer at an interface. 전자를 스핀 분극시키는 분극층; 및A polarization layer for spin polarizing electrons; And 상기 전자의 스핀분극방향에 따라 자화방향이 변하는 기록층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성매체.And a recording layer whose magnetization direction changes in accordance with the spin polarization direction of the electrons. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층 및 분극층은 수평자기 이방성 또는 수직자기 이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer and the polarization layer have horizontal magnetic anisotropy or vertical magnetic anisotropy. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층 및 분극층은 연속 박막층인 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer and the polarization layer are continuous thin film layers. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층 및 분극층은 박막층의 전체 또는 일부가 패터닝된 것을 특징으로 하는 자성매체.The recording layer and the polarization layer are magnetic media, characterized in that all or part of the thin film layer is patterned. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층 및 분극층은 나노입자로 이루어지는 박막층인 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer and the polarization layer are thin film layers made of nanoparticles. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층과 분극층은 계면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer and the polarization layer further comprise an oxide layer through which electrons tunnel at an interface. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 분극층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자성매체.The polarization layer is a magnetic medium, characterized in that further comprising an oxide layer tunneling electrons on the surface. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer further comprises an oxide layer on the surface of which the electrons tunnel. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 기록층과 분극층은 계면에 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자성매체.And the recording layer and the polarization layer further include a metal layer at an interface. 탐침에 주입되는 전자를 스핀 분극시키는 제1단계; 및A first step of spin polarizing electrons injected into the probe; And 상기 전자의 스핀 분극 방향에 따라 자성매체의 기록층의 자화방향을 변화시켜 정보를 기록하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And recording the information by changing the magnetization direction of the recording layer of the magnetic medium according to the spin polarization direction of the electrons. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 탐침에 원편광을 조사하여 전자를 스핀분극시키는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And spin-polarize electrons by irradiating the probe with circularly polarized light. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 원편광은 레이저광인 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And said circularly polarized light is a laser beam. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 탐침에 전자를 스핀 분극시키는 자성막을 캡핑시킨 팁을 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And a tip capping a magnetic film for spin-polarizing electrons on the probe. 기록층과 분극층을 가지는 자성매체와, 상기 자성매체 상을 이동하며 정보를 기록하는 탐침을 마련하는 제1단계;A first step of providing a magnetic medium having a recording layer and a polarization layer, and a probe for moving information on the magnetic medium; 상기 전자를 상기 분극층에 의해 스핀 분극시킨 다음, 상기 전자의 스핀분극방향에 따라 상기 기록층의 자화방향을 변화시킴으로써 정보를 기록하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And a second step of spin-polarizing the electrons by the polarization layer and then recording information by changing the magnetization direction of the recording layer according to the spin polarization direction of the electrons. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 전자는 탐침을 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the electron is injected through the probe. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 전자는 자성매체를 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the electron is injected through a magnetic medium. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 수평자기 이방성 또는 수직자기 이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer have horizontal magnetic anisotropy or vertical magnetic anisotropy. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 연속 박막층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer are formed of a continuous thin film layer. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 박막층을 전체 또는 일부를 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer are formed by patterning all or part of the thin film layer. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 나노입자로 이루어지는 박막층인 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer are thin film layers made of nanoparticles. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 계면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer further form an oxide layer through which electrons tunnel at an interface. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 분극층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the polarization layer further forms an oxide layer through which electrons tunnel. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층은 표면에 전자가 터널링하는 옥사이드층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer further forms an oxide layer through which electrons tunnel. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기록층 및 분극층은 계면에 금속층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 정보기록방법.And the recording layer and the polarization layer further form a metal layer at an interface.
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