WO2012111184A1 - 近接場光デバイスを用いた記録装置、および、記録方法 - Google Patents

近接場光デバイスを用いた記録装置、および、記録方法 Download PDF

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孝幸 糟谷
杉浦　聡
勝美 吉沢
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パイオニア株式会社
パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社
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    • G11B13/08—Recording simultaneously or selectively by methods covered by different main groups among G11B3/00, G11B5/00, G11B7/00 and G11B9/00; Record carriers therefor not otherwise provided for; Reproducing therefrom not otherwise provided for using near-field interactions or transducing means and at least one other method or means for recording or reproducing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • G11B9/1409—Heads

Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a recording apparatus and a recording method using a minute spot using near-field light, for example.
  • Patent Literature 1 heat-assisted magnetic recording using near-field light as a light source for heating a magnetic recording medium
  • Non-Patent Document 1 a manufacturing method (see Patent Document 2) that appropriately controls the size of quantum dots and a near-field concentrator using stacked quantum dots have been proposed (see Patent Document 3). Furthermore, an approach has been proposed in which near-field light is generated by a surface-emitting laser and high-density recording is possible with an optical head using the near-field light (Non-Patent Document 1).
  • the method for generating near-field light used in the above-described heat-assisted magnetic recording and scanning near-field optical microscope has low energy conversion efficiency, and it is difficult to further reduce the spot size of near-field light. There is a technical problem that high density recording and high resolution could not be realized.
  • the present invention has been made in view of the above problems, for example, and an object of the present invention is to provide a recording apparatus and a recording method using a near-field light device using quantum dots.
  • a recording apparatus using a near-field light device of the present invention is a recording apparatus that records information on a recording medium, and controls the near-field light device and the near-field light device.
  • the near-field light device includes a light source, a quantum dot that generates first near-field light by receiving light emitted from the light source, and the first near-field light.
  • the recording method of the present invention includes a light source, a quantum dot that generates first near-field light by receiving light emitted from the light source, and the first near-field light.
  • a recording apparatus comprising a near-field light device having a metal end to which at least a part of the energy is applied, a recording method for recording information on a recording medium, wherein light is emitted from the light source And a step of generating the second near-field light by integrating the metal end and a partial region of the recording medium due to the emitted light, and the second near-field light. And a step of generating heat in a part of the recording medium by the energy of.
  • the near-field light device 1 using quantum dots to which the present invention is applied will be described.
  • the near-field light device 1 includes a light source 11, a GaAs substrate 12, a GaAs buffer layer 13, an InAs layer 14, an InAs quantum dot 15, a GaAs layer 16, and a metal end 17.
  • the light source 11 and the GaAs substrate 12 are joined in FIG. 1, they may be separated.
  • the light source 11 may be an LED (Light Emitting Diode) or a semiconductor laser.
  • the GaAs substrate 12 is designed to have a thickness through which incident light from the light source 11 is transmitted.
  • the metal edge 17 is preferably a metal (for example, gold (Au)) having an energy band that can efficiently absorb the energy of near-field light, but is not limited thereto and may be a metal other than gold (Au).
  • Various semiconductors may be used.
  • the quantum dot structure shown in FIG. 1 is manufactured by, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-231601.
  • GaAs or InAs is used.
  • the material is not limited to these materials, and a material that functions as a light-transmitting quantum dot such as CuCl, GaN, or ZnO can be used. .
  • the near-field light device 1 in FIG. 1 moves the energy of incident light from the light source 11
  • Incident light from the light source 11 passes through the GaAs substrate 12, the GaAs buffer layer 13, and the InAs layer 14, reaches the InAs quantum dots 15, and near-field light 18 is generated around the InAs quantum dots 15.
  • the energy of the generated near-field light 18 moves to the metal end 17 and becomes the near-field light 19.
  • the near-field light 19 that has moved to the metal edge 17 has a distance from the metal edge 17 to the object 21 when the distance between the object 21 and the metal edge 17 is a distance that causes near-field interaction (for example, 20 nm (nanometer) or less).
  • the near-field light 19 moves to the minute spot 20 on the surface of (i.e., energy moves).
  • a minute spot is a nano-order spot smaller than the diffraction limit of light.
  • the object 21 is a magnetic recording medium, energy such as heat is irradiated to the minute spot, the temperature rising region can be reduced, and a small area (volume) magnetic recording bid is formed. be able to.
  • the energy transfer from the metal end 17 to the minute spot of the object 21 is controlled. Thereby, for example, magnetic recording bits are recorded.
  • the near-field light device 100 includes a light source 101, a GaAs substrate 102, a GaAs buffer layer 103, a first InAs layer 104, first quantum dots 105a and 105b, a first GaAs layer 106, a second InAs layer 107, a second quantum dot 108, and a second GaAs. It consists of a layer 109 and a metal edge 110.
  • the structure is the same as that of the near-field light device 1 shown in FIG. 1 except that the quantum dots have a two-stage structure.
  • a plurality of first quantum dots 105a and 105b are formed on the first InAs layer 104, and incident light from the light source 101 is received by the plurality of first quantum dots 105a and 105b.
  • second quantum dots 108 are formed on the second InAs layer 107.
  • the number of second quantum dots is smaller than the number of first quantum dots (for example, one second quantum dot for four first quantum dots, one second quantum dot for nine first quantum dots, etc. ). Further, the size of the second quantum dot is larger than the size of the first quantum dot (for example, the diameter of the second quantum dot is 50 nm, the diameter of the first quantum dot is 50 nm, and the diameter of the second quantum dot is 20 nm). On the other hand, the diameter of the first quantum dot is 15 nm).
  • the first quantum dots 105a and 105b and the second quantum dots are so arranged that the quantum dots in the lower layer (first quantum dots 105a and 105b) and the upper layer (second quantum dot 108) satisfy a distance that can be coupled by near-field light interaction. 108 is configured.
  • a method in which the near-field light device 100 moves the energy of incident light from the light source 101 will be described with reference to FIG.
  • Incident light from the light source 101 passes through the GaAs substrate 102, the GaAs buffer layer 103, and the InAs layer 104, reaches the first quantum dots 105a and 105b, and the first near-field light around the first quantum dots 105a and 105b. 111 occurs. Then, the first excited state of the first quantum dots 105a and 105b and the energy level of the second excited state of the second quantum dot 108 are in a resonance state.
  • quantum dots By arranging quantum dots in multiple layers, it is possible to efficiently collect incident light energy. Incident light is converted into near-field light by a plurality of quantum dots (here, the first quantum dots 105a and 105b) formed in the layer closest to the light source 101, and quantum dots (here, By moving the energy to the second quantum dot 108), it becomes easy to concentrate the energy in a minute region.
  • quantum dots here, the first quantum dots 105a and 105b
  • the quantum dot layer may be three layers.
  • Each quantum dot in the first quantum dot group 201 located in the lower layer receives incident light from the light source 204 and generates first near-field light (not shown).
  • the first quantum dot group 201 and the second quantum dot group 202 in the intermediate layer are in a resonance state, energy transfer occurs from the first quantum dot group 201 to the second quantum dot group 202, and each quantum of the second quantum dot group 202 is detected.
  • Second near-field light (not shown) is generated in the dots.
  • the second quantum dot group 202 and the upper third quantum dot group 203 enter a resonance state, energy transfer occurs from the second quantum dot group 202 to the third quantum dot group 203, and the third quantum dot group 203
  • Third near-field light (not shown) is generated in each quantum dot.
  • the energy of the generated third near-field light is absorbed by the metal end 205.
  • the absorbed energy is converted into energy such as light and heat and released.
  • Quantum dots in each layer have a distance that can be coupled by near-field light interaction between the quantum dots in the lower layer and the intermediate layer or between the quantum dots in the intermediate layer and the upper layer in the interlayer (lower layer and intermediate layer, intermediate layer and upper layer).
  • the layer thickness of each layer, the height of the quantum dot of each layer, and the size of the quantum dot are designed.
  • the number of quantum dots belonging to each group decreases in the order of the first quantum dot group 201, the second quantum dot group 202, and the third quantum dot group 203. Furthermore, the first quantum dot group 201, the second quantum dot group 202, and the third quantum dot group 203 are designed so that the size of the quantum dots belonging to each group increases.
  • the configuration including the three-layer quantum dot group has been described, but it is needless to say that the configuration is not limited to the three-layer, and the configuration may include three or more quantum dot groups.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modification of the near-field light device including the two-layer quantum dot group shown in FIG.
  • the near-field light device 300 in FIG. 6 includes a first quantum dot group 301, a second quantum dot group 302, a light source 303, and metal fine particles 304.
  • FIG. 6 shows a structure in which the first and second quantum dot groups are formed in a mesa structure (tapered shape).
  • the efficiency of energy transfer from the first quantum dot group 301 in the lower layer to the second quantum dot group 302 in the upper layer can be increased.
  • the etching process of the near-field light device 300 is simplified and the time is shortened.
  • the metal ends into the metal fine particles 304, it is possible to more efficiently absorb the energy concentrated on the second quantum dot group 302 in the upper layer.
  • the metal material constituting the metal fine particles 304 is gold (Au)
  • energy can be absorbed without waste due to a wide energy band of gold (Au).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a near-field optical device 400 in which, for example, quantum dots composed of InAs are dispersed in a GaAs medium.
  • the near-field light device 400 includes a quantum dot group 401, a light source 402, and metal fine particles 403 dispersed in a mesa structure.
  • the mesa structure is configured so that it gradually becomes narrower from the lower layer toward the upper layer (from the light source 402 to the metal fine particle 403), and the number of quantum dots is also decreased from the lower layer toward the upper layer. .
  • Incident light from the light source 402 becomes near-field light by the quantum dots positioned in the lower layer, and near-field light is also generated in the upper quantum dots by energy transfer, and finally energy is concentrated on the metal fine particles 403.
  • Such a structure is made by etching a material in which InAs quantum dots are uniformly dispersed in a GaAs medium using a mask, or imprinting using a mold in which a concavo-convex structure opposite to the mesa structure is engraved. By doing so, a structure in which quantum dots are dispersed in a mesa structure can be manufactured easily and in large quantities.
  • FIG. 8 shows a configuration in which the position of the light source of incident light of the near-field light device shown in FIG. 6 is changed.
  • the near-field light device 500 in FIG. 8 includes a first quantum dot group 501, a second quantum dot group 502, a light source 503, and metal fine particles 504.
  • FIG. 8 shows a structure in which the first and second quantum dot groups are formed in a mesa structure (tapered shape).
  • the light source 503 is positioned so that the incident light is incident from the side surface of the mesa structure, not the position where the incident light is incident from the bottom surface of the mesa structure.
  • the restriction on the position of the light source can be eliminated, and the size of the device itself can be reduced.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example in which the near-field light device described in FIGS. 1 to 8 is mounted on a magnetic head.
  • a magnetic head 52 and a near-field light device 53 are mounted on the tip of the arm 51. Arm so that the tip portion of the arm 51 on which the magnetic head 52 and the near-field light device 53 are mounted and the magnetic recording medium 54 are located at a position where the distance between the tip and the magnetic recording medium 54 causes a near-field interaction. 51 is controlled.
  • ON / OFF of the light source (not shown) of the near-field light device 53 is controlled, so that the minute amount of the magnetic recording medium 54 from the output end (or metal fine particles) provided in the near-field light device 53 is controlled. Energy transfer to the spot is controlled. Thereby, when the light source is ON, energy transfer occurs in the minute spot of the magnetic recording medium 54, and recording of the magnetic recording bit is performed.
  • Recording is performed by applying a magnetic field from the magnetic head 52 and performing magnetization reversal by reducing the holding power of the minute spot by applying energy.
  • the size of the output end (or metal fine particles) provided in the near-field light device 53 is set so that the minute spot size generated in the near-field light device 53 is substantially equal to the recording dot size of the magnetic recording medium 54.
  • the near-field light device of the present invention as a near-field light source instead of the optical probe used in the conventional scanning near-field optical microscope, the near-field light spot can be reduced, A resolution image can be obtained.
  • metal end 17 is an example of the “output end” according to the present invention. is there.
  • FIG. 10 is a diagram showing a basic concept of the recording apparatus, which is composed of the near-field device 1 shown in FIG. 1 and the control unit 70, and performs recording on the recording medium 60.
  • the recording medium 60 is made of a recording material that changes its state due to near-field light or heat generated by near-field light energy and can form a recording mark. Further, since the recording medium 60 is integrated with the metal end 17 to form near-field light, the recording medium 60 includes, for example, a metal made of gold (Au).
  • the near-field light 18 is applied to the quantum dots 15 when the light source 11 is turned on by the control unit 70. As a result, the energy of the near-field light 18 moves to the metal edge 17, and near-field light 19 is generated around the metal edge 17.
  • the near-field light does not interact with the recording medium 60 side.
  • both the recording medium 60 and the near-field device 1, or one of the recording medium 60 and the near-field device 1 is moved, and the metal end 17 at the tip of the near-field device 1 and the recording medium 60 are moved.
  • a predetermined distance for example, 20 nm or less
  • the near-field light 18 is generated in the quantum dots 15 and the energy of the near-field light 18 moves to the metal edge 17.
  • near-field light 65 is generated so as to surround the metal edge 17 and the near-field light region 61 that is a part of the recording medium 60.
  • the metal edge 17 and the near-field light region 61 that is a part of the recording medium 60 are integrated to generate near-field light 65. Due to the energy of the near-field light 65, the recording medium 60 itself (the near-field light issuing area 61 and its surroundings) generates heat. When the recording medium 60 uses a material whose state changes due to heat, a recording mark is formed by the heat generation. When the recording medium 60 is a magnetic recording medium, the recording medium 60 itself (the near-field light emitting area 61 and its surroundings) generates heat, so that the holding force of the near-field light emitting area 61 decreases and the recording head is not shown. Magnetic recording can be performed by the magnetic field generated by the above.
  • FIG. 12 shows a state where the control unit 70 turns on the light source 11 for a time sufficient to form the recording mark 30 and the recording mark 30 is formed on the recording medium 60 by the energy of the generated near-field light 65. ing. After the recording mark is formed, the light source 11 is turned off by the control unit 70 and the near-field light 17 is not generated. The recording position is moved by moving or rotating the recording medium 60 or moving the near-field light device 1. In FIG. 13, the recording medium 60 moves to the right on the paper surface, and the left side of the recording mark 30 becomes a new near-field light region 61. The controller 70 turns on the light source 11 again, and forms a new recording mark by the near-field light 65 in the same manner as the recording method described above.
  • control unit 70 performs ON / OFF control of the light source 11 based on the recording information desired to be recorded, and further, the distance between the metal end 17 and the recording medium 60 is maintained at a predetermined distance or less (for example, 20 nm or less). For example, information can be continuously recorded on the recording medium 60 rotating at a constant speed.
  • FIG. 14 shows a first modification of the recording apparatus.
  • the configuration other than the recording medium 601 is the same as the configuration of the recording apparatus shown in FIG.
  • the recording medium 601 includes a non-metal region 602 and metal regions 603a to 603c dispersed in an island shape.
  • the non-metallic region 602 is made of resin, glass, or the like, and is made of a material that does not generate near-field light integrally with the metal end 17 of the near-field light device 1.
  • the metal regions 603a to 603c are magnetic bodies including a metal such as gold (Au) that is integrated with the metal end 17 of the near-field light device 1 and generates near-field light.
  • Each metal region 603a-603c is isolated by a non-metal region 602.
  • the non-metal region 602 is not limited to a non-metal, and may be formed of a non-magnetic material that does not generate near-field light integrally with the metal end 17 of the near-field light device 1.
  • the distance between the metal end 17 at the tip of the near-field device 1 and the recording medium 601 is kept at a predetermined distance or less (for example, 20 nm or less), and the light source 11 is turned on by the control unit 70. .
  • Incident light generates near-field light 18 in the quantum dots 15, and the energy of the near-field light 18 moves to the metal edge 17.
  • near-field light 65 is generated so as to surround the metal edge 17 and the metal region 603 a of the recording medium 601.
  • the metal end 17 and the metal region 603a are integrated to generate near-field light 65. Due to the energy of the near-field light 65, the metal region 603a itself (the metal region 603a and its surroundings) generates heat. As a result, the holding force of the metal region 603a is lowered, and magnetic recording can be performed in accordance with a magnetic field derived from a recording head (not shown).
  • FIG. 15 shows a state in which the light source 11 is turned on for a time sufficient for the magnetic recording to be performed on the metal region 603a by the control unit 70, and the recording of the metal region 603a is completed by the energy of the generated near-field light 65. Yes. Further, the recording position is moved by moving or rotating the recording medium 601 or moving the near-field light device 1. That is, the metal end 17 at the tip of the near-field device 1 is positioned so as to face the metal region 603a and the non-metal region 602 of the metal region 603b. At this time, the control unit 70 controls the light source 11 to be turned off so that the near-field light 17 is not generated. Also, instead of turning off the incident light completely, when the non-metal region 602 and the metal end 17 are opposed to each other, the amount of incident light is reduced and the energy of the near-field light 17 is reduced. The control unit 70 may be controlled.
  • the metal edge 17 is opposed to the metal region 603b as the recording medium 601 moves from right to left on the paper surface.
  • the control unit 70 turns on the light source 11 again and records information in the metal region 603b in the same manner as the metal region 603a in FIG. Further, information is similarly recorded in the recording area 603c.
  • the near-field light device 1 shown in FIG. 1 is used, but it is needless to say that the near-field light device shown in FIGS. 2 to 9 can be used.
  • the metal end of the near-field light device 1 and a partial area on the recording medium side are integrated to form near-field light. This is because a part of the area on the recording medium side generates heat directly by the energy of near-field light.
  • the heat generated by the near-field light generated at the metal edge propagates (or radiates) from the metal edge to the magnetic recording medium side.
  • the recording medium side generates heat directly. The spot can be heated efficiently.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the near-field light device with such a change
  • the recording apparatus and the recording method using the recording medium are also included in the technical scope of the present invention.

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Abstract

　記録装置は、記録媒体（６０、６０１）に対して情報を記録する記録装置である。当該記録装置は、近接場光デバイス（１）と、該近接場光デバイスを制御する制御部（７０）と、を備え、該近接場光デバイスは、光源（１１）と、該光源から出射された光を受光することにより第１の近接場光を発生する量子ドット（１５）と、該第１の近接場光のエネルギーの少なくとも一部が付与される金属端（１７）と、を有し、情報の記録時に、制御部は、光を出射するように光源を制御することによって、金属端と記録媒体の一部の領域とが一体となって第２の近接場光を発生させ、記録媒体の一部の領域を発熱させる。

Description

近接場光デバイスを用いた記録装置、および、記録方法
　本発明は、例えば、近接場光を用いた微小スポットを利用した記録装置および記録方法の技術分野に関する。
　近接場光を利用した、光の回折限界を超えたナノスケールの微小光スポットの利用例として、例えば、近接場光を磁気記録媒体の昇温するための光源として用いる熱アシスト磁気記録（特許文献１参照）が提案されている。
　また、近年の半導体微細加工技術の進歩により、量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。たとえば、量子ドットのサイズを適切に制御する製造方法（特許文献２参照）、および、積層された量子ドットを利用した近接場集光器が提案されている（特許文献３参照）。さらに、面発光レーザにより近接場光を生成し、この近接場光を用いた光ヘッドにて高密度記録を可能にする取り組みも提案されている（非特許文献１）。
特開２００３－０４５００４号公報 特開２００９－２３１６０１号公報 特開２００６－０８０４５９号公報
微小共振器面発光レーザによる近接場光生成（電子情報通信学会論文誌　C Vol.J83-C No.9 pp.826-834 2000年9月）
　しかしながら、上述の熱アシスト磁気記録や走査型近接場光学顕微鏡で用いられる近接場光の発生方法はエネルギー変換効率が低く、また、近接場光のスポットサイズをより小さくすることが困難であり、さらなる高密度記録や高解像度を実現することが出来なかったという技術的問題点がある。
　本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、量子ドットを用いた近接場光デバイスを用いた記録装置と記録方法を提供することを課題とする。
　本発明の近接場光デバイスを用いた記録装置は、上記課題を解決するために、記録媒体に対して情報を記録する記録装置であって、近接場光デバイスと、前記近接場光デバイスを制御する制御部と、を備え、前記近接場光デバイスは、光源と、前記光源から出射された光を受光することにより第１の近接場光を発生する量子ドットと、前記第１の近接場光のエネルギーの少なくとも一部が付与される金属端と、を有し、前記情報の記録時に、前記制御部は、光を出射するように前記光源を制御することによって、前記金属端と前記記録媒体の一部の領域とが一体となって第２の近接場光を発生させ、前記記録媒体の一部の領域を発熱させる。
　本発明の記録方法は、上記課題を解決するために、光源と、前記光源から出射された光を受光することにより第１の近接場光を発生する量子ドットと、前記第１の近接場光のエネルギーの少なくとも一部が付与される金属端と、を有する近接場光デバイスを備える記録装置において、記録媒体に対して情報を記録する記録方法であって、前記光源から光が出射されるステップと、前記出射された光に起因して、前記金属端と、前記記録媒体の一部の領域とが一体となって第２の近接場光を発生させるステップと、前記第２の近接場光のエネルギーにより前記記録媒体の一部の領域が発熱するステップと、を備える。
　本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
本発明の第１の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 図１の近接場光デバイスにおけるエネルギー移動を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 図３の近接場光デバイスにおけるエネルギー移動を説明する図である。 ３層に量子ドットグループを配置した近接場光デバイスの構造を示す図である。 メサ構造の近接場光デバイスの構造を示す図である。 量子ドットがメサ構造体の中に分散している近接場光デバイスの構造を示す図である。 光源の位置を変えた近接場光デバイスの構造を示す図である。 本発明の近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。 本発明の記録装置の実施形態に係る記録装置を説明する図である。 本発明の記録装置の動作を説明する図である。 本発明の記録装置の動作を説明する図である。 本発明の記録装置の動作を説明する図である。 本発明の記録装置の変形例１の実施形態に係る記録装置を説明する図である。 本発明の記録装置の変形例１の動作を説明する図である。 本発明の記録装置の変形例１の動作を説明する図である。
　以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜第１の実施形態＞
　まず、本発明を適用した量子ドットを利用した近接場光デバイス１について説明する。近接場光デバイス１は、図１に示すように、光源１１、GaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４、InAs量子ドット１５、GaAs層１６、及び金属端１７から構成されている。
　光源１１とGaAs基板１２は図１では接合されているが、離間していても良い。光源１１はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよいし、半導体レーザでも良い。GaAs基板１２は光源１１からの入射光が透過する厚さに設計されている。金属端１７は、近接場光のエネルギーを効率よく吸収できるエネルギーバンドを持つ金属（例えば金（Ａｕ））が好ましいが、それに限ることなく、金（Ａｕ）以外の金属でも良い。また各種の半導体でもかまわない。図１に示す量子ドット構造は、例えば特開２００９－２３１６０１号公報に記載されている方法で製造される。
　尚、図１の近接場光デバイスの例では、GaAsやInAsを用いたが、これらの材料に限らず、CuCl、GaNまたはZnOなど透光性のある量子ドットとして機能する材料を用いることができる。
　次に図２を用いて、図１の近接場光デバイス１が光源１１からの入射光のエネルギーを移動させる方法について説明する。光源１１からの入射光はGaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４を透過し、InAs量子ドット１５に到達し、InAs量子ドット１５の周囲に近接場光１８が発生する。発生した近接場光１８のエネルギーは金属端１７に移動し近接場光１９となる。金属端１７に移動した近接場光１９は、対象物２１と金属端１７との距離が近接場相互作用を引き起こす距離（例えば２０ｎｍ（ナノメートル）以下）であるとき、金属端１７から対象物２１の表面の微小スポット２０に近接場光１９が移動する（すなわちエネルギーが移動する）。微小スポットは光の回折限界より小さいナノオーダーのスポットである。
　対象物２１が磁気記録媒体であるならば、微小スポットに熱などのエネルギーが照射されることになり、昇温する領域を小さくすることができ、小さい面積（体積）の磁気記録ビッドを形成することができる。
　光源１１のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、金属端１７から対象物２１の微小スポットへのエネルギー移動を制御する。これにより、例えば磁気記録ビットの記録を行う。
　＜第２の実施形態＞
　次に、量子ドットを２段に積層した近接場光デバイス１００について図３を用いて説明する。近接場光デバイス１００は、光源１０１、GaAs基板１０２、GaAsバッファ層１０３、第１InAs層１０４、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ、第１GaAs層１０６、第２InAs層１０７、第２量子ドット１０８、第２GaAs層１０９及び金属端１１０から構成されている。量子ドットが２段構成になっている以外は図１に示した近接場光デバイス１と同様の構成となっている。
　第１InAs層１０４上には複数の第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂが形成されており、光源１０１からの入射光を複数の第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂで受けとる。第２InAs層１０７上には第２量子ドット１０８が形成されている。
　第２量子ドットの個数は第１量子ドットの個数より少ない（例えば、第１量子ドット４個に対して第２量子ドット１個、第１量子ドット９個に対して第２量子ドット１個など）。また、第２量子ドットの大きさは第１量子ドットの大きさより大きい（例えば、第２量子ドットの直径が６０ｎｍに対して第１量子ドットの直径は５０ｎｍ、第２量子ドットの直径が２０ｎｍに対して第１量子ドットの直径は１５ｎｍなど）。
　下層（第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ）と上層（第２量子ドット１０８）の量子ドットは近接場光相互作用で結合可能な距離を満たすように、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ及び第２量子ドット１０８が構成されている。
　図４を用いて近接場光デバイス１００が光源１０１からの入射光のエネルギーを移動させる方法について説明する。光源１０１からの入射光はGaAs基板１０２、GaAsバッファ層１０３、InAs層１０４を透過し、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂに到達し、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂの周囲に第１の近接場光１１１が発生する。そして、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂの第１の励起状態と第２量子ドット１０８の第２の励起状態のエネルギー準位とが共鳴状態となる。
　共鳴状態となることにより、近接場相互作用により第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂから、第２量子ドット１０８へエネルギー移動が起こり、第２量子ドット１０８の周囲に第２の近接場光１１２が発生する。発生した第２の近接場光１１２のエネルギーは金属端１１０に移動し金属端１１０の周囲に第３の近接場光１１３が発生する。金属端１１０の周囲に図示せぬ対象物が、近接場相互作用を引き起こす距離にあるときに対象物の微小スポットに第３の近接場光１１３が移動しエネルギー移動が起こる。
　複数層に量子ドットを配置することにより、入射光のエネルギーを効率よく収集することが可能となる。光源１０１に一番近い層に形成された複数の量子ドット（ここでは、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ）により、入射光を近接場光に変換し、上層に設けられた量子ドット（ここでは、第２量子ドット１０８）にエネルギーを移動させていくことにより、微小領域にエネルギーを集約させることが容易となる。
　また、図５に示すように、量子ドットの層を３層にするようにしてもよい。下層に位置する第１量子ドットグループ２０１の各々の量子ドットが光源２０４からの入射光を受け第１近接場光（図示せず）を発生させる。第１量子ドットグループ２０１と中間層の第２量子ドットグループ２０２が共鳴状態となり、第１量子ドットグループ２０１から第２量子ドットグループ２０２にエネルギー移動が起こり、第２量子ドットグループ２０２の各々の量子ドットに第２近接場光（図示せず）が発生する。
　そして同様に、第２量子ドットグループ２０２と上層の第３量子ドットグループ２０３が共鳴状態となり、第２量子ドットグループ２０２から第３量子ドットグループ２０３にエネルギー移動が起こり、第３量子ドットグループ２０３の各々の量子ドットに第３近接場光（図示せず）が発生する。発生した第３近接場光のエネルギーは金属端２０５に吸収される。吸収されたエネルギーは光、熱などのエネルギーに変換され放出される。
　各層の量子ドットは、層間（下層と中間層、中間層と上層）では、下層と中間層の量子ドット間や中間層と上層の量子ドット間では、近接場光相互作用で結合可能な距離となるように、各層の層厚、各層の量子ドットの高さ、量子ドットの大きさが設計される。
　図５に示した例では、第１量子ドットグループ２０１、第２量子ドットグループ２０２、第３量子ドットグループ２０３の順で、各グループに属する量子ドットの数が減少する。さらに、第１量子ドットグループ２０１、第２量子ドットグループ２０２、第３量子ドットグループ２０３の順で、各グループに属する量子ドットの大きさが大きくなるように設計される。これらはエネルギー変換効率を高め、微小スポットにエネルギーを集中させるための工夫である。
　図５では、３層の量子ドットグループからなる構成を説明したが、３層に限らず、３層以上の量子ドットグループからなる構成にしてもよいことはいうまでもない。
　＜第１の変形例＞
　図６は、図３に示した２層の量子ドットグループからなる近接場光デバイスの変形例を示した図である。図６の近接場光デバイス３００は、第１量子ドットグループ３０１、第２量子ドットグループ３０２、光源３０３、及び金属微粒子３０４から構成されている。図６は、第１及び第２の量子ドットグループをメサ構造体（テーパー形状）の中に形成した構造を示している。
　メサ構造体を用いることで、下層の面積より上層の面積が小さくなっているので、下層の第１量子ドットグループ３０１から上層の第２量子ドットグループ３０２へのエネルギー移動の効率を上げることができる。また、側面をテーパー形状とすることで、近接場光デバイス３００のエッチング工程の簡易化や時間短縮につながる。
　また、金属端を金属微粒子３０４とすることで、上層の第２量子ドットグループ３０２に集中したエネルギーをさらに効率よく吸収することが可能となる。特に、金属微粒子３０４を構成する金属材料を金（Ａｕ）とすると、金（Ａｕ）の持つ広範囲のエネルギーバンドにより、無駄なくエネルギー吸収を行うことができる。
　＜第２の変形例＞
　図７は、例えば、GaAs媒体中にInAsで構成された量子ドットが分散された近接場光デバイス４００を示した図である。近接場光デバイス４００は、メサ構造体の中に分散している量子ドットグループ４０１、光源４０２、及び金属微粒子４０３から構成されている。
　メサ構造体は下層から上層（光源４０２から金属微粒子４０３）の方向に向かって段々と狭くなっている構成であり、量子ドットの数も下層から上層に向かって少なくなっていくように構成される。光源４０２からの入射光は下層に位置した量子ドットにより近接場光となり、エネルギー移動により、上層の量子ドットにも近接場光が発生し、最後に金属微粒子４０３にエネルギーが集中される。
　このような構造は、GaAs媒体中にInAsの量子ドットが均一に分散された材料を、マスクを用いてエッチングしたり、メサ構造とは逆パターンの凹凸構造が刻まれたモールドを用いてインプリントしたりすることにより、量子ドットがメサ構造体に分散している構造を簡単にかつ大量に製造することができる。
　＜第３の変形例＞
　図８は、図６に示した近接場光デバイスの入射光の光源の位置を変えた構成を示している。図８の近接場光デバイス５００は、第１量子ドットグループ５０１、第２量子ドットグループ５０２、光源５０３、及び金属微粒子５０４から構成されている。図８は、第１及び第２の量子ドットグループをメサ構造体（テーパー形状）の中に形成した構造を示している。
　光源５０３はメサ構造体の底面から入射光を入射する位置ではなく、メサ構造体の側面から入射光を入射させるように位置している。光源の位置に制限をなくすことができ、デバイス自体の大きさを小さくすることができる。
　＜応用例＞
　図９は、図１～図８で説明した近接場光デバイスを磁気ヘッドへの搭載例を示した図である。図９に示すように、アーム５１の先端には、磁気ヘッド５２と近接場光デバイス５３とが搭載されている。磁気ヘッド５２と近接場光デバイス５３とが搭載されたアーム５１の先端部分と、磁気記録媒体５４との距離が近接場相互作用を引き起こす距離となる位置に、該先端部分が浮上するようにアーム５１が制御される。
　記録信号に基づいて、近接場光デバイス５３の光源（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦが制御されることにより、近接場光デバイス５３が備える出力端（又は金属微粒子）から磁気記録媒体５４の微小スポットへのエネルギー移動が制御される。これにより、光源がＯＮのときに磁気記録媒体５４の微小スポットにエネルギー移動が起こり、磁気記録ビットの記録が行われる。
　エネルギーが与えられることにより、微小スポットの保持力を下げるとともに磁気ヘッド５２から磁界を加え磁化反転を行うことにより記録を行う。近接場光デバイス５３で発生する微小スポットサイズは、磁気記録媒体５４の記録ドットサイズとほぼ等しい大きさとなるように、近接場光デバイス５３が備える出力端（又は金属微粒子）の大きさが設定される。
　また、従来の走査型近接場光学顕微鏡に用いられている光プローブの代わりに、近接場光源として本発明の近接場光デバイスを用いることにより、近接場光のスポットを小さくすることができ、高解像の画像を得ることが出来る。
　尚、「金属端１７」、「金属端１１０」、「金属端２０５」、「金属微粒子３０４」、「金属微粒子４０３」及び「金属微粒子５０４」は、本発明に係る「出力端」の一例である。
　＜記録装置の実施形態＞
　図１０は記録装置の基本概念を示す図であり、図１に示した近接場デバイス１と、制御部７０から構成されており、記録媒体６０に記録を行う。記録媒体６０は近接場光または近接場光エネルギーにより発生する熱により状態が変化し、記録マークを形成できる記録材料で構成されている。さらに記録媒体６０は金属端１７と一体となって近接場光を形成するため、例えば、金（Au）からなる金属を含んで構成されている。
　近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以上（例えば２０nm以上）の時は、制御部７０により光源１１をＯＮとすると量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動し金属端１７の周辺に近接場光１９が発生する。金属端１７と記録媒体６０との距離が所定距離以上の場合は、記録媒体６０側に近接場光は相互作用を起こさない。
　図１１に示すように、記録媒体６０及び近接場デバイス１の両方、あるいは、記録媒体６０及び近接場デバイス１のどちらか一方を動かし、近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以下（例えば２０nm以下）の時は、制御部７０により光源１１をＯＮとすると量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動する。そして、金属端１７と記録媒体６０の一部である近接場光領域６１とを取り囲むように近接場光６５が発生する。金属端１７と記録媒体６０の一部である近接場光領域６１とが一体となり近接場光６５が発生する。近接場光６５のエネルギーにより、記録媒体６０自体（近接場光発行領域６１とその周辺）が発熱する。記録媒体６０が熱により状態が変化する材料を用いている場合には、当該発熱により記録マークが形成される。また、記録媒体６０が磁気記録媒体である場合は、記録媒体６０自体（近接場光発行領域６１とその周辺）が発熱することにより近接場光発行領域６１の保持力が下がり図示せぬ記録ヘッドにより発生させる磁界により磁気記録を行うことが可能となる。
　図１２は、制御部７０により光源１１が記録マーク３０を形成するのに十分な時間だけＯＮされ、発生した近接場光６５のエネルギーにより記録マーク３０が記録媒体６０上に形成された状態を示している。記録マークが形成された後は制御部７０により光源１１がＯＦＦされ、近接場光１７は発生していない。そして、記録媒体６０が移動または回転すること、あるいは近接場光デバイス１が移動することにより、記録位置が移動する。図１３は記録媒体６０が紙面上右へ移動し、記録マーク３０の左側が新たな近接場光領域６１となる。制御部７０は再度光源１１をＯＮとし、前述の記録方法と同様に、近接場光６５により新たな記録マークが形成させる。このように、記録したい記録情報に基づいて制御部７０が光源１１をＯＮ/ＯＦＦ制御を行い、さらに金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以下（例えば２０nm以下）を保つことによって、例えば一定速度で回転している記録媒体６０に情報を連続して記録することができる。
　＜記録装置の変形例１＞
　図１４は、記録装置の変形例１を示している。記録媒体６０１以外の構成は図１０に示した記録装置の構成と同じである。記録媒体６０１は非金属領域６０２と島状に離散した金属領域６０３ａ～６０３ｃから構成されている。非金属領域６０２は樹脂やガラスなどから構成され、近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない材料から構成される。金属領域６０３ａ～６０３ｃは近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生する金（Au）などの金属を含んだ磁性体である。各々の金属領域６０３ａ～６０３ｃは非金属領域６０２で隔離されている。また非金属領域６０２は非金属だけでなく、近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない非磁性体で構成してもよい。
　記録媒体６０１に情報を記録する場合、近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０１の間の距離を所定距離以下（例えば２０nm以下）に保ち、制御部７０により光源１１をＯＮとする。入射光により量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動する。そして、金属端１７と記録媒体６０１の金属領域６０３ａと取り囲むように近接場光６５が発生する。金属端１７と金属領域６０３ａとが一体となり近接場光６５が発生する。近接場光６５のエネルギーにより、金属領域６０３ａ自体（金属領域６０３ａとその周辺）が発熱する。すると金属領域６０３ａの保持力が下がり図示せぬ記録ヘッドにより派生する磁界に応じて磁気記録を行うことが可能となる。
　図１５は、制御部７０により光源１１が金属領域６０３ａに磁気記録が行われるのに十分な時間だけＯＮされ、発生した近接場光６５のエネルギーにより金属領域６０３ａの記録が完了した状態を示している。また、記録媒体６０１が移動または回転すること、あるいは近接場光デバイス１が移動することにより、記録位置が移動している。つまり、近接場デバイス１の先端の金属端１７が金属領域６０３ａと金属領域６０３ｂの非金属領域６０２に対峙するように位置していることになる。このとき制御部７０により光源１１がＯＦＦされ、近接場光１７は発生しないように制御する。また、入射光を完全にＯＦＦとするのではなく、非金属領域６０２と金属端１７が対峙しているときは入射光の光量を小さくし、近接場光１７のエネルギーを小さくしておくように制御部７０を制御するようにしてもよい。
　図１６は、記録媒体６０１が紙面右から左に移動することにより、金属端１７が金属領域６０３ｂと対峙している。このタイミングで、制御部７０は再び光源１１をＯＮにし、図１４での金属領域６０３ａと同様に金属領域６０３ｂに情報を記録する。さらに記録領域６０３ｃについても同様に情報の記録が行われる。
　なお、図１０～図１６では、近接場光デバイス１を図１に示したものを用いたが図２ないし図９で示されている近接場光デバイスを用いることができるのは言うまでもない。
　図１０～図１６に示した記録装置では、近接場光デバイス１の金属端と記録媒体側の一部の領域が一体となって近接場光を形成する。これは記録媒体側の一部領域が近接場光のエネルギーにより直接発熱する。従来技術のＨＡＭＲ方式では金属端に発生した近接場光による熱が、金属端から磁気記録媒体側に伝播（あるいは放射）するが、本発明では記録媒体側が直接発熱するので、記録媒体上の微小スポットを効率よく加熱することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う近接場光デバイスを用いた記録装置及び記録方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
　１、５３、１００、２００、３００、４００、５００…近接場光デバイス、１１、１０１、２０４、３０３、４０２、５０３…光源、１５…量子ドット、１７、１１０、２０５…金属端、１０５ａ、１０５ｂ…第１量子ドット、１０８…第２量子ドット、２０１、３０１、５０１…第１量子ドットグループ、２０２、３０２、５０２…第２量子ドットグループ、２０３…第３量子ドットグループ、３０４、４０３、５０４…金属微粒子、４０１…量子ドットグループ

Claims (2)

  1. 　記録媒体に対して情報を記録する記録装置であって、
    　近接場光デバイスと、
    　前記近接場光デバイスを制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記近接場光デバイスは、
    　光源と、
    　前記光源から出射された光を受光することにより第１の近接場光を発生する量子ドットと、
    　前記第１の近接場光のエネルギーの少なくとも一部が付与される金属端と、
    　を有し、
    　前記情報の記録時に、前記制御部は、光を出射するように前記光源を制御することによって、前記金属端と前記記録媒体の一部の領域とが一体となって第２の近接場光を発生させ、前記記録媒体の一部の領域を発熱させる
    　ことを特徴とする記録装置。
  2. 　光源と、前記光源から出射された光を受光することにより第１の近接場光を発生する量子ドットと、前記第１の近接場光のエネルギーの少なくとも一部が付与される金属端と、を有する近接場光デバイスを備える記録装置において、記録媒体に対して情報を記録する記録方法であって、
    　前記光源から光が出射されるステップと、
    　前記出射された光に起因して、前記金属端と、前記記録媒体の一部の領域とが一体となって第２の近接場光を発生させるステップと、
    　前記第２の近接場光のエネルギーにより前記記録媒体の一部の領域が発熱するステップと、
    　を備えることを特徴とする記録方法。
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