現在の高密度HDD(ハードディスクドライブ)には��(k┫)直磁気記�{�\術が使われているが、NEDOのプロジェクトは��(k┫)直磁区（マグネティックドメイン）の表�C�∨，鯣�細化し、記�{密度を現行の10倍の5Tビット/平��(sh┫)inchに�\��(d┛ng)するという�`�Yを�eって、2008�Qから5カ�Q��画で進められている。このプロジェクトは単に磁気ヘッドの開発だけではなく、HDDドライブ����に渡って10倍の記�{密度を�W定に読み書きできるようにしようというもの。このため、磁性材料やディスクの開発から、ノイズに�mもれた信��(gu┤)を読み出すための読みだし�\術、機械�Uの�@密位����め�\術に至る総合ドライブ�\術の開発となる。日立のほか、日立グローバルストレージテクノロジーズ、東��などが参加している。

日立��作所の中央研�|所が開発したのはこのうち、磁気ヘッド�\術である。高密度なディスクは��(r┫n)常に微細な磁区が��要になるが、それを書き込み読み出すためのエネルギーは少なくて済むが、反�Cビット反転しやすくなる。�W定な磁化を確保するためには高いエネルギーで書きこまなければならない。反応の��性化エネルギーは�j(lu┛)きくしておけば、�~単に磁区が反転することがなくなるからである。

図1　磁化を�W定に反転させるためマイクロ�S共鳴を使う

今�v、日立が磁区書き込みに��要なエネルギーを、マイクロ�Sの共鳴によって電子を��さぶることで�{加できるような��(sh┫)法を使った。日立はこれをマイクロ�Sアシスト効果と�}んでいる。磁区内の磁化は歳差運動を行っており、ジャイロゴマのように根元を頂点とする逆����のような形でスピンの先は�v転運動をしている。エネルギーを加えることは、歳差運動が��しくなり逆向きの��が加わると反転してしまうことになる。しかし、いったん反転すると、�W定して小さなスピンに落ち��く。

図2　スピントルク素子の基本構�]

わずか60nmという微細な磁区にめがけてビームの細いマイクロ�Sを照�o(j━)することは極めて�Mしい。そこで日立はマイクロ�Sを発�擇垢襪燭瓩縫好團鵐肇襯�発振素子と�}ぶ発振素子を開発した。これは、磁気ヘッドと�瑤燭茲Δ聞暑]の磁化�O�y(t┓ng)層に�T在する電子のスピンを磁区のスピンと交換することで磁化の歳差運動を?q┗)�発にすることで高周�S磁�cを発�擇気擦茲Δ箸いΔ發�。このため素子�∨，錬永�100nm以下に加工する��要がある。

図2のように磁化�w定層、��(r┫n)磁化層、磁化�O�y(t┓ng)層に平行に直流電流（数mA）を流し、さらに外�陲�ら��磁�cも印加する。電流の向きに�瓦靴撞娶�きの電子スピンが発�擇�、バランスをとろうとする。ここで電子のスピンと磁化のスピンが交換作��によって磁化のスピンが�L�Cに��(k┫)直��(sh┫)向に立つことになる。�L�Cに��(k┫)直��(sh┫)向にディスク����の��(k┫)直磁区が�T在するため、この��(k┫)直��(sh┫)向のスピンからのトルクエネルギーによってマイクロ�Sが発�擇轡妊�スク�笋亮Ф茲��R入されることになる。

今�vは�O�y(t┓ng)層を2層の積層構�]にすることで12GHzのシャープなスペクトルのマイクロ�Sを発�擇任�た。この周�S数と同じ周�S数で、ディスクの磁化反転を共鳴させると、ディスクを磁化できるという�lである。ディスク����の磁区を12GHzで共鳴させるためにはディスク材料や構�]を工夫するという。

図3　記�{ヘッドに加えたマイクロ�S発�攸濃�

実�xでは、幅100数��nmで�峅爾慮�きで交互に磁化された磁性��表�Cを幅60nmの発振素子で走�hさせると、より広い幅の磁区の�覦茲涼罎波薪召任�た�霾�が確認できた。素子の幅を30nm、マイクロ�SアシストによってS/N 11dBの信��(gu┤)を読み出せるとしてシミュレーションしたところ、30nm幅の磁区反転できることを確認した。これによって記�{密度にして3.3Tビット/平��(sh┫)inchという記�{密度を�u(p┴ng)た。

流す電流は1磁区当たり、数mAオーダーだというが、高密度HDDでは電流をさらに下げて消�J電��を下げる��要がある。このため、スピン交換作��の効率をもっと�屬欧襦△修里燭瓩虜猯舛魍�発する、などの�}法をこれから工夫していく。