2020 Fiscal Year Research-status Report
超高密度熱アシスト磁気記録用高効率・小型ナノ光ヘッドの研究
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19K04541
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
片山 龍一 福岡工業大学, 工学部, 教授 (30610521)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱アシスト磁気記録 / 近接場光 / リング共振器 / ナノ光アンテナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目的は、提案する熱アシスト磁気記録用ナノ光ヘッドを搭載した超高密度ハードディスク装置を実用化し、持続可能で豊かな情報文化社会の実現に寄与することである。熱アシスト磁気記録はハードディスク装置の記録密度向上に不可欠な技術である。熱アシスト磁気記録には熱源となる近接場光を発生するナノ光ヘッドが必要であるが、光の利用効率が低くサイズが大きいことが課題である。本研究の補助事業期間内の目的は、光源を内蔵した新規な構成により、従来に比べて遥かに光の利用効率が高くサイズが小さいナノ光ヘッドを実証することである。そのために解析と実験の両面から研究を進めた。
解析に関しては、半導体リング共振器とナノ光アンテナを組み合わせた新規な構成のナノ光ヘッドについて、その構成の最適化を目的として、前年度に引き続き3次元有限要素法を用いた電磁界解析のシミュレーションを行った。その結果、リング共振器については、製作トレランス、レーザー発振の安定性、近接場光の強度の観点から、リングの幅およびサイズに最適値が存在することを示した。また、ナノ光アンテナについては、先端の尖鋭化により記録密度2Tb/inch^2に相当する直径18nmの微小な光スポットが得られることを示すと共に、近接場光の強度の観点から、アンテナの長さおよび側面のテーパー角度に最適値が存在することを示した。
一方、実験に関しては、リング共振器の壁面の平滑性の向上、およびリング共振器とナノ光アンテナの間隔の狭小化を目的としたデバイス試作に注力した。その結果、リング共振器の壁面で光が全反射する際に発生する光損失が大幅に低減されると共に、リング共振器にナノ光アンテナを近接させることにより、従来のデバイスに比べて近接場光の強度が大幅に増加した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度の研究計画は、電磁界解析のシミュレーションの結果に基づき光の利用効率を最大にするナノ光ヘッドの最適な構成を導出することと、実際にナノ光ヘッドを製作して光の利用効率等の静的な評価を行いその有効性を示すことであったが、それらの目標はほぼ達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的は光の利用効率が高くサイズが小さいナノ光ヘッドを実証することであり、そのために引き続き解析と実験の両面から研究を進める。
解析に関しては、レーザー発振の安定性の観点から、半導体リング共振器における複数の固有モードのうち、所望の固有モードのみが選択的に励起されるようなナノ光ヘッドの構成を考案する必要がある。リング共振器における固有モードの励起の過程には共振器内のキャリアの振る舞いと光の振る舞いの両方が関与するため、キャリアの解析と電磁界の解析を組み合わせたシミュレーターを新規に構築してシミュレーションを行う。さらに、熱解析とも組み合わせることにより、磁気記録媒体上の光スポットによる温度上昇のシミュレーションを行い、実際の熱アシスト磁気記録への適用可能性を示す。
一方、実験に関しては、研究協力者である（株）イノバステラや米国のカーネギーメロン大学からの支援を受け、解析の結果を随時取り入れながらナノ光ヘッドの製作、評価を継続する。
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| Causes of Carryover |
（理由）
研究協力者との打ち合わせや成果発表のための国際会議がCOVID-19の影響により全てオンラインで行われたため旅費が発生せず、その費用を解析のリソース強化のためのハードウェアおよびソフトウェアの購入に充当したが、若干の差額が生じた。
（使用計画）
次年度には研究協力者との打ち合わせや成果発表のための国際会議に必要な旅費、および解析のリソース強化のための物品費が引き続き発生する予定である。次年度使用額は翌年度分の請求額と合わせ、COVID-19の状況に応じて旅費と物品費の配分を考慮しながら有効に使用する計画である。
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