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2012 年度 実施状況報告書

次世代垂直磁気記録用高密度高周波記録ライトヘッドの提案

研究課題

研究課題/領域番号 24560425
研究種目

基盤研究(C)

研究機関新潟工科大学

研究代表者

金井 靖  新潟工科大学, 工学部, 教授 (00251786)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード垂直磁気記録 / 記録ヘッド / マイクロマグネティック解析 / 並列計算
研究概要

1.うず電流の計算と計算システムの高速化:現有の差分法ベースのソフトウェアではなく,有限要素法(Magparなど)ベースの方法で検討することとした.この理由は差分法では磁性体の境界でうず電流の法線方向成分を連続とするため,プログラムが複雑になることに加え,処理時間は3倍になること,さらにはデータ作成が非常に煩雑になるためである.計算システムの高速化は新たに導入されたハードウェアにより実現された.
2.動的なヘッド磁界計算と残留媒体計算の組み合わせ:記録ヘッドの動磁界解析およびマイクロマグネティック媒体記録シミュレーションを組み合わせた評価を行い,論文報告を行った.具体的には,(1)ライトヘッドの記録磁界を,時系列を追って3次元空間で,マイクロマグネティック解析により求め,(2)その結果をマイクロマグネティック媒体記録シミュレーションに引き渡し,(3)媒体残留磁化パターンを評価したところ,媒体の逆磁区核形成磁界を適当に選択することにより,記録ヘッドのシールド部から発生する不要磁界によるノイズは大幅に低減できることが分かった.
3.次世代垂直磁気記録方式(シングル記録方式,熱磁気記録方式,高周波アシスト記録方式,およびビットパターン媒体を用いた方式)に対応した磁気記録ライトヘッドの提案:次世代垂直磁気記録システムに用いられるライトヘッド構造および材料の提案を行い,共著者として多くの論文報告を行った.一例を挙げると高周波アシスト磁気記録において,スピントルクオシレータと磁気ヘッドは単独で解析するのではなく,一体として解析する必要があることを報告した.また,平面型記録ヘッドおよび従来構造記録ヘッドモデリングにより高速応答を決定する本質的な因子を見出した.すなわち,コイルの構造と主磁極とコイルの相対位置,シールドの構造,主磁極先端の構造,および主磁極とシールドの距離,などである.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初より開発してきたソフトウェアは差分法をベースにしているため,うず電流への対応が極めて難しいことが判明した.そこで,有限要素法(Magparなど)ベースの方法で検討することとしたので,うず電流プログラムの開発が遅れている.一方,平面型記録ヘッドおよび従来構造記録ヘッドモデリングにより高速応答を決定する本質的な因子を見出した.また,高周波アシスト記録用ヘッドに関し,Maxwell方程式を解く有限要素法を利用して,記録磁界強度を保つとともにスピントルクオシレータに加わる磁界強度が強く一様にできるような磁気ヘッド構造を見出した.さらに,高周波アシスト記録用ヘッドに関しては,スピントルクオシレータと磁気ヘッドを一体に解析する必要があることを明らかにした.以上により,ある部分は進んでいるが,ある部分では遅れがある.これより,おおむね順調に進んでいる,と判断している.

今後の研究の推進方策

1.うず電流を考慮した記録ヘッドの計算と計算システムの高速化
2台めの計算機システムを導入する.アルゴリズムの改良を図ることにより,計算効率は大幅に上がり,種々の提案が可能になると予想する.
2.動的なヘッド磁界計算と残留媒体計算とを組み合わせる
平成24年度までにライトヘッド磁界解析シミュレーションと媒体磁化記録シミュレーションがオフラインでつなげ,結果を論文にまとめ報告したが,これを一体化して計算することが望ましい.現状では,それぞれのマイクロマグネティック計算が膨大な計算時間と計算機メモリを必要としており,一体化した際には莫大な計算時間および計算機メモリを要するが,その対処方法を検討する予定である.
3.4種類の次世代垂直磁気記録方式に対応した磁気記録ライトヘッドの提案
平成25年中に,シングル記録方式(Shingled magnetic recording: SMR)が導入されるとのアナウンスが各社からあった.SMRはもともと2次元磁気記録方式(two-dimensional magnetic recording: TDMR)の記録部分であるから,SMR用ライトヘッドは,大きな変更を伴わずにTDMR用ライトヘッドに発展すると考える.熱アシスト磁気記録方式(Thermally-assisted magnetic recording: TAMR)は平成25年度までに導入されるとの予測は少なく,MAMRおよびビットパターン媒体(bit-patterned media: BPM)は平成25年度までに導入されることはないと予測されている.しかしながら,一般にTAMRと組み合わせてBPMは垂直磁気記録の究極の形態であると考えられ,さらにTDMRとの組み合わせが考えられる.平成25年度は研究動向に注意しながらライトヘッドを提案する.

次年度の研究費の使用計画

1.平成24年度に購入した計算機システムは,納入業者のご厚意により,納入価格が相当に下がった.この差額分により,平成25年度は初年度よりも上級仕様の計算機システムを導入する.
2.うず電流プログラムを当初予定の差分法から有限要素法に変更予定であり,ソフトウェア開発環境を整備する必要がある.そのため,コンパイラなどを揃える予定である.
3.投稿していた論文が採録され,カラー印刷を依頼している.この費用(投稿料金)を本予算から支弁する予定である.
4.結果の公表に関し,より積極的に国内外で学会発表を行う予定である.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Micromagnetic model analysis of planar-type write head field response and dependence on pole tip, return yoke and shield structure2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanai, H. Tamura, K. Yamakawa, K. Yoshida, S. J. Greaves, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 49 ページ: in press

    • DOI

      10.1109/TMAG.2013.2251893

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermally assisted magnetic recording at 4 Tbit/in22013

    • 著者名/発表者名
      S. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 49 ページ: in press

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High frequency recording with shielded planar type heads2013

    • 著者名/発表者名
      S. J. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 49 ページ: in press

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A study on modeling of the writing process and two-dimensional neural network equalization for two-dimensional magnetic recording2012

    • 著者名/発表者名
      M. Yamashita, Y. Okamoto, Y. Nakamura, H. Osawa, K. Miura, S. J. Greaves, H. Aoi, Y, Kanai, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 ページ: 07B727-1, -3

    • DOI

      10.1063/1.4766351

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High speed magnetisation reversal in heat-assisted magnetic recording2012

    • 著者名/発表者名
      S. Greaves, H. Muraoka, and Y. Kanai
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 ページ: 07B706-1, -3

    • DOI

      10.1063/1.3677679

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microwave-assisted magnetic recording simulation on exchange-coupled composite medium2012

    • 著者名/発表者名
      T. Tanaka, A. Kato, Y. Furomoto, A. F. Md Nor, Y. Kanai, and K. Matsuyama
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 ページ: 07B711-1, -3

    • DOI

      10.1063/1.3678450

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis and design of shingled magnetic recording systems2012

    • 著者名/発表者名
      K. K. Teo, M. R. Elidrissi, K. S. Chan, and Y. Kanai
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 ページ: 07B716-1, -3

    • DOI

      10.1063/1.3679383

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ライトギャップ内に配置したSTO素子の発振特性シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      高橋達明,朝香壮太,吉田和悦,金井靖
    • 雑誌名

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      巻: 36 ページ: 150, 154

    • DOI

      10.3379/msjmag.1205R002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetisation switching in energy assisted recording2012

    • 著者名/発表者名
      S. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 48 ページ: 1794-1800

    • DOI

      10.1109/TMAG.2012.2187776

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micromagnetic model analysis of planar type recording write heads for high transfer-rate recording2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanai, H. Hosokai, K. Yamakawa, K. Yoshida, S. J. Greaves, and H. Muraoka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 48 ページ: 1723, 1730

    • DOI

      0.1109/TMAG.2012.2194988

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of magnetostatic interactions between spin-torque oscillator and SPT writer on oscillation characteristics of spin-torque oscillator2013

    • 著者名/発表者名
      S. Asaka, T. Hashimoto, K. Yoshida, and Y. Kanai
    • 学会等名
      12th Joint MMM-Intermag Conference
    • 発表場所
      Chicago, IL, U.S.A.
    • 年月日
      20130114-20130118
  • [学会発表] High frequency recording with shielded planar type heads2013

    • 著者名/発表者名
      S. J. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      12th Joint MMM-Intermag Conference
    • 発表場所
      Chicago, IL, U.S.A.
    • 年月日
      20130114-20130118
  • [学会発表] GPGPUによるマイクロマグネティックシミュレータの高速化2012

    • 著者名/発表者名
      山口諒輔, 山口実靖, 吉田和悦, 金井靖
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 発表場所
      愛媛県松山市 愛媛大学
    • 年月日
      20121213-20121214
  • [学会発表] マイクロ波アシスト磁気記録過程のマイクロマグネティック計算2012

    • 著者名/発表者名
      田中輝光, 風呂本至時, 大塚勇人, 金井靖, 松山公秀
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 発表場所
      東京都新宿区 早稲田大学
    • 年月日
      20121116-20121116
    • 招待講演
  • [学会発表] Heat assisted recording at 4 Tbit/in2;2012

    • 著者名/発表者名
      S. J. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      Asia-Pacific Magnetic Recording Conference (APRMC2012)
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      20121031-20121102
    • 招待講演
  • [学会発表] Optimal design of MAMR and HAMR by applying response surface methodology2012

    • 著者名/発表者名
      H. T. Wang, M. R. Elidrissi, K. S. Chan, K. Eason, B. X. Xu, S. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      Asia-Pacific Magnetic Recording Conference (APRMC2012)
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      20121031-20121102
  • [学会発表] シールドプレーナー型ヘッドによる高転送レート記録の検討:主磁極先端形状とシールド構造2012

    • 著者名/発表者名
      田村英和, 金井靖, 山川清志, 吉田和悦, Simon Greaves, 村岡裕明
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 発表場所
      秋田市 秋田県産業技術センター
    • 年月日
      20121018-20121019
  • [学会発表] Planar head field responses to high-frequency write current on shield structures2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tamura, Y. Kanai, K. Yoshida, K. Yamakawa, S. J. Greaves, and H. Muraoka
    • 学会等名
      ICAUMS2012 / 36th Conference on Magnetics in Japan
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20121002-20121005
  • [学会発表] High frequency recording with shielded planar heads2012

    • 著者名/発表者名
      S. J. Greaves, H. Muraoka, and Y. Kanai
    • 学会等名
      ICAUMS2012 / 36th Conference on Magnetics in Japan
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20121002-20121005
  • [学会発表] Oscillation characteristics of STO inserted between main-pole and trailing shield of SPT head2012

    • 著者名/発表者名
      S. Asaka, T. Hashimoto, K. Yoshida, and Y. Kanai
    • 学会等名
      ICAUMS2012 / 36th Conference on Magnetics in Japan
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20121002-20121005
  • [学会発表] Microwave assisted magnetic recording simulation on three layered exchange coupled composite medium2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Furomoto, Y. Otsuka, H. Otsuki, T. Tanaka, Y. Kanai, and K. Matsuyama
    • 学会等名
      ICAUMS2012 / 36th Conference on Magnetics in Japan
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20121002-20121005
  • [学会発表] LLG micromagnetic analysis of perpendicular recording heads - High transfer-rate recordings2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanai
    • 学会等名
      Invited lecture, Dept of ECE, Florida International University in conjunction with IEEE
    • 発表場所
      Florida International Univ., Miami, FL, U.S.A.
    • 年月日
      20120813-20120813
    • 招待講演
  • [学会発表] SPTヘッドのトレーリングシールドの形状がSTO素子の発振特性に与える影響2012

    • 著者名/発表者名
      橋本卓弥,朝香壮太,吉田和悦,金井靖
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 発表場所
      茨城県日立市 茨城大学
    • 年月日
      20120719-20120720
  • [学会発表] Oscillation characteristics of spin-torque oscillator calculated using integrated simulator with spt writer2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida, S. Asaka, T. Hashimoto, and Y. Kanai
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] エネルギーアシスト記録:熱補助記録とマイクロ波アシスト記録の比較2012

    • 著者名/発表者名
      サイモングリーブス,村岡裕明,金井靖
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 発表場所
      宮城県仙台市 東北大学
    • 年月日
      20120614-20120615
    • 招待講演
  • [学会発表] Micromagnetic model analysis of write head field responses on pole tip, return yoke and shield structures2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanai, H. Tamura, H. Hosokai, K. Yamakawa, K. Yoshida, S. J. Greaves, and H. Muraoka
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference
    • 発表場所
      Vancouver, BC, Canada
    • 年月日
      20120507-20120511
  • [学会発表] A comparison of HAMR and MAMR systems via micromagnetic/GFP modelling and channel simulations2012

    • 著者名/発表者名
      H. Wang, M. R. Elidrissi, S. S. B. Shafiee, K. Eason. K. S. Chan, S. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference
    • 発表場所
      Vancouver, BC, Canada
    • 年月日
      20120507-20120511
  • [学会発表] Modeling of writing process for two-dimensional magnetic recording and performance evaluation of two-dimensional neural network equalizer2012

    • 著者名/発表者名
      M. Yamashita, Y. Okamoto, Y. Nakamura, H. Osawa, K. Miura, S. Greaves, H. Aoi, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference
    • 発表場所
      Vancouver, BC, Canada
    • 年月日
      20120507-20120511
  • [学会発表] Effect of time-dependent head fields on recording performance2012

    • 著者名/発表者名
      S. Greaves, Y. Kanai, and H. Muraoka
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference
    • 発表場所
      Vancouver, BC, Canada
    • 年月日
      20120507-20120511
  • [備考] 新潟工科大学 金井研究室

    • URL

      http://kanai-lab.iee.niit.ac.jp/~web/

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公開日: 2014-07-24  

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