磁気記録―直近40年の進歩と将来―

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磁気記録

——

直近

40 年の進歩と将来

——

中村

慶久

†a)

Progress of Magnetic Recording in the Previous 40 Years and the Future

Yoshihisa NAKAMURA

†a)

あらまし磁気記録は1898 年の Poulsen の発明から始まる．1940 年ごろに独日米で前後して交流バイアス法が発明されて磁気テープを使う録音機が生まれて，本格的な実用期に入る．_{1956 年ごろのほぼ同時期に VTR} と_{HDD が生まれ，更に音声や映像がディジタル化され，1990 年代から HDD の記録密度が飛躍的に向上した．} あらゆる情報をストレージできる磁気記録の役割は情報爆発時代になってますます不可欠なものになっている．本論文では，_{1 世紀以上に及ぶ磁気記録の歴史で，直近 40 年の進展の経緯を振り返る．中でも，およそ 35 年前} に日本で垂直磁気記録方式が提案され，実用に至った経緯について，実際にそれに携わった筆者の視点から述べ，今後の展望についても述べる．キーワード磁気記録，VTR，HDD，垂直磁気記録，情報ストレージ

1. まえがき

筆者の手元に，昭和36（1961）年11月発行の電気通信学会雑誌の「磁気記録特集号」がある．その序で当時の高木昇編集長は以下のように書いておられる[1]．「有線，無線通信技術において，信号を蓄積記録しておき希望の時刻に再生利用する技術は極めて重要である．信号記録の方法としては，機械的方法，光学的方法，磁気的方法あるいは静電的方法などがあるが，これらのうち磁気記録技術は現在最も広い応用の分野を有している．（中略）この記録技術の進展は再生信号の特性が優れており，記録された媒体の取り扱いが容易であること，保存性がよいことなどによるが，さらに近来記録の高密度化，安定化の研究が進められ，その結果今後益々多角的な応用が期待される」．今から 47年以上も前のこの文章は今でも通用する．磁気記録は，今日ハイテクと呼ばれるものの中でも古くから始まったものの一つである．今から110 年も前の1898年，デンマークの電信技術者であったValdemar Poulsenが，電話の伝言を残す，あるいは口述筆記用として発明したのが始まりといわれ †_{公立大学法人岩手県立大学，岩手県}

Iwate Prefectural University, 152–52 Sugo, Takizawa, Iwate-ken, 020–0193 Japan a) E-mail: [email protected] る[2, Chap. 3]．しかし米国では，その更に10年前の1888年，米国の機械技師Oberlin Smithが雑誌 “Electric World”に磁気記録のアイデアを論文にして載せたのが最初で，「Valdemar Poulsenはこれを読んで実験し成功した」ともいわれている．真偽のほどは分からない[2, Chap. 2]．日本では，東北大学名誉教授で伝送工学が専門の永井健三博士が，遅延装置への応用を目的に，1932年ごろから磁気記録の研究を始めた[3]．その第一報が，昭和9年2月発行の電信電話學会雜誌第131號に「磁氣録音法と其應用に就て」と題して発表されている．永井博士は，その信号品質の改善を図る様々な実験の中から1938年に交流バイアス法を発明し，昭和13年 3月発行の電氣通信學会雜誌第180號に「磁氣録音に於ける交流吹消法に關する實驗的考察」と題して発表するとともに，特許も取っている．この特許があって， 1950年に東京通信工業（後のソニー）が国産初のテープレコーダを市場に出せた[4]．このことが今日の日本の磁気記録産業の原点になっており，永井博士が日本の磁気記録の父としていわれているゆえんでもある．本論文の表題に「直近40年の· · ·」とつけたのには，1世紀以上にも及ぶ磁気記録技術の長い歴史の中での最近40年という意味がある．この期間は，筆者が卒業研究として磁気記録を学び始めてから今日までのそれとほぼ符合している．この間に磁気記録技

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図 1 4ヘッド型 VTR の磁気テープ及びヘッド走査部と現在の DVC カセットテープ

Fig. 1 A magnetic tape and a head scan assembly for the Ampex Quardruplex Video Recorder in comparison with a current DVC tape cas-sette. 術が飛躍的な進歩を遂げた．図1は，筆者が研究室に配属された昭和37（1962）年当時の放送用4ヘッド型VTRの磁気テープと磁気ヘッドアッセンブリーを，今の家庭用ディジタルVTRのテープカセットと比較した写真である[5]．初期のビデオテープは幅約 5 cm（2 inch）で，直径60 cm程度のリールに巻いており，その重さで腰を痛めた放送局員もいたと聞いている．一方，1957年にIBMが初めて市場に出し

たIBM350型磁気ディスク装置は，RAMAC（ Ran-dom Access Method of Accounting and Control）と呼ばれ，これも約60 cm（24 inch）径ディスク50枚で構成されていた．記録容量50,000 Character（約

5 MByte），記録密度3.1 bit/mm2（2000 bit/inch2）であった[2, Chap. 18]．最近の垂直磁化方式による2.5 型HDDは，63.5 mm（2.5 inch）径ディスク2枚で構成され，記録容量320 GByte，記録密度250 Gbit/inch2 （387.5 Mbit/mm2）である．記録容量で64,000倍， 1 bitの占有面積は125,000,000分の1に縮小した．この間に磁気記録は，磁気テープを用いる録音・録画のアナログ時代からHDDに様々な情報をストレージするディジタル時代に変わった．磁化方式も長手から垂直に切り換わった．以下に，筆者が見聞し体験してきた磁気記録技術の変遷と今後について述べるが，独断と偏見が含まれることをお許し頂きたい．

2. アナログ磁気記録の時代（

1960

年代）

2. 1 VTRの誕生と成長 VTRが放送用として初めてAmpexから発表されたのは1956年である．筆者が磁気記録を学び始めた 1962年ごろは，日本でテレビ放送が開始されてほぼ 10年がたち，カラー化も始まり，VTRを導入して磁気録画時代を迎えようとしていた．当初のVTRはまだ白黒で，音声の300倍近い5∼6 MHz帯域のテレビ信号を様々な工夫でできるだけ少ない磁気テープの中に押し込めようとしていた．その一つが，直径約50 mm（約2 inch）のドラムに90◦間隔で四つのヘッドを取り付け，38 cm/s（15 inch/s）で走行する約50 mm（2 inch）幅の磁気テープの幅方向に，毎秒 240回転で縦に順次走査させることであった．これによりヘッドテープ間相対走行速度38 m/s（1500 inch/s）を実現させ，広帯域なビデオ信号の記録を可能にした[2, Chap. 11]．この方式では4個のヘッドの4回転の走査で，つまり16トラックで1フィールド（画面）が構成されるように書き込まれるため，トラックごとに画質のばらつきが出ないよう調整するのが難しかった．このため，1個のヘッドの1走査で1フィールドを継ぎ目なく書き込める斜め走査方式が開発された．この方式は

RCAのE. Mastersonが1950年に発明し，Ampex

が4ヘッドVTRと並行して開発を進めて，1956年に2ヘッドで約50 mm（2 inch）幅テープに記録再生するものを初めて試作した[2, Chap. 13]．日本では， 1954年ごろから2 inch幅テープを回転ドラムに巻き付け，1ヘッドで記録再生するものの開発が東芝で始まり，1959年に試作機が公開され，1960年には2ヘッド方式によるものが日本ビクターから発表された[4]．日本のVTR技術あるいは産業を不動のものにしたのは，1968年の松下電器によるアジマス記録方式の発明で，これにより記録密度が飛躍的に高められた．更に1975年，これでカラー信号を入れる方式をソニーが導入し，小型軽量化を図ったものが「ベータマックス」の商標で売り出された[4]．これに対して日本ビクターは，カセットサイズを若干大きくして2時間記録を可能にしたVHS方式を開発した．いわゆるβ対VHS の開発競争時代に入ったが，これが1970年代の飛躍的なVTRの発展につながることになる[4]． 2. 2 日本のディジタル記録の始まり日本におけるディジタル信号の磁気記録の研究は，我が国で本格的に電子計算機の研究が始まった1950 年代から電気試験所（現産業技術総合研究所）や日本電信電話公社（現NTT），及び関連企業などにおいて次々に始まった[6]．当初，電子計算機の主記憶装置に

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磁気ドラムが使われていたが，1960年代に磁気コアメモリに替わり，更に1970年代には半導体メモリに主役の座を奪われた．一方，大量のデータを保存する外部記憶装置には比較的早くから磁気テープ装置が使われていたが，磁気コアメモリに主役を譲った磁気ドラム装置も，磁気ディスク装置が本格的に使われるようになるまでは外部記憶装置として使われていた．筆者が磁気記録の研究を始めた1960年代初めごろ，ディジタル磁気記録の研究は電電公社の電気通信研究所で盛んに行われていた印象がある．当時の電気通信学会でディジタル磁気記録に関する研究を盛んに発表していたのを記憶している．電電公社では，1960年代に電子計算機を用いる自動料金会計方式を開発し，更に電子交換機の開発へと進展させたが[7]，そのために大容量ファイルの開発が必須であった．当初は磁気テープ装置が使われていたが，高速性が要求されて1960年代末から磁気ドラム装置の開発が進められ，導入された．一方，1957年にRAMACの愛称で初めて市場に出た磁気ディスク装置は，当時は，「磁気ディスクには将来性がない」と断定する意見すらあって[8]，電電公社における磁気ハードディスク装置の開発も1971年にIBM3330が発表されてからであった．これを参考にして開発した 100 MByte容量の磁気ディスクパック装置が導入されたのは1974年ごろであった[7]．その後のディジタル時代への移行とHDD（Hard Disk Drive）の広範囲な利用状況を考えると，このころの日本のディジタル記録はまだほんの黎明期というべきであろうか． 2. 3 磁気記録研究会の発足 1964年2月，日本で最初の磁気記録シンポジウムが東北大学電気通信研究所で開かれた[9]．米国において1940年に交流バイアス方式を発明し，米国の磁気記録の父と呼ばれたMarvin Camrasを，日本の磁気記録の父である永井教授が招き，それまでほとんど交流のなかった録音録画のアナログ記録と計算機のディジタル記録の研究者・技術者が初めて一堂に会した．そのとき，同じ磁気記録でありながら使う言葉が違い，相互の研究内容を理解しがたいことが話題になった．その結果，一緒に議論する場が必要であることが提案され，同年11月，電気通信学会に磁気記録研究専門委員会が設置され，12月に第1回目の研究会が開催された． 1960年代に磁気バブルメモリや光磁気ディスクの研究開発が盛んになり，1970年ごろには「磁気記録はもう限界か」をテーマにシンポジウムが開かれたこともあった．しかし，その後も永々と研究会を続け，その間，垂直磁気記録を実用に供するなど，日本だけでなく，世界の磁気記録技術を引っ張ってきた． 2. 4 当時の磁気記録理論当時の磁気記録再生理論では，磁気テープの長手成分の磁界と磁化しか考慮していなかった．テープの磁性層が長手方向に磁化容易になるようにつくられていたことと，磁性層の厚さが記録ヘッドの空げき長に比べて比較的薄かったためである．これを基本に，既に1950年代に，正弦波信号が書き込まれている磁気テープから読み出される再生ヘッドの信号電圧について解析され．ヘッドとテープ間の分離によるスペーシング損失や再生ヘッドの空げき長によるギャップ損失については，実験でも証明され，公知のものになっていた[10]∼[12]．また，磁性層が厚いと裏面の磁化の寄与が表面に比べて弱まり，厚み当りの再生電圧は全厚が寄与するとした場合よりも相対的に減るとし，これを磁性層厚み損失と定義していた．線形的な解析が可能な再生損失に対し，磁性体の非線形性を使う記録時の解析は難しかった．線形解析が可能な磁気ヘッドの磁界分布は既に求められていたが[11], [13]，これから磁性層内の磁化分布を定量的に求めるまでには至っていなかった．1958年ごろから，東北大学では当時の岩崎俊一助教授が高密度記録用磁気テープの設計論を組み立て，Fe-Co-Ni合金粉末塗布テープの研究を進めていた[14]．厚さδ，幅wの磁気テープ磁性層に記録波長λの正弦波信号が書かれている状態を，（λ × δ × w）の微小磁石が交互に極性を変えて並んでいる状態に置き換え，その自己減磁率の計算から，λを短くするにはδをできるだけ薄くし，減った磁束量を補うために塗布する磁性粒の飽和磁化を大きく，かつそれにより増大する減磁界の影響を抑えるため保磁力を増大させること，を高密度記録の基本コンセプトとして提案している．当時主流であったフェライト系の磁性粉では限界があるため，飽和磁化の大きなFe-Co-Ni系の金属磁性粒が選ばれた．これは1978年に米国の3M社が世に出したFe系メタルテープのきっかけとなったものである．当時から，磁性層を更に薄くできる金属磁性薄膜テープを真空蒸着やめっきで作製する研究も開始されていた[15]．当時の磁気テープは，γ-Fe2O3の針状磁性粒を厚さ δ = 12 μmに塗布することが標準で，この薄層化によ

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る高密度化には限界があった．このためVTRでは，記録波長に応じて最適信号電流値を選ぶことで高密度記録を実現していた．これに対し書込みデータの誤りが許されないディジタル信号の記録では，記録密度にかかわりなく記録層を飽和磁化できる一定電流値で書き込むため，1966年に市場に出たIBM2314型磁気ディスク装置では，スピンコート法を導入してδ = 2 μm を実現していた．同じころ，D. E. Speliotisらは，マイラフィルム上にCo-PやCo-Ni-Pを無電解メッキで被着させた磁気テープで，磁性層の磁気特性と記録特性との関係を調べ[16], [17]，読出しパルスの振幅Ep及びパルス半値幅W50と，磁性層の厚さδ，残留磁化の大きさMr，保磁力Hcとの間に， Ep∝ (Mr· δ · Hc)1/2 (1) W50∝ (Mr· δ/Hc)1/2 (2) の関係が成り立つことを実験的に明らかにしていた．これについては，以後，様々な研究者たちが追実験や理論解析で確かめ，その後の磁気ディスク設計指針の一つになった． 2. 5 記録減磁損失の解明そのような背景のもと，大学院に進学した筆者に与えられたテーマは「短波長磁気記録機構の研究」であった．当時のVTRは，前述のように放送用ということもあって，極めて大型で，画質も不十分であったため，コンパクトで高画質なものを実現する，つまり格段に短波長（高密度）な信号を記録できるようにすることが課題であった．そのためには高密度化を妨げている要因を明らかにする必要があった．図2は，磁気記録の短波長化を妨げている理由を端的に示している当時の標準的な磁気テープの記録再生特性である[18]．記録ヘッドに加える信号電流に対する再生ヘッドの読み出し電圧を，図2 (a)は記録波長 λを，図2 (b)は磁気テープの磁性層厚δを，それぞれパラメータにしてプロットしたものである．図2 (a) に示すように，記録波長が長いときは，信号電流を増すと再生電圧も増し，飽和する．しかし波長が短くなると，再生電圧は小さな信号電流でピーク値をとった後，急激に減少する．図2 (b)は，短波長信号におけるこの現象が記録層δの厚いほど顕著であることを示しており，このことからも磁性層を薄くすることが望まれた．これらは記録条件に依存し，高密度記録特性を著しく阻害することから，記録減磁損失と呼ばれて (a) (b) 図 2 磁気テープの短波長記録再生特性の (a) 記録波長及び (b) テープ磁性層厚み依存性

Fig. 2 Dependence on (a) recording wavelengths and (b) tape magnetic layer thicknesses in record-ing and reproducrecord-ing characteristics at short wavelength. いた．筆者は，このように再生電圧が急激に減少する理由を，書込み時の非線形な磁化過程を追跡してテープ磁性層内の磁化分布を求めるモデル実験[18]や解析などで調べた．その過程で「信号電流を増すと厚さ数μm の磁性層内で閉磁路を形成し，磁束が磁性層外にもれなくなる可能性がある」と予測するに至り，詳細に測定し直した．その結果，同図の特性曲線上に示されるように，再生電圧がゼロになるディップ（谷）点が生じることを確かめた．このことが後述する垂直磁気記録の研究につながった．磁性層内で閉磁路を形成するメカニズムを理論的に証明するには，非線形な磁気記録では計算機シミュ

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レーション以外にない，と筆者は考えた．磁性層を構成する磁性粒の磁化機構を導入し，長手だけでなく膜面に垂直な成分も考慮できるベクトル的な手法を導入して書込み過程を調べ始めた．当初は機械式の電動計算機を駆使しながら手計算で始めた．その中で，磁化に伴う反磁界（減磁界）の影響を正しく考慮するには，ヘッド磁界とそれによる磁化，及びその分布状態に伴う減磁界との三者間にセルフコンシステント（Self-consistent）な関係が成立しなければならないことに気づき[19]，1965年ごろからこの概念を計算機シミュレーションに導入することを試みた[20]．1968年にこの考え方を岩崎教授がINTERMAGで発表して以来[21]，セルフコンシステント磁化は磁気記録理論に不可欠な概念として世界的にも認知された．また多くの同僚や後輩の協力を得て，磁性層の閉磁路の形成とディップ点の存在を理論的定量的に証明できた[22]．

3. ディジタル化時代に向けて（

1970

∼

1980

年代）

3. 1 録音・録画のディジタル化 1960年代後半から1970年代は，磁気テープや磁気ヘッド，機構系，信号処理系などVTRの要素技術の改善や新技術の導入が活発に行われ，日本のアナログ VTR技術が大きく進展した．VHSとβの競争で技術は一段と進化し，1980年代の8 mmビデオへと発展して，「日本製VTRを持った人たちが世界中を歩いている」といっても過言でないほど世界を席巻するようになり，産業的にも成功した．ヨーロッパのある企業の方から，「日本の企業は儲けないうちに次々と新製品を出す」と皮肉めいていわれたほどである．家庭用だけでなく放送用も小型化が進んで，重いテープリールを運ぶことから解放された．画質もカラーで高品位映像（ハイビジョン）を記録するほど格段に改善された．日本企業の研究開発の旺盛さが， VTRのディジタル化への道をひらいた．その先駆的な役割を果たしたのがNHK放送技術研究所である．

学生時代，筆者は「PCM（Pulse Code

Modula-tion）が信号変調方式の中で最も雑音に強く，理想的である」と教わった．1970年ごろ，NHK技研でPCM による磁気録音を実現した話を聞いて感動した覚えがある[23]．1964年ごろから研究を開始し，その成果をもとにマルチトラックヘッドやヘリカルスキャン VTRの機構を使ったものが開発されている．この技

術は1987年にDAT（Digital Audio Tape-recorder）

として市場に出て，その後のディジタル録音技術の基本になり，高音質な携帯型録音機としてプロにも愛用された．一方，映像のディジタル化もNHK技研で1970年代後半から研究が開始され[24]，1979年からは民間企業と共同で本格的な実用機器の開発が行われた．これが，1985年のコンポーネント信号による放送用D-1 型VTRの実用化，更に1986年のコンポジット信号用D-2型や1990年代の各種放送用D-VTR（ Digital-VTR）の開発へと次々につながって，小型軽量化と高性能高機能化が急速に進んだ[25, 6章]．この技術が， 1993年に設置されたHD（High Deﬁnition）ディジタルVCR（Video Cassette Recorder）協議会での議論を経て，今日の家庭用D-VCR（Digital VCR）につながった．これらの基本技術はコンピュータ用のデータストリーマとしても利用され，特に欧米で普及している．この技術開発にあたって，VTR関連企業は高密度記録を追求して新技術に果敢に挑戦し導入していた．例えば，1960年代に通信用として開発されたPartial Response方式は，HDDでは1990年代に採用され，飛躍的な記録密度の向上に貢献した信号処理技術であるが，D-VTRでは1970年代の開発当初から検討され，一部の製品で採用されている[25, 4章]．磁気テープについてもCo-γ-Fe2O3やFe系メタル粉などを塗布したものを積極的に導入し，家庭用ではCo系の蒸着薄膜テープも導入している．磁気ヘッドについても， HDDで固執していた高周波用Ni-Znフェライトに対し，透磁率の高いMn-Znフェライトを早くから採用していた． 3. 2 HDD技術の揺籃期 1990年代以降の飛躍的な発展に比べて，1970∼80 年代はそれに向けての揺籃期といえよう．磁気ディスクはアルミ基板上にγ-Fe2O3塗料をスピンコートしたもの，磁気ヘッドはフェライトスライダにヘッドヨーク部を取り付けたものか，スライダ基板にNi-Znフェライトヘッドを埋め込んだものであった．とはいっても年に 25%ずつ記録密度を向上させ，要素技術を着実に進展させていた．例えば，1971年に市場に出たIBM3330 型ディスクドライブは塗布厚1.2μm，ヘッド浮上量 1.2μm，面記録密度1.2 kbit/mm2（0.8 Mbit/inch2）であった．しかし1973年にウィンチェスター型として市場に出たIBM3340型ディスクドライブでは，潤滑剤付きディスクと低加重フェライトスライダを採

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用して，ヘッド浮上量を0.5μmに低下させ，面記録密度を2.5 kbit/mm2（1.6 Mbit/inch2）に倍増させて[2, Chap. 18]，その後のヘッドディスク系の設計に大きな影響を与えたといわれている．更に1979年に市場に出たIBM3310型では，塗布厚を600 nm程度に，ヘッド浮上量を300 nmにそれぞれ減少させ，面記録密度を5.9 kbit/mm2（3.8 Mbit/inch2）程度にまで向上させた[26]．記録密度を高めるにはディスク磁性層の薄膜化が必須である．スピンコートによる磁性塗料の塗布方式では薄膜化に限界があるため，保磁力が高く残留磁化の大きなCo-PやCo-Ni-P膜を無電解めっき法で作製することが盛んに研究された．それと同時に磁性層の磁気特性や厚さなどをいかに設定すべきか，が議論されていた．筆者らがセルフコンシステント磁化の考え方を提案し，1968年にINTERMAGで報告して以来，この考えを導入した解析が盛んに行われた．中でもWilliamsとComstockが1971年に発表した手法は[27]，磁気ディスク磁性層の設計ツールとして広く使われることになった．同様な手法は，筆者も1970 年に簡便な図的解法として磁気録研究会で発表し[28]，一定の評価は得たが，日の目を見なかった．一方このころ，光（熱）磁気記録の研究が盛んで，筆者らの研究室でもCo系面内磁化膜での可能性を検討していた．筆者は簡便な計算機シミュレーション法を開発して，磁気ヘッドによる磁界書込みとレーザによる熱書込みの違いを調べていた[29]．1974年のことである．レーザの熱分布よりヘッドの磁界分布の方が高密度記録に適していることを確認したが，同時に Co系面内磁化膜への高密度記録については限界を知ることにもなった．図3がその一例である．記録媒体の残留保磁力HCRを高め，更にヘッドとディスク間のスペーシングDを狭めると，面内磁化膜の磁化転移幅WT,MINは減少する．しかし一定値に漸近し，ゼロにはならない．これは減磁界が転移幅を狭めるのを抑制するためであり，筆者は，磁化転移を急しゅんにするためには面内磁化ではなく垂直磁化方式を採用すべきである，とこのとき強く感じた． 3. 3 回転磁化を垂直に磁性層内で磁化分布が閉磁路を形成することを，筆者は計算機シミュレーションで理論的に明らかにしようとした．一方，岩崎教授は直接確認しようと，磁気テープの走行方向にカミソリの刃を入れ，磁性層断面に磁性コロイドを滴下させて磁束分布を顕微鏡で観図 3 面内磁気記録の磁化転移幅

Fig. 3 Magnetic transition width in longitudinal magnetic recording. 察した[30]．また閉磁路の存在を確かめるために様々な実験を行った．図4は，その一連の実験の一つである[31]．閉磁路を形成する記録電流で，厚さ 12μm の γ-Fe2O3テープにデータ“1”を数ビット連続させた信号（図4 (a)）を書き込み，まずテープ磁性層断面の磁束分布を磁性コロイドで観察した（図4 (b)）．ここでも閉磁路を形成している様子が見られる．岩崎教授はこれを回転磁化モードと呼んだ．次に膜面に垂直に外部から磁界を加え，その前後の再生電圧波形を観察した（図4 (c)）．外部磁界を印加する前は閉磁路の形成でパルス列の両端以外はパルスが見えないが，外部磁界を印加すると中間のパルスも見えるようになった．これは閉磁路の長手磁化成分が切れて，外部磁界と同じ向きの磁化だけが残るためである．特に，膜面に垂直な方向から10◦程度傾けて外部磁界を加えた場合に最も高い電圧が測定されている．これは回転磁化モードがベクトル的なヘッド磁界分布を反映して膜面に対して10◦程度傾いているためである．この結果は，長手配向している磁気テープでも垂直磁化成分で磁化が残せ，再生ヘッドで読み出せることを示している．このことが，以後，岩崎教授が垂直磁気記録の研究に力を注ぐことになる始まりになった．筆者も，上述のように磁気記録に垂直磁化方式を導入すべきであると考えていたところでもあり，以後，これを実現する研究に携わることになった．岩崎教授は，1975年7月，回転磁化あるいは垂直磁化モードで高密度記録を実現させるため，産学協力の「磁気記録懇談会」を日本学術振興会に発足させた．現在も続いている磁気記録第

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(a) A write signal waveform

(b) A bitter pattern of circular magnetization mode

(c) Reproduced waveforms before and after the transformation to perpendicular magnetization mode

図 4 回転磁化モードの垂直磁化モードへの変換 Fig. 4 Mode transformation from circular to

perpen-dicular magnetization. 144委員会の前身である．ここでの議論が，その後の垂直磁気記録の研究開発の上で大きな力になった． 3. 4 垂直磁気記録の誕生と成長垂直磁気記録の実験は，回転磁化モードから変換された垂直磁化を検出することから始まった．このためまず単磁極構造のヘッド（図5）を試作した[32]．長さ 20 mm，幅2 mm，厚み10μm程度の方形スーパパーマロイ（Cu-Mb-Ni-Fe）薄板に2000ターンのコイルを巻き，その先端で検出するものである．このヘッドで，長手配向γ-Fe2O3テープに垂直磁化で書き込むことも試みた．しかし十分に書き込めないため，磁気テープの裏側に厚い軟磁性板を置いて，鏡像効果で発図 5 最初の垂直磁気記録用単磁極形ヘッド Fig. 5 First prototype single-pole type magnetic

head for perpendicular magnetic recording.

生磁界の増大を図った．これでも思うように改善できないため，拡大モデルヘッドでその理由を調べた．その結果，軟磁性薄板に直接コイルを巻く方法ではコイル部分が先に飽和し，ヘッド先端が十分磁化されないためであることが明らかになった[33]．そこで筆者は，単磁極ヘッドを先端から磁化する方法として，磁気テープを挟んだ反対側に励磁用の磁極を置くことを思い付いた．これにより，長手配向 γ-Fe2O3テープでも垂直磁化で十分飽和記録できるようになり，これを補助磁極，テープの磁性層側のものを主磁極と呼び，この構造を補助磁極励磁型単磁極ヘッドと呼んだ．磁気回路の常識では，効率良く動作させるには閉磁路構造が良いとされている．補助磁極励磁型ヘッドは開磁路構造であり，常識から外れる．このため当初はかなりの違和感があったようである．媒体を挟む構造には実用上の異論もあり，片側から励磁する構造が種々提案された[例えば34]．しかし当時は補助磁極励磁型に比べてあまり良い結果が得られなかったと記憶している．これは，主磁極を先端から励磁する点が不十分だったためで，以後，先端励磁は，書込み用単磁極ヘッドの基本設計指針になっている．垂直磁気記録を行うには，記録媒体の膜面に垂直な磁界を発生する書込みヘッドと同時に，膜面に垂直に磁化しやすい記録媒体が必要である．偶然の機会から，後者についても大きな前進があった．3. 2で述べたCo 系面内磁化膜を用いた光（熱）磁気記録の実験のため，当時，大内一弘助手らが材料探索を行っていた．その中にCo-Crスパッタ膜があった[35], [36]．面内磁化膜としての磁気特性は不適であったが，強い垂直磁気異

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(a)

(b) (c)

図 6 最初のフレキシブル垂直磁気ディスク実験装置 Fig. 6 First prototype experimental apparatus for

flexible perpendicular magnetic disks. (a) A bird’s-eye view, (b) A configuration of a Head-Disk Assembly, (c) A configuration of an auxiliary-pole exciting type single-pole head.

方性をもっていることが分かり，単磁極ヘッドと組み合わせて記録実験を行った．その結果，γ-Fe2O3テープに比べて格段に高密度まで書き込めることが確認できた[37]．上述した日本学術振興会磁気記録第144委員会では2か月ごとに研究会を開き，大学や企業の発表するホットデータに基づいて様々な議論が行われた．その中に更に大きな前進を生んだ一つのヒントがあった．いわば鏡像効果を記録メディアにもたせることである．つまりCo-Cr垂直磁化層と基板との間に軟磁性層を付着させた二層構造の記録メディアである[38]．これによって補助磁極励磁型単磁極ヘッドの記録感度を約一けた向上させただけでなく，読出し電圧も約一けた向上させ，実用レベルのものが実現できた．以来，二層膜媒体と単磁極形ヘッドと組み合わせて垂直磁気記録の実験に本格的に取り組むことになったが，このとき，今日実用になっている垂直磁気記録の基本形態が既にでき上がっていた．記録再生特性の測定装置についても大きく前進した．それまではプラスティックフィルムベース上に磁性層をスパッタ法で被着させ，これを磁気テープ幅に切り取ってγ-Fe2O3テープ間に挟み込み，磁気テープ装置で測定していた．これを連続的に安定に測定できるようにするため，フレキシブルディスク状で測定する装置を試作した（図6）[39]．1979年のことである．補助磁極型単磁極ヘッドが記録メディアを挟む構造であるため（図6 (c)），記録メディアの全厚を100μm程度に抑える必要があったための苦肉の策であった．しかしこれにより，実験室レベルではあったが，大げさにいえば当時の長手磁化方式を凌駕する記録密度特性が日々更新された．

4. 面内か，垂直か（

1980

∼

1990

年代）

4. 1 垂直磁気記録の夏から冬垂直磁気記録の実用的な有効性を示すため，記録再生特性だけでなく静止画像の記録や音声のディジタル記録なども試みた[40]∼[42]．それらの成果が注目され，特に垂直磁化方式によるフレキシブルディスクドライブ（Flexible Disk Drive：FDD）を実用化しよう

とする気運が高まり，1980年代前後には，多くの企業が様々な形で製品開発にまで参入してきた．単磁極ヘッドを記録メディアの片側からアクセスできるものに替えたり[34]，ノイズの少ない二層メディアを作製したり，など実用化への努力が払われた．一方，垂直磁化方式によるHDDの開発も垂直磁気記録が提案された当初から試みられていた[43]． 1987年に東京で開催されたINTERMAGの展示会では，5.25 inch径ディスクによるプロトタイプの垂直 HDDが三菱電機から出展されている[44]．また米国のCenstor社も1996年まで開発を続けていた[45]．そのような熱気の中で，米国から「垂直磁気記録は従来の面内磁化方式と変わらない」との論調が発信された[46]．日本でも一部から批判的な見方も出て，その後も根強く残ることになった．最大の根拠は，「単磁極ヘッドの垂直磁界分布がリングヘッドの長手磁界分布と変わらないか，むしろなだらかである」など，いわば線形的な電磁界解析に基づくものであった．筆者らは，閉磁路構造のリング型ヘッドに比べ，開磁路構造である単磁極形ヘッドでは，媒体軟磁性層だけでなく記録層とも必然的に生じる磁気的相互作用を有効に生かすことが重要で，これによりヘッド磁界強度を強め，分布を急しゅんにして，優れた高密度記録特性が得られる，と実験に基づく体験的な非線形電磁界論

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を主張した[47]，しかし，なかなか理解してもらえなかった．技術的にも時期尚早であった．FDDとしての信頼性を確保できなかったことが大きな理由である．プラスチックフィルムベースに硬い二層金属膜を被着させたフレキシブルディスクは可撓性に劣り，またヘッドを接触させての長時間の摺動でディスクが傷み，それがまたヘッドを傷めるなどで，結局，多くの方々の様々な努力にもかかわらず，長期間の使用に耐えるものができなかった．垂直磁化によるHDDについても，二層膜と単磁極ヘッドの組合せでは，書き込まれたデータが外部からの漏えい磁界で消されることや単磁極ヘッドとの接触で媒体の軟磁性層から雑音が誘導される[45]などのことが指摘され，二層膜と単磁極ヘッドの組合せでは実用化できないとする雰囲気も急速に広がった．結局これもHDDとしての開発意欲を失わせることになり，1980年代後半には多くの企業が垂直磁気記録の研究から離れ，開発を断念した． 1980年代後半から1990年代前半にかけては熱気も冷めて，これまで一緒に頑張っていた研究開発仲間が次々と去り，学会での発表論文も激減して，垂直磁気記録にとっては正に冬の時代であった． 4. 2 面内HDDの急進これに対し面内磁化を用いるこれまでのHDDは，記録密度は急速に増す準備を着々と進めていた．まず実現されたのが，1979年製のIBM3370に初めて導入された薄膜磁気ヘッドである．Al2O3-TiC基板の上に磁極材のNi-Fe膜やコイルになるCu膜，絶縁膜などを積層させ，半導体の微細加工技術を応用してヘッドに加工した後，基板ごとスライダ加工される．高周波特性が格段に改善され，スライダが小型化されて，スペーシングが300 nm程度に低減され，面記録密度を12 kbit/mm2（7.7 Mbit/inch2）に持ち上げた[2, Chap. 18]． 1980年代に入って薄膜ディスクも実用化された．アルミ基板上にCo系金属薄膜を無電解めっきやスパッタ法で被着させた磁気ディスクは，特に日本で比較的早くから試みられ，1982年には実用化されている[7], [26]．磁性層は200 nm以下に薄膜化されたが，磁化転移領域がのこぎり状になり，これが大きなノイズ源になることが課題であった．1985年，Belkらは各種金属薄膜メディアのノイズ特性を詳細に比較し，Co-Cr膜のノイズがそれまで最も小さいとされていたγ-Fe2O3塗膜に比べても小さいことを報告した図 7 各種金属薄膜媒体のノイズ特性 [53] Fig. 7 Noise characteristics of various metal thin ﬁlm

magnetic recording media.

（図7）[48]．私見だが，このことが特に米国で，Co-Cr の面内磁化膜を磁気ディスクにする努力を後押しし， 1980年代後半に，膜厚30 nm程度，保磁力1000 Oe 以上のCo-Cr-PtやCo-Cr-Ta面内磁化膜が磁気ディスク材として実用化させるに至った[2, Chap. 18]，と推測している．γ-Fe2O3塗膜のノイズが小さいのは微細磁性粒からできているためであるが，Co-Cr系膜はそれよりも小さな磁性結晶粒からなっている．このことや周辺技術の改善によって，1980年代末までに，記録密度は更に124 kbit/mm2（80 Mbit/inch2）にまでに押し上げられた． 1990年代に入ってHDD技術は更に飛躍的に進展した．前半は年率60%，後半は年率100%で面記録密度が向上し，21世紀に突入したころには15.5 Mbit/mm2 （10 Gbit/inch2）にも達した．それに貢献したのは

1990年ごろから採用されたAMR（Anisotropic Mag-neto Resistive eﬀect：異方性磁気抵抗効果）を用いる読出しヘッドとPRML（Partial Response Maximum Likelihood）信号処理方式とである．PRML方式は，記録過程で生じる符号間干渉を積極的に利用してもとの信号を再生するPR方式と，波形に雑音が含まれていても最も確からしいデータ系列を再生するML（最ゆう）復号方式の一つであるビタビ復号法とを組み合わせたものである[49]．これまでなら読み出せなかったSN比でもデータが検出できるようになり，飛躍的に高密度化を進めた．一方AMR効果は，軟磁性薄膜の電気抵抗がその磁

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化状態で変わることを利用するもので[50]，これにより読出しと書込みを一体化させた複合薄膜ヘッドが実用化された．それまでHDDでは，書込みと読出しを同じ電磁誘導（Inductive）形ヘッドで兼用させていたが，高密度化が進むとともに兼用することの矛盾が顕在化してきた．空げき後端での磁界分布の急しゅんさが書込み分解能を決め，空げき長が読出し分解能を決めるので，原理的には両者を分離して別々に用いるのが望ましい．読出し分解能を高めるために空げき長を狭めると，相対的に媒体との距離が遠くなり，空げき後端の磁界分布がなだらかになって書込み分解能が低下するからである．この悩みを打ち破ったのがAMR ヘッドの採用であった．記録と再生ヘッドをそれぞれ独立に最適設計できるようになっただけでなく，インダクタンスも低く，ディスク周速に関係なく高い読出し電圧が得られるため，ディスク磁性層の薄膜化を一段と進め，高密度化を加速させた．

1997年に導入されたGMR（Giant Magneto Re-sistive eﬀect：巨大磁気抵抗効果）を用いるヘッドが，それを更に進めた．GMR効果は，薄い強磁性層を薄い非磁性層の間に挟んで多層化させた膜に平行に電流を加え，その幅方向に磁界を加えたとき，強磁性層間の磁化の向きが平行か，反平行かで，電気抵抗が大きく変わることを利用したものである[50]．AMR よりも抵抗変化が極めて大きく，読出しヘッドの感度を一段と高めた．電子の移動である電流と電子の回転（スピン）である磁化との相互作用にかかわる現象は，スピンエレクトロニクス（Spin-electronics）あるいはスピントロニクス（Spintronics）と呼ばれる新しい学問分野を生んだ．これを原理とする新たな磁性デバイスの誕生が期待され，2005年ごろからスピン依存トンネリングに基づく超高感度なTMR（Tunnel Magneto-Resistive eﬀect）読出しヘッドが実用化されている[51]． 4. 3 垂直HDDの開発二層記録媒体と単磁極ヘッドとの組合せへの不信の嵐の中で，それまでの実験からこの組合せに絶対の自信をもっていた筆者は，1988年ごろから，ガラス基板に二層膜を付着させたハードディスクの実験に切り換えた．単に記録媒体を入れ換えただけで，実験装置も磁気ヘッドもFDDの実験で用いたものをそのまま用いた．大学では浮上用のスライダが作製できないため，単磁極ヘッドの主磁極先端がディスクに自重で当たるように工夫した[52]．“案ずるより産むがやすし”

(a) A bird’s eye of a magnetic head part

(b) Error-rate characteristics

図 8 1.5ターン薄膜コイル励磁型薄膜単磁極浮上ヘッド Fig. 8 Prototype thin ﬁlm single-pole ﬂoating head

with a 1.5 turn thin ﬁlm coil.

で，FDDで得られていたビット間隔50 nm以下での超高密度記録再生実験も比較的短時間に再現できた．最大の成果はディスク用の浮上型薄膜単磁極ヘッドを試作したことである[53]．わずか1.5ターンのコイルで主磁極の先端部を直接励磁する理想的な構造の単磁極ヘッドを設計し（図8 (a)），当時縦型AMRヘッドを開発していたソニー仙台の協力を得て試作し，浮上スライダに搭載した．1997∼1998年のことである．ディスクには，当時日本ビクターが試作していた三層構造のものを用いた[54]．これは，Censtor社が指摘した軟磁性層に起因するノイズを抑制するため，軟磁性裏打ち層の下にSmCoのピニング層を敷いて軟磁性層を単磁区化させたものである．方法こそ異なるが，この考えは現在の垂直ハードディスクの常識になっている．これらを組み合わせてエラーレートを測定し，当

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(a) A micro-HDD with a 500-yen coin size HD

(b) Remote LAN terminal for a personal server using micro-HDD

図 9 垂直磁化方式を採用した超小型 HDD とユビキタスパーソナルサーバ

Fig. 9 A prototype micro-HDD based on perpendic-ular magnetic recording and a ubiquitous per-sonal server. 時の特性の良い面内磁気ディスクと比較しても極めて優れたものが得られることを確かめた（図8 (b)）[55]．このころ，面内磁化方式によるディスク磁性層の薄膜化が一段と進み，それに伴って大きな問題が指摘されつつあった．磁性層を構成する磁性結晶粒が小さくなり，熱緩和（Thermal relaxation）あるいは熱揺らぎと呼ばれる現象により書き込まれたデータが失われる懸念が生じたことである[56]．これを抑制するた

めにAFC（Anti-ferromagnetically Coupled）メディアあるいはSFM（Synthetic Ferri Media）と呼ばれ

る新構造のディスクが提案された[57]．磁性層の間に Ruなどの薄い反強磁性層を挟んで記録層を多層化したもので，Ru層を介して最上層の磁性層の磁化を下層の磁性層に逆極性で転写し，いわば回転磁化モードで磁化を安定化させて熱耐性をもたせようとするものである．一方で，記録層を薄くせずに高密度化が可能なことや，上述した筆者らの実測結果もあって，垂直磁化方式に期待して，これによるHDDを開発する機運が一挙に高まった． 1995年，日本にも産学で磁気記録研究を推進するための情報ストレージ推進機構SRC（Storage Re-search Consortium）が結成された．既に1991年に結成され実績を上げていた米国のNSIC（National Storage Industry Consortium）をモデルにしたもの

である．更に1996年にはNEDOの超先端電子技術開発促進事業の中に磁気記録が取り上げられ，遅れている日本のHDD技術の研究開発を，62 Mbit/mm2 （40 Gbit/inch2）の実現を目標に5年計画で促進させるプロジェクトがスタートした．これはGMRヘッドだけでなく，垂直磁気記録によるHDDなど，その後の日本のHDD技術の躍進に多大の効果を与えた予想以上の成果を上げた．その一つが，垂直磁気記録によるHDDで，52.5 Gbit/inch2（81 Mbit/mm2）以上の記録容量が実現できることを2000年5月に日立製作所が初めて発表した[58]．以後，垂直磁化方式によるHDDの開発が，陰に陽に各社で活発に進められることになった．図9は，筆者らが文部科学省の支援を頂き，日立の協力を得て2002年に試作した垂直磁化方式による 10 GByte容量の超小型HDD（図9 (a)）と，それにハイビジョン映像をストレージして，無線LANでPCなどにつなげるユビキタスパーソナルサーバ（図9 (b)）を試作したものである．

5. 情報爆発を受け止めるストレージ技術

（

2000

年∼）

5. 1 情報ストレージ技術の新たな展開情報化社会の急激な進展，また記録装置（デバイス）の飛躍的な進歩とともに，記録しておきたい情報，永久保存したい情報が爆発的に増え，アーカイブ（Archive）という言葉も多用されるようになってきた．情報を一時的ないしは長期に保存，保管しておく装置の必要性，重要性がますます増して，記録装置を情報ストレージ装置と呼ぶことも一般化してきた．情報ストレージ媒体もそれとともに変遷した．録音録画時代の当初は磁気テープであったが，電子計算機の主記憶であるICメモリの大容量・高速化，及びHDD の超大容量化とともに，補助記憶装置であったHDD がストレージ媒体側にまわり，耐衝撃性を高めた可換

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型，モバイル型も普及してきた．レーザを熱源とする書換え可能な可換記録媒体，いわゆる光ディスクも実用になり，熱磁気効果を使うMO（Magneto Optical）ディスク，熱による相変化を使うCD（Compact Disk）やDVD（Digital Versatile Disk）も生まれ，普及している．半導体のフラッシュメモリも急速に記録容量や性能及び市場を延ばし，SSD（Solid State Drive）

としてHDDの市場を脅かす勢いである．これらの詳細は他に譲るが，情報爆発時代を迎えたといわれる今日，情報ストレージ技術が活躍する場はますます広がりつつある．電子計算機の進歩により，演算素子と一体で使われる記憶素子にはますます高速な処理応答が要求されている．これはストレージ装置やデバイスにも求められているが，むしろ小型で大記録容量，つまり高記録密度化が際限なく要求されている．アナログ信号の録音や録画，計算データの一時記憶であった記録装置が，ディジタル化の進展により，データも音声も映像も一緒に2値信号で取り扱えるようになり，いわゆるマルチメディア時代になった．それぞれの特性や特徴を生かすには同じ扱いというわけにはいかないが，すべての情報を磁気ディスクや光ディスク，フラッシュメモリなどにストレージできるようになった．その結果，家庭ではパーソナルコンピュータとテレビ受像機，通信回線が同じストレージ装置につながってホームサーバになり，放送局ではVTRの代わりに大容量高速HDDからなるサーバを駆使して，録画はもちろん，編集や送出まで行われるようになっている．また計算機センタは膨大なデータの処理と保存のためのデータセンタとして，社会生活に不可欠なものになっている．その結果，これらで消費される電力が無視できないほどになり，グリーンICTの実現のため，その低減が課題になっている．今後，ますます高密度化を図り，ビット当りのコストと消費電力の低い，小型で超大容量なストレージ装置を実現することが，この面でも求められている． 5. 2 HDDの現状と動向様々なストレージ装置やデバイスが開発された中で，依然として中心的な役割を果たしているのがHDDである．磁気テープ装置についていえば，記録容量や価格，そして実績と信頼度の点で，特にアーカイブメディアとして，これからも不可欠なものである，と筆者は信じている．しかし残念ながら，市場が次第に狭まっていることも事実である．光ディスク系は，電子計算機との親和性に劣り，特に欧米での普及に勢いがない．データセンタとネットワークとが充実してくると役割を終える可能性があるともいわれている．フラッシュなどの半導体メモリ系は，開発意欲も盛んで，まだまだ大容量化が可能であると喧伝されているが，技術的にはさほど余裕はない．開発費も馬鹿にならないため低価格化も難しい．技術的な難しさはHDDも同じである．垂直磁化方式によるHDDは，2005年に東芝が最初に市場に出した[59]．日立GSTがすぐにそれを追い，更に世界最大の市場占有率をもつSeagateが追従した．2009年末にはほとんどのHDDが垂直磁気記録に移るといわれている．2008年11月時点で市場に出ているものの最大面記録密度は587 Mbit/mm2（379 Gbit/inch2）である． 45.7 mm（1.8 inch）径ディスク2枚で構成される1.8型 HDDで250 GByte容量のものが，東芝から市場に出されている．開発レベルでは，日立GSTが記録メディアの磁性層を工夫して946 Mbit/mm2（610 Gbit/inch2）を[60]，TDKがDTM（Discrete Track Media）[61]

を使って1245 Mbit/mm2（803 Gbit/inch2）を，それぞれ実現している．若干注釈すると，現在の磁気ディスクは記録層をスパッタ装置で製膜しているが，その磁性膜は直径 10 nm以下の微結晶粒の集合体である．垂直磁化方式では，理論的には1ビットを数nm以下の磁化転移幅で書ける[62]．しかし粒径がこれより大きく，かつ結晶粒の位置や磁気特性にばらつきがあるため，転移位置やトラック端が揺らぎ，実測値は理論予測よりはるかに広がっている[63]．この揺らぎは磁性粒間に静磁気相互作用が働くと更に大きくなり，隣接トラックにも影響を与える．磁化転移の揺らぎやトラック端の揺らぎはノイズ源にもなり，高密度化を更に著しく妨げる[64]．これを抑えるため，記録層の結晶粒の大きさや磁性，粒界の厚さなどを細かく制御し，また磁気ヘッドの磁界分布を鋭くするなどの工夫で，連続媒体の高密度化を測ったのが，上述の日立GSTの結果である．これに対し，それらの工夫の上に，隣接トラック間の干渉を防ぐため，間に溝を掘ったDTMを使ってSN比を向上させ，高密度化を実現したのがTDK である．これらは数年後に市場に出ると思われるが， 1.8型HDDで想定すると，前者で400 GByte，後者で530 GByte容量のものが可能になる． 5. 3 新たな挑戦 HDDの高密度化は，磁性粒の大きさと位置と磁気特性をそろえ，磁性粒間の相互作用をできるだけ小さ

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くして磁化転移の揺らぎを抑えることで可能になる．これをスパッタ法による製膜だけで実現できればよいが，なかなか難しい．高面密度記録のために磁性結晶粒を小さくしすぎると，以前に面内磁化方式で遭遇したような熱緩和の問題が生じ，磁化が反転しやすくなってデータが失われる．熱緩和の指標は，磁気異方性定数をKu，磁性粒の体積をV，ボルツマン指数をk，絶対温度をT で表すと，KuV/kT で与えられ，これをできるだけ大きくすることが望まれる．したがって高密度化のために磁性粒のV を小さくするには，Kuつまり保磁力を高くする必要がある．しかし磁気ヘッドで磁化反転させにくくなり，書き込めなくなる．これには磁気ヘッドの磁界発生能力を高める必要があるが，既に限界に近い材料が使われており，これ以上は難しい．つまり，結晶粒を小さくして低SN化と高密度化を実現することと，熱緩和により記録情報が失われないように記録層の保磁力を高めること，高保磁力の記録層でも十分書き込めるようにヘッドの書込み能力を高めること，とは三すくみの状態である．今以上に格段の高密度化を図るには，このトライレンマ（Tri-lemma）から抜け出す必要がある．このため，トラック間だけでなくビット間も溝で切ったBPM（Bit Pattern Media）が実験的にも調べ

られている[65]．微細に切り出されたそれぞれのドットに1ビットずつ書き込むため，磁化転移やトラック端の揺らぎを抑えられるだけでなく，ビットごとの体積が大きくなり，Kuをさほど大きくする必要もないと期待されている．しかし，例えば1 Tbit/inch2 （1550 Mbit/mm2）以上の超記録密度を実現するには， 1ビットの占有面積を25× 25 nm2以下にしなければならない．10 nmの溝で区切って15× 15 nm2の微細ドットを磁気ディスク上に並べ，これを安価に量産し，かつ使いこなす技術を開発することはなかなか難しい．一方，高K_uディスクが使える方法として，エネルギーアシスト記録が提案されている．これには熱アシスト記録（HAMR：Heat Assisted Magnetic Record-ing）とマイクロ波アシスト記録（MAMR：Microwave Assisted Magnetic Recording）が提案されている．前者は，書込み時に磁気ヘッドの微小磁界領域に近接場光を当てて記録層の温度を上げ，磁性粒のスピンを反転させやすくして弱い磁界で書き込もうとするものである[66]．既に実験的にも様々な試みがあるが，近接場を発生する光ヘッドと磁界を発生する磁気ヘッドを一体化させて量産する技術と，これらによる熱分布と磁界分布の急しゅんさが実用化のかぎである．一方，MAMRでは，マイクロ波で磁性粒を磁気共鳴させ，スピンを揺さぶりながら保磁力よりも小さな磁界で磁化反転させる[67]．そのためには，磁気ヘッドにマイクロ波磁界の発信素子を組み込む必要があるが，MAMRの提案者であるJ.-G. Zhuは，このために，注入電流をスピン分極させるための垂直磁化層と，高飽和磁気モーメントの磁界発生層と垂直磁気異方性層とを交換結合させた振動スタック層，及びそれらの間の金属中間層とで構成されるスピントルク駆動オシレータを提案している．これにより従来法では書き込めない高Ku膜でも1 Tbits/inch2を優に超える超高面記録密度が実現できることも計算機シミュレーションで示している．しかし，保磁力200 Oe程度の磁性膜をマイクロ波で磁化反転させた実験結果の報告はあるが[68]，数千Oeの垂直磁気記録層での実験や，スピントルク駆動オシレータでマイクロ波を発信できることを確かめた報告もまだない．これらが確認できなければ熱アシストよりも実現しやすい方式とはいえない．次世代の高密度記録方式については，このように様々な提案があるが，いずれが本命か，まだ定かではない．

6. むすび

筆者が卒業研究で磁気記録を選んだとき，「テープレコーダで今更何を研究するの？」といわれた．しかし現在もまだ磁気記録の研究は続いており，更なる高記録密度化と，安心して情報をストレージできる媒体やデバイス，システムの研究開発競争が世界中で繰り広げられている．「開発研究が基礎研究を生む」とよくいわれるが，比較的厚い磁性層に記録していたVTRの高密度記録化の研究から垂直磁気記録が生まれた．これにより100 年以上続いた磁気記録が更に命を延ばした．これは，はじめから磁性層の薄い媒体を使っていたHDDの世界からは生まれなかった．RAMACが生まれる直前の1955年ごろ，A. S. Hoaglandは，筆者らのいう単磁極型ヘッドに似たプローブヘッドで書き込むことを提案しているが[69]，日の目を見なかったし，媒体は垂直磁化膜でもなかった．HDDの世界で育った，特に欧米の研究者や技術者には，筆者らの考えている垂直磁気記録の神髄は今でも理解してもらえないようである．

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垂直磁気記録が実用になった今，垂直磁化方式をベースに次の高密度化技術を求めて新たな基礎研究の競争が始まっている．「連続媒体を使う今の方式でどこまでいけるか？」，次は「DTMか，BPMか？」，エネルギーアシストは「HARMか，MAMRか？」，いわば「どれが，どこに，先に駆け着くのか？」は，今はまだ全く見えていない．いずれも，記録層の製膜メカニズムや書込みと読出しの原点にまで立ち帰って，シミュレーションだけでなく実験も積み上げて，一歩一歩前進する以外に近道はない．これまでに提案されている次世代磁気記録の方法は，研究開発のトレンドからいえば5年後くらいには実現されていなければならない．学と産が本気になって協力し，官もどこまで我慢して研究開発に支援を続けられるかが，競争の激しい磁気記録の分野で，世界を牽引できる地位に日本が今後もいられるか，のかぎである．文献 [1] 高木昇，“磁気記録特集号について，”信学誌，vol.44, no.11,（目次裏），Nov. 1961.

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