ハードディスクの大容量化につながる、書き込みヘッドの高精度解析技術を開発

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「データ爆発の時代」を迎えた今、主要なストレージデバイスであるハードディスクドライブ(HDD)の2020年の年間総出荷容量は1ゼタ(1021)バイトに達している。

今後も世界のデータ量は増大していくと予測される中、HDDのさらなる容量の増加とデータ転送速度の向上のためには、HDD書き込みヘッドの動作を正確に把握した上で合理的な設計にする必要がある。しかし、書き込みヘッドは100ナノメートル以下の微細な構造を持ち、1ナノ秒以内の高速な磁化反転を行うため、その動作を実際に観察することはこれまで困難だった。

そこで、株式会社東芝、高輝度光科学研究センター(JASRI)、東北大学は共同で、大型放射光施設SPring-8の放射光を用いたHDD書き込みヘッドの新規解析技術を開発した。この技術では、書き込みヘッドの磁化の挙動を100億分の1秒の精度で画像化することに世界で初めて成功。SPring-8から周期的に生成されるX線パルスに同期させ、その10分の1の周期で書き込みヘッドの磁化を反転させるタイミング制御により時間分解測定を実現している。この手法では、今後、X線の集光に用いる素子の改良などを重ねれば、さらに高い分解能を達成するポテンシャルがあるという。

この技術で、書き込みヘッドの磁化反転が1ナノ秒以内に完了する様子や、磁化反転に伴ってシールド部分に生じる磁化の空間的パターンを捉えた。動作時の書き込みヘッドの磁化の挙動をこのような高い時間・空間分解能で捉えた研究は初めてだ。

本手法を用いることで、書き込みヘッドの動作解析を高精度に行えるようになるため、HDDのさらなる高性能化を可能とする次世代書き込みヘッドの開発に弾みがつくことが期待される。

論文情報:

【Journal of Applied Physics】Time-resolved imaging of an operating hard-disk-drive write head using nano-beam xray magnetic circular dichroism

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