図１　長手磁化方式と垂直磁化方式

（a）長手磁化方式

（b）垂直磁化方式

　私たちは以前から、HDDの情報蓄積密度を本学で生まれた垂直磁化方式で高める研究を進めてきました。
　HDDでは、同じ寸法の微小磁石を次々と並べるようにディジタル信号を書き込みます。現在市販のHDDは長手磁化方式と呼ばれ、磁石を寝かして同じ向きに並べて０を、逆向きにして１を書きます（図１a）。短い磁石で並べられるほど単位長さ当たりにたくさん書き込めますが、１が書き込まれている部分では磁石が同極で突き合い、反発力が磁石を弱めて、高密度化を妨げます。
　もし磁石を立てて、同じ向き、あるいは逆向きにして、１と０が書ければ（図１b）、１の書き込み部分では吸引力が働き、磁石の幅を狭めるほど安定に書き込めます。これが垂直磁化方式です。０の書き込み部分で反発力が働きますが、磁化を逆転させるほど強くなければ、高密度化を妨げません。

　原理は簡単ですが、実用化は現用の技術を越えた性能で求められますので、信頼性や量産技術、価格にまで配慮した多くの工夫とそれを実現する時間が必要です。私たちは産と官のご協力を頂いて、2004年10月に、通称マイクロドライブと呼ばれる約25ミリ径ディスク（500円玉の大きさ）に、垂直磁化方式で４ギガバイト（DVD１枚弱）の情報が書き込めるHDDを、世界で初めて試作しました（図２a）。実力は七ギガバイトありますが、今回は市販の長手磁化方式と同じ４ギガに抑えてあります。私たちは2005年３月末を目途に、これを10ギガバイトにまで上げる予定です。

図３

　このような成果は、2002年に文部科学省が始めた「世界最先端IT国家実現重点研究開発プロジェクト」のお陰です。この中で、私たちは「超小型大容量ハードディスクの開発」を受け持ち、電気通信研究所21世紀情報通信研究開発センター（IT二一センター）で、1平方ミリに200メガバイト（市販HDDの10倍以上）を書き込める記録密度をめざして、国内の主要なHDDメーカや関連企業と一緒に研究開発を進めて来ました。これができますと記録容量が飛躍的に上がり、マイクロドライブに70ギガバイトも入ります。新聞230年分、文庫本11万冊分です。そんなに容量を上げてどうするのか、という声もありますが、映像を入れはじめると際限ありません。これでもDVD並の映像で15時間、ハイビジョン映像で六時間分です。
　私たちは、これを使ってディジタル動画像も含む身近なユビキタス・ストレージ・システムを実現したいと思っています（図３）。ユビキタスとは、ラテン語を語源とする「至る所に」を意味する言葉です。超小型HDDと超小型計算機、高速無線LANとを一体化させ、ポケットに入れたままで、いつでも、どこででもHDD内にデータを取り込め、使えます。教育や出版、カーナビや情報家電と用途は広く、セキュリティ性を高めれば医療用としても使え、私たちの生活に必要不可欠なものになるでしょう。すでに超小型HDDと無線LANをドッキングさせた端末機を試作し（図２b）、有効性を確認しています。
　これを実現するには、越せるかどうか判らない幾筋ものナノテクの大河や山脈が横たわっています。

　現在、磁気ディスクは真空スパッタ装置で、言わば神様まかせでつくられています。１平方ミリに200ギガバイト書き込めると、１ビットの微細磁石の大きさは、例えば厚さ10ナノ（nm）、長さ10nm、幅65nmです。この磁石の１つ１つは、長さ10nm、直径５〜10nmの円柱状磁性微粒子を縦に６〜12個びっしり並べたものになります。粒径は小さ過ぎると磁性を失いますので、この程度が限界です。磁性粒の位置、寸法、磁性がばらついていても高密度化を著しく妨げますので、これらを揃えることも必須の条件です。
　それができたとしても、現在市販のHDDでの10分の１以下に相当する超微細磁石で書き込み、その磁界を十分な感度で検出することも、至難の業です。
　書き込みには、磁性膜の先端を断面積数10nm角に加工し、そこから強くて鋭い磁界を発生させなければなりません。これは材料と加工技術の限界への挑戦です。一方、読み出しには電子と磁気の相互作用を使う超高感度磁電変換素子が使われます。磁区制御層や電極を含め極薄の磁性膜や非磁性膜数層で構成されますが、分解能は全体の厚さで決まるため、これを10nm以内に抑え、半導体を凌ぐナノテク技術で歩留まり良く量産しなければなりません。
　この他、ヘッドとディスクを準接触状態で安定して高速走行させる技術やディスク上の所望の位置にヘッドを確実に高速アクセスさせる技術など、課題は山積です。これらが揃って初めて実用化されます。

　日本のHDDの開発は長い間米国の後を追いかけてきました。2004年11月現在、主流の約90ミリ径HDDでの日本製の世界占有率は、かなり米国の後塵を拝しています。モバイル型と呼ばれ65ミリ径以下もので、2002年までは日本製が市場を占有していましたが、2003年後半から米国と中国の企業が参入し、やがては戦場になりかねません。この優位性をどこまで保てるかが、日本のHDD業界の大きな課題です。
　このため産学連携で次世代技術を開発し、最先端の小型超大容量HDDを実現することが、私たちのプロジェクトの使命です。今後もこの分野で世界を牽引し、さらにこれに付加価値をつけた新しいアプリケーションをも提案して私たちの生活の利便性をさらに高めると共に、我が国の文化の発展と発信に大いに寄与できることを夢見ています。