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JP2006504549A - 記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

本発明は、情報／データの記憶のための記憶媒体に関し、この記憶媒体は誘電体の、とりわけディスク状の記憶材料（１）を含み、このディスク状の記憶材料（１）において少なくとも一方の側面に金属イオンのためのドナー媒体が設けられ又は取り付け可能であり、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体の照射によって金属イオンがドナー媒体から記憶材料（１）に移行可能である。本発明は、情報／データの記憶のための記憶媒体に関し、この記憶媒体は誘電体の、とりわけディスク状の記憶材料（１）を含み、このディスク状の記憶材料（１）は少なくとも１つの局所的金属イオンドーピングを有し、とりわけレーザビーム（６）による照射によって金属イオンが金属粒子及び／又は金属粒子凝集体に変化可能である。本発明はまた記憶媒体によるデータの記憶及び／又は読み出しのための方法に関し、電磁及び／又は粒子ビーム、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体／材料の照射によって記憶媒体／材料（１）のドーピングが記憶媒体／材料（１）上に配置されたドナー媒体の金属イオンによって実施され、乃至は、電磁及び／又は粒子ビーム、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体／材料の照射によって少なくとも局所的に金属イオンによりドープされた誘電体記憶材料（１）において金属イオンからの局所的金属粒子形成によって記憶材料（１）に情報が記憶され及び／又は記憶された情報が上記ビームによる記憶材料（１）の走査によって透過及び／又は反射において読み出される。

Description

本発明は情報／データの記憶のための記憶媒体ならびにこのような記憶媒体に結びついたデータの記憶及び／又は読み出しのための方法に関する。
情報及びデータの記憶のための記憶媒体は十分に公知である。比較的大きなデータ量を保管するためにはコンピュータアプリケーションにおいては、例えばしばしば一回又は複数回書き込み可能なＣＤ又はＤＶＤが用いられ、これらのＣＤ又はＤＶＤの基本原理は担体ディスク上に設けられた色素層へレーザビームを用いて色素分子の変化によって情報が書き込まれ乃至は書き込まれた情報が読み出されることである。このような公知の記憶媒体の技術的に限定された記憶容量のほかに、重大な欠点は、色素組成が公知の記憶媒体では経年変化に対する耐性がなく、そしてとりわけＵＶ光ビームにより例えば入射する太陽光によって分解してしまい、この結果、時間経過と共に記憶されたデータが損失の危険にさらされることである。
さらにＣＤ及びＤＶＤの担体材料としてしばしばプラスチックディスクが使用され、このプラスチックディスクはとりわけ引っ掻き傷に対する敏感性を有し、この結果、不適切な取り扱いによってデータの損失が記憶媒体の機械的な損傷によっても生じうる。
本発明の課題は、機械的な又は経年変化による損傷に基づくデータ損失に対してとりわけ良好な安全性を持ち、さらに高いデータ密度を持つ記憶媒体及びこの記憶媒体に結びついたデータの記憶乃至は読み出しのための方法を提供することである。
上記課題は、本発明によれば、誘電体の、とりわけディスク状の記憶材料を含む記憶媒体であって、このディスク状の記憶材料において少なくとも一方の側面に金属イオンのためのドナー媒体が設けられ又は取り付け可能であることによって解決される。このような記憶媒体は有利にはガラス、とりわけ板ガラスである。
このような記憶媒体では、電磁及び／又は粒子ビーム、とりわけレーザビームによる記憶媒体の照射によって、金属イオンによる記憶媒体の少なくとも局所的なドーピングを喚起することが可能であり、これらの金属イオンが照射及びこれによって喚起された記憶及びドナー媒体の加熱に基づいてこのドナー媒体からこの記憶媒体の中へと拡散する。
このような金属イオンドーピングのためには有利には銀、金、プラチナ又は銅イオン又は任意のこれらの結合が使用される。これらの金属イオンはドナー媒体中に存在し、このドナー媒体は記憶媒体乃至は記憶材料の少なくとも一方の側面に設けられ又は取り付け可能であり、ドナー媒体は任意のやり方で誘電体記憶材料上に設けられる。例えば、記憶材料に金属イオン含有フォイルを貼るか又は例えば印刷方法においてドナー媒体を記憶媒体上に塗付することが可能である。
従って、ドナー媒体は既に記憶媒体の製造の際に又はその後でユーザによって記憶媒体に取り付けることもできる。
とりわけ例えば集束されたビーム、とりわけ収束されたレーザビームを用いる記憶媒体の局所的に限定された照射においては、局所的な加熱箇所において局所的に金属イオンが高濃度でドナー媒体から記憶媒体中に移行され、そこで金属イオンがとりわけ表面近傍に配列する。
例えばＣＤ又はＤＶＤにおける公知の記憶方法と比べると、同様にこのように本発明の記憶媒体によって情報が誘電体媒体中に書き込まれ、この情報は本発明によればこの場合誘電体記憶媒体の内部の金属イオンの凝集体の欠落又は存在から成る。例えば、書き込み読み出しビームの下でのディスク状記憶媒体の回転運動において情報は例えば後述するようにスパイラル軌道で局所的ドーピングによって記憶媒体中に注入される。
既に局所的に注入された金属イオンだけで情報を表し、局所領域が記憶箇所における記憶媒体のビームのスポットサイズによって決定的に指定される。なぜなら、金属イオンの局所的濃度上昇によってこの箇所における記憶媒体の屈折率が変化し、この結果、このように記憶された情報は簡単なやり方で例えば同じ書き込みビームによって、場合によっては異なる強度を持つ書き込みビームによって読み出されるからであり、反射又は透過において記憶された情報の領域におけるビームの位相シフトが生じるからである。
この場合、多かれ少なかれ強いドーピングによってデジタル情報だけでなく、アナログ情報を記憶できる可能性が存在する。なぜなら、ドーピングの強度は例えば照射の強度及び持続時間に依存させられるからである。
ドナー媒体から記憶媒体中への金属イオンの移行は、有利には、低温度領域において行われ、これは誘電体材料の、すなわち例えばガラスの変態温度より下の温度によって与えられる。ここで例えばガラスの変態温度は、ガラスの弾性特性が粘弾性特性に移行する温度によって与えられる。この場合、板ガラスにとっては例えば摂氏約５３０℃であるこの境界温度より下では、効率的に上述の方法によって金属イオンが誘電体媒体、とりわけガラス中にドープされうる。
更に別の又は代替的な実施形態においては、変態温度より上の誘電体記憶材料の局所的な又は一様な温度上昇によって記憶媒体中に存在する金属イオンの金属粒子への還元を実施することができる。このような還元の後では、これに相応して金属中に書き込まれた情報は記憶媒体の中のとりわけ球面状の形態を有する金属クラスタの領域的な配列から成る。記憶媒体の中のこれらの金属クラスタ配列によっても記憶媒体の光学的特性が反射においても透過においても例えば変色によって変化し、この結果、このような記憶は長持ちするデータ保管のためにも使用できる。なぜなら、前述の金属イオン凝集体も金属原子凝集体も長時間安定しており、実質的に通常の日常的な光入射に対して不感応だからである。
一般的に、変態温度より上に誘電体材料を加熱することによって記憶材料中に存在する金属イオンの還元が行われ、この結果、例えば一様な加熱、すなわちこの温度より上への記憶媒体全体の熱処理によるこの還元は、金属イオンの形態における前もって行われた局所的な情報移行の後で行われる。
代替的に、同様に情報の記憶は次のように実施することもできる。すなわち、第１のプロセスにおいて電磁又は粒子照射によって金属イオンがドナー媒体から記憶媒体中へと局所的に移行され、次いで第２の方法ステップにおいて変態温度より上の温度上昇によって、例えば照射強度の上昇によって金属イオンが金属原子に還元される。ドーピング及び還元はこれに応じて同一のビームによって、例えば集束されたレーザビームによって行われる。これら２つのプロセスステップは例えば直ぐに次々と照射より行われ、この照射において記憶媒体が加熱され、変態温度より下ではドーピングが行われ、変態温度を上回ると還元が行われる。
前述の方法及び記憶媒体には依存せずに、代替的に又は前述の方法と組み合わせて、既にとりわけ一様な金属イオンドーピングを有する記憶媒体を使用することもでき、すなわちこの記憶媒体では既に記憶媒体の製造プロセスにおいてこの記憶媒体に金属イオンドーピングが行われる。このような記憶媒体では金属イオンを含むドナー媒体は使用されなくなるか又は付加的に使用される。
このような記憶媒体による本発明の方法によれば、情報の記憶は例えば次のことによって行われうる。すなわち、電磁又は粒子照射、とりわけレーザビームによる照射によって例えば一様に記憶媒体内に存在する金属イオンが局所的なビームゾーンの領域において金属粒子及び／又は金属粒子凝集体に変化される。このためには、使用されるビームによって所望の記憶ゾーンの領域において変態温度より上への誘電体記憶材料の局所的な加熱が行われることが又はその他の適当なエネルギ伝達が行われることが実質的に保証されなければならない。
従って、金属粒子又は金属粒子凝集体への金属イオンのこの還元によって、既に前述した情報記憶が記憶媒体内部で生じる。
とりわけ誘電体記憶材料としてのガラスにおいて変態温度より上で生じる還元は通常はガラス内部にある例えば酸化鉄及び酸化錫のような金属酸化物によって説明されうる。ガラス内にあるこれらの金属酸化物によって低価数金属イオンが生じ、この低価数金属イオンは前述のプロセスによって注入された金属イオンを酸化し、従って自然に存在する還元剤として作用することができる。この効果はとりわけ板ガラスにおいて重要であり、この板ガラスは例えば錫浴槽に浸けられ、これに相応して少なくとも一方の側面において非常に高い錫イオン濃度を有する。
ガラス独自の還元剤及び変態温度より上の局所的な乃至は一様な温度上昇によって還元を実施することができることのほかに、外部還元剤による金属イオンの還元の可能性もある。とりわけ銀イオンは効率的に水素雰囲気においてガラスの中への水素の拡散によって還元される。従って、情報が局所的な金属イオンドーピングによって存在している記憶媒体において、水素雰囲気における引き続いての熱処理によって局所的なイオン凝集体を金属粒子凝集体に変えることができる。
金属イオンの局所的なドーピング乃至は局所的な還元の上記の効果を得るための照射としては、例えば、電磁ビーム、とりわけレーザビーム、ガンマビーム、レントゲンビーム、物質ビーム（Materiestrahlung）、イオンビームなどのような任意のビーム種類を使用することができる。
レーザビームによる情報の書き込み及び読み出しのためには、有利にはＣＯ２レーザや可視領域、とりわけ青色波長領域のレーザが使用されうる。ちょうど長波赤外線領域のＣＯ２レーザビームによる記憶媒体の照射によって、効率的にガラス又は一般的に誘電体媒体の局所的加熱が発生される。しかし、ＣＯ２レーザビームを使用する場合には、情報密度が非常に長い波長によって制限される。
比較的高い情報密度を許容する短波レーザビームの使用、例えば青色波長領域のレーザビームの使用が有利である。まさにこの波長領域は理想的だと考えられる。なぜなら、まず最初に材料の局所的加熱によって金属凝集核、とりわけ銀原子凝集核が前述の還元プロセスに基づいて形成され、さらにとりわけ球面状の金属粒子凝集核の形成の後で金属原子の集積が行われるからである。このような凝集のサイズはとりわけ照射持続時間及び強度によって制御されうる。
青色レーザビームの使用はここでは特に適当である。なぜなら、記憶材料内部の球面状金属粒子の存在によってこれらの粒子の光学的な分極が、すなわち金属粒子内の原子心に対する伝導電子の集団振動の励起が喚起されるからである。この集団振動は表面プラズモンと呼ばれ、とりわけ金属銀に対して青色波長領域において吸収共鳴が生じ、この結果、金属粒子形成がこのような表面プラズモン共鳴による青色波長の共鳴吸収によってとりわけ効率的に実施されうる。
従って、このような共鳴増大放射吸収（rezonanzerhoehte Strahlungsabsorption）によって、金属イオンの金属粒子凝集核への還元の後でこのような凝集核が大きな金属粒子凝集体に効率的に成長する。
所望の情報の記憶の後で、同様にこれらの情報の消去も記憶媒体が甚だしく加熱され、従って更なる情報再現を不可能にしてしまう記憶材料内に存在する粒子の統計的分布が生じることによって後で行われうる。
本発明の記憶媒体の有利な実施形態では、この記憶媒体では少なくとも一方の側面に更に別の材料層、例えばポリマーが設けられている。このような材料層は例えば保護層として使用される。
代替的に又は保護機能の補足として、さらに、材料層は光機能構造を有することも可能である。例えば材料層には情報が設けられ、この情報が書き込み読み出しビームのガイドのために使用される。本発明の記憶媒体の書き込み及び読み出しのための相応の装置は、従って、書き込み又は読み出しビーム、例えばレーザビームを付加的な材料層に存在する情報に基づいて記憶媒体の表面に亘ってガイドし、この際にデータを媒体に前述のプロセスにより書き込んだり、記憶されたデータを読み出すことができる。
金属イオンによる誘電体記憶材料の局所的な又は一様なドーピングの前述の方法においてこの金属イオンドーピングは記憶材料の少なくとも一方の側面においてとりわけ表面近傍に設けられるので、有利な実施形態では、保護層及び／又は付加的な情報層として使用される材料層が表面近傍の金属イオンドーピングを有する記憶媒体表面に設けられることが推奨される。これによって同時に記憶媒体の表面におけるこの金属イオンドーピングの効率的な保護が達成される。
記憶材料における少なくとも１つの更に別の材料層の配置は、有利には、記憶媒体が少なくとも２つの互いに接合されたディスクを有し、そのうちの少なくとも１つのディスクが記憶材料を有し、もう１つのディスクは上述の材料層を形成することによって行われる。このようなディスク又は層は任意のやり方で互いに積み重ねられ、この結果、これによって多層記憶媒体も形成され、これらの多層記憶媒体は異なる深度レベルに情報を格納することを許容する。この場合、相応の書き込み又は読み出しレベルはとりわけ記憶媒体内部の使用されるビームの焦点の移動によってセレクトされる。
格別な保護は、この層構造において、機能構造が記憶材料に向かい合った材料層の側のこの材料層内に設けられることによって得られる。従って、上記の有利な実施形態と結びついて、表面近傍の金属イオンドーピングと場合によっては材料層の機能構造とが互いにダイレクトに向かい合っており、従って、これら両方の材料の内部において、すなわち一方で場合によっては保護する材料層と他方では誘電体材料とがカプセル化されうる。この内部カプセル化によって機能構造の及びドーピング層内に格納された情報の機械的な損傷に対するとりわけ良好な保護が得られる。
とりわけ記憶された情報の簡単な読み出しのために、記憶媒体は反射層を有し、この反射層はとりわけ材料層に、有利には材料層と記憶材料との間に設けられる。この反射層は特に有利には機能構造を、例えば書き込み又は読み出しレーザのためのガイドトラックを被覆し、この機能構造の走査を簡素化し、同時にこの反射層は記憶された情報の読み出しを反射装置において可能にする。
本発明の実施例を次の図面において詳しく説明する。
図１は本発明の記憶媒体を示しており、この記憶媒体はハイブリッド記憶媒体と呼ばれうるものであり、第１のディスク状のドープされた感応性ガラス１及びこのガラスの上にレーザビーム方向にこのガラスの後ろの配置された第２のポリマーディスク３から成る。ガラスディスク１はその表面２の領域に金属イオンドーピングを有し、この金属イオンドーピングは例えば既に製造プロセスにおいてガラスに一様な形で注入されたものである。
ポリマーディスク３はガラスディスク１内部の表面近傍に設けられた金属ドーピングに対する保護ディスクとして使用され、さらにガラスディスク１に向かい合ったその表面に光機能構造をガイドトラック４の形式で支持しており、このガイドトラック４は例えばこれら２つのディスクの中心点を基準にしてスパイラル状にポリマーディスク３の内部表面全体に亘って延在している。金属イオンを含むガラスの表面２に向かい合っているポリマーディスクの内部表面はさらに例えばアルミニウムから成る反射層５を支持しており、この反射層５は一様にポリマーディスク及びこのポリマーディスクに設けられた機能構造に亘って延在している。これによって例えば通常のＣＤ及びＤＶＤから周知のように反射コンフィギュレーションにおける書き込み読み出しレーザ６の格別に簡単なガイドが可能となる。
金属イオンドーピングを有するガラスの表面２も機能構造を有するポリマーディスクの表面も互いに向かい合っており、さらに反射層がこれらの接合部の内部に置かれているという事実によって、これら３つの装置の機械的損傷に対する格別に良好な保護が得られる。このような本発明の記憶媒体を使用するための記録装置において、ここに図示された書き込みレーザビーム６はガイドトラック４に基づいてガイドされ、この結果、スパイラル形式で所望の情報が記憶媒体の内部に、すなわちガラスディスク１の表面２の領域に格納されうる。
記憶プレート１のガラス層を書き込みレーザビームが通過する際にこのレーザビームは屈折され、前置接続された光学系によって焦点が所望の書き込みレベルすなわち記憶媒体１の表面２の近くにくるように調整される。有利には、ガラス表面はポリマーへのコンタクト箇所において、すなわち反射層において所望の書き込みレベルを形成する。同様にこの書き込みレベルをもっとガラスディスク１の内部の方に移すことも可能である。
書き込みレベルの領域における記憶媒体１の局所的加熱によって上述の還元プロセスが生じ、この結果、一様に存在する金属イオンが局所的に加熱領域において還元され、これによって情報が記憶媒体に格納される。とりわけこのコンフィギュレーションにおいては金属イオンの金属粒子への還元によって焦点の領域におけるガラスの着色が生じ、この着色部が次いで反射又は透過において簡単に格納された情報の反復可能な読み出しのために使用されうる。
金属イオン及び還元の後の金属粒子の不感応性のために通常の色素ベースの記憶媒体の安定性をはるかに上回る格別に良好な長時間安定性が得られる。
本発明の記憶媒体を示す。
符号の説明
１ ガラスディスク
２ ガラス表面
３ ポリマーディスク
４ ガイドトラック
５ 反射層
６ 書き込み読み出しレーザ

Claims (17)

  1. 情報／データの記憶のための記憶媒体において、
    該記憶媒体は誘電体の、とりわけディスク状の記憶材料（１）を含み、該ディスク状の記憶材料（１）において少なくとも一方の側面に金属イオンのためのドナー媒体が設けられ又は取り付け可能であり、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体の照射によって金属イオンがドナー媒体から記憶材料（１）の中に移行可能であることを特徴とする、情報／データの記憶のための記憶媒体。
  2. 記憶媒体は誘電体の、とりわけディスク状の記憶材料（１）を含み、該ディスク状の記憶材料（１）は少なくとも１つの局所的金属イオンドーピングを有し、とりわけレーザビーム（６）による照射によって金属イオンが金属粒子及び／又は金属粒子凝集体に変化可能であることを特徴とする、とりわけ請求項１記載の情報／データの記憶のための記憶媒体。
  3. 記憶材料（１）はガラスであることを特徴とする、請求項１又は２記載の記憶媒体。
  4. 金属イオンドーピングは記憶材料（１）の少なくとも一方の側面の表面近傍に設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の記憶媒体。
  5. 金属ドーピングは銀及び／又は金及び／又はプラチナ及び／又は銅イオンによって実施されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載の記憶媒体。
  6. 記憶材料（１）上には少なくとも一方の側面にとりわけポリマーから成る材料層（３）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載の記憶媒体。
  7. 材料層（３）は光機能構造（４）を有し、該光機能構造（４）はとりわけ書き込み／読み出しビーム（６）のガイドのための情報を形成することを特徴とする、請求項１〜６のうちの１項記載の記憶媒体。
  8. 記憶媒体は少なくとも２つの互いに結合されたディスク（１、３）を有し、これらのディスク（１、３）のうち少なくとも一方は記憶材料（１）を有し、他方は材料層（３）を形成することを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の記憶媒体。
  9. 表面近傍の金属イオンドーピングは材料層（３）に向かい合った記憶材料（１）の側に設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のうちの１項記載の記憶媒体。
  10. 機能性構造（４）は記憶材料（１）の向かい側の材料層（３）に設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載の記憶媒体。
  11. 記憶媒体は反射層（５）を有し、該反射層（５）はとりわけ材料層（３）に、有利には材料層（３）と記憶材料（１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの１項記載の記憶媒体。
  12. 記憶される情報／データは、金属粒子／金属イオンを有する及び金属粒子／金属イオンを有さない記憶材料領域の空間的配置から成ることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載の記憶媒体。
  13. とりわけ請求項１〜１２のうちの１項記載の記憶媒体によるデータの記憶及び／又は読み出しのための方法において、
    電磁及び／又は粒子ビーム、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体／材料の照射によって、記憶媒体／材料（１）上に配置されたドナー媒体の金属イオンによる記憶媒体／材料（１）のドーピングが実施されることを特徴とする、とりわけ請求項１〜１２のうちの１項記載の記憶媒体によるデータの記憶及び／又は読み出しのための方法。
  14. とりわけ請求項１〜１２のうちの１項記載の記憶媒体によるデータの記憶及び／又は読み出しのための方法において、
    電磁及び／又は粒子ビーム、とりわけレーザビーム（６）による記憶媒体／材料（１）の照射によって、少なくとも局所的に金属イオンによりドープされた誘電体記憶材料（１）において金属イオンからの局所的金属粒子形成によって前記記憶材料（１）に情報が記憶され及び／又は記憶された情報が上記ビームによる記憶材料（１）の走査によって透過及び／又は反射において読み出されることを特徴とする、とりわけ請求項１〜１２のうちの１項記載の記憶媒体によるデータの記憶及び／又は読み出しのための方法。
  15. 可視スペクトル領域、とりわけ青色波長領域におけるレーザビーム（６）による情報の書き込み及び読み出しが行われることを特徴とする、請求項１３又は１４記載の方法。
  16. 金属粒子及び／又は金属粒子凝集体の形成が第１のステップにおいてビームにおいて金属イオンの還元による金属粒子凝集核の熱的に誘導された形成によって行われ、第２のステップにおいて金属粒子凝集体への金属粒子凝集核の成長が共鳴増大放射吸収によって、とりわけ表面プラズモン共鳴に基づいて行われることを特徴とする、請求項１３〜１５のうちの１項記載の方法。
  17. 記憶された情報／データの消去は記憶媒体（１）の加熱によって行われることを特徴とする、請求項１３〜１６のうちの１項記載の方法。
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