M01266

(1)

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains IX, Fakultas Sains dan Matematika, UKSW Salatiga, 21 Juni 2014, Vol 5, No.1, ISSN :2087-0922

31

PENGARUH REDAMAN GILBERT TERHADAP POLA PEMBALIKKAN

MAGNETISASI BAHAN FERROMAGNETIK KUAT

COBALT-PLATINUM-CHROMIUM PADA SUHU RUANG

Kukuh Azis Waluyo1, Muhamad Azhar Ma’arif2, Nur Aji Wibowo3

Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711

1

[email protected], [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Melalui simulasi mikromagnetik, pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikkan magnetisasi bahan ferromagnetik kuat Cobalt-Platinum-Chromium pada suhu ruang telah dikaji dengan menyelesaikan persamaan Landau-Lifshiftz-Gilbert. Parameter-parameter magnetik yang digunakan antara lain konstanta anisotropi tegak lurus, magnetik saturasi, dan konstanta pertukaran, yang nilainya berturut-turut adalah 2×106 erg/cm3, 3700 G, dan 9.99×10-7 erg/cm. Sampel nano-dot yang diteliti berdimensi 50×50×50 nm3 dan terbagi menjadi elemen-elemen balok sejumlah 15×15, dengan masing-masing elemen memiliki orientasi momen magnetik tunggal. Step integrasi yang dipergunakan sebesar 0.12 ps. Simulasi ini dilakukan dengan memvariasi nilai redaman Gilbert sebagai berikut, 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32. Hasil simulasi mikromagnetik ditunjukkan melalui grafik mekanisme pembalikan megnetisasi, visualisasi mekanisme pembalikkan magnetisasi dan hasil yang diperoleh pengaruh redaman terhadap medan pembalik. Dari hasil yang diperoleh melalui grafik mekanisme pembalikkan magnetisasi, menunjukkan bahwa terdapat perbedaan waktu pembalikan untuk setiap konstanta redaman yang diberikan. Dari hasil visualisasi mekanisme pembalikkan magnetisasi, memperlihatkan bahwa bahan magnetik termagnetisasi dengan pola seragam pada semua bagian tanpa diiukuti pembentukan dinding domain, serta terjadi perbedaan waktu pembalikan untuk setiap sampel nilai redaman. Semakin besar nilai redaman, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi yang diperlukan. Sedangkan dari hasil evaluasi pengaruh redaman terhadap medan pembalik, diperoleh juga bahwa peningkatan redaman Gilbert mampu menurunkan nilai medan pembalik. Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah bahwa peningkatan nilai redaman Gilbert pada bahan ferromagnetik kuat Cobalt-Platinum-Chromium mampu mempercepat waktu pembalikan magnetisasi dan sekaligus menurunkan besaran medan pembalik.

Keywords: mikromagnetik, redaman Gilbert, nano-dot, magnetisasi, medan pembalik. PENDAHULUAN

Pesatnya kemajuan teknologi komputer saat ini, diikuti kian maraknya berbagai produk komputer yang beredar dipasaran dengan spesifikasi tertentu. Kebutuhan masyarakat akan komputer dengan harga terjangkau, non-volatile, memiliki kapasitas penyimpanan dan transfer data yang besar, telah menjadi perhatian berbagai perusahaan komputer ternama di seluruh dunia.

Semenjak penemuan efek magnetoresistansi atau

Giant Magnetoristance (GMR) pada tahun 1988, media penyimpanan data berbasis magnet (magnetic memory device) dan sensor magnetik

(magnetic sensor) semakin berkembang sebagai upaya menjawab kebutuhan masyarakat di era teknologi saat ini [1][2].

Seperti yang telah diketahui, dalam perkembangan tersebut menggunakan teknologi perekaman

magnetik tegak lurus (Perpendicular Magnetic

Recording-PMR) yang melibatkan suatu material ferromagnetik ukuran nano dan bahan magnetik

dengan anisotropi tegak lurus (Perpendicular

(2)

32

diatasi dengan mode pembalikan magnetisasi

berbantukan panas (Heat Assisted Magnetization

Reversal-HAMR) [6]. Selain medan magnet, masih banyak faktor yang saling terkait dalam pengembangan PMR, salah satunya adalah faktor redaman Gilbert [1][4].

Pada makalah ini, proses mekanisme pembalikan magnetisasi tegak lurus pada material magnetik dalam suhu ruang, akan dipelajari melalui simulasi mikromagnetik dengan menyelesaikan persamaan Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) [4]. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikkan magnetisasi bahan ferromagnetik kuat

Cobalt-Platinum-Chromium.

METODOLOGI PENELITIAN

Secara umum, simulasi pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikan magnetisasi bahan beranisotropi tegak lurus dapat dilakukan dengan menyelesaikan persamaan LLG sebagai berikut [7].

Simulasi ini dilakukan dengan memvariasi konstanta redaman Gilbert(α)dengan mengambil nilai 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32. Dimana _adalah

vektor magnetisasi, M_sadalah magnetisasi jenuh,

γ adalah rasio giromagnetik elektron yang nilainya 1

efektif. _eff_{mencakup medan anisotropi}₍ ₎

k

_,

medan demagnetisasi (_d)_{, medan interaksi tukar}

)

(_ex _{, dan medan eksternal}₍ ₎

ext

_{, seperti yang}

ditunjukkan pada Persamaan (2) [4][5].

ext

Bahan ferromagnetik kuat CoPtCr pada suhu ruang (298 K) memiliki konstanta anisotropi tegak

lurus (K_⊥)= 2×106 erg/cm3, magnetik saturasi

dot yang digunakan berdimensi 50×50×20 nm3

dan terbagi menjadi elemen-elemen balok sejumlah 15×15, dengan masing-masing elemen memiliki orientasi momen magnetik tunggal. Step integrasi yang dipergunakan sebesar 0.12 ps. Pada kondisi awal sebelum medan diberikan, momen

magnet termagnetisasi dalam arah sumbu x

positif. Medan pengimbas yang diberikan, meningkat secara linier dan mencapai maksimum ketika durasi maksimum diberikan.

HASIL DAN DISKUSI

Gambar 1. Mekanisme pembalikkan magnetisasi untuk

⊥

K = 2×106 erg/cm3, A= 9.99×10-7 erg/cm dan

s

4πM =3700Gpada suhu ruang (298 K) dengan α= 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32

Gambar 1 menunjukkan mekanisme pembalikan magnetisasi yang disajikan melalui nilai

sat

easy M

M . Saat M_easy M_sat = 1, bahan

magnetik mula-mula berada pada keadaan termagnetisasi jenuh dalam arah positif. Akibat pemberian medan luar sebesar 1 T , bahan magnetik mengalami pembalikan setelah 0.5 ns

yang bersesuaian dengan M_easy M_sat= 0 . Pada

(3)

33

titik pembalikkan (switching point). Sedangkan medan magnet pengimbas dan waktu yang terkait pada titik ini akan disebut sebagai medan pembalik )(Hswt dan titik pembalikkan (tswt).

sat

easy M

M = –1, menunjukkan bahwa bahan

magnetik termagnetisasi jenuh dalam arah sejajar dengan medan magnet luar.

Pada titik pembalikkan, terlihat bahwa konstanta redaman yang diberikan menunjukkan perbedaan waktu yang dibutuhkan bahan magnetik untuk melakukan pembalikkan magnetisasi. Efek redaman ini juga dipengaruhi oleh suku kedua pada Persamaan (1) yang memberikan efek disipasi dari gerak presisi.

0.26

0.44 ns 0.46 ns 0.50 ns 0.62 ns

0.28

0.42 ns 0.45 ns 0.50 ns 0.60 ns

0.30

0.40 ns 0.43 ns 0.47 ns 0.58 ns

0.31

0.38 ns 0.40 ns 0.44 ns _{0.56 ns}

Gambar 2. Visualisasi mekanisme pembalikkan

magnetisasi untuk K_⊥ = 2×106 erg/cm3, A= 9.99×10-7 erg/cm dan 4πMs=3700Gpada suhu ruang

(298 K) dengan α = 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32.

Gambar 2 merupakan visualisasi keadaan pembalikkan megnetisasi. Warna hitam menunjukkan keadaan awal sebelum proses pembalikkan, yaitu saat termagnetisasi jenuh dalam arah sumbu x positif. Warna abu-abu cerah menunjukkan bahwa bahan magnetic termagnetisasi dengan arah berkebalikan dari arah semula. Keseragaman warna yang diperlihatkan dalam setiap waktu, menunjukkan bahwa saat magnetisasi berlangsung, konfigurasi dinding domain tidak terbentuk. Artinya, pola pembalikan terjadi secara serempak pada semua bagian.

Informasi lain yang didapat dari Gambar 2 adalah perbedaan waktu pembalikkan magnetisasi setiap

keadaan dari ke empat sampel α. Semakin besar

α, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi

yang diperlukan.

Gambar 3. Pengaruh α terhadap medan pembalik

)

(Hswt untuk K⊥ =

3 6

erg/cm 10

2× , A= 9.99×10-7

erg/cm dan 4πMs=3700Gpada suhu ruang (298 K).

(4)

34

untuk pembalikkan magnetisasi menjadi lebih cepat.

KESIMPULAN

Dari simulasi diperoleh bahwa faktor redaman Gilbert pada bahan ferromagnetik kuat CoPtCr berpengaruh terhadap waktu pembalikkan magnetisasi. Semakin besar konstanta redaman Gilbert yang diberikan, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi yang dibutuhkan. Selain itu, nilai medan pembalik juga dapat direduksi dengan memperbesar konstanta redaman Gilbert.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Mardona, ”Dinamika Domain Wall dan Efek

Anisotropi pada Material Ferromagnet Co dan

Ni Berbentuk Nanoware,” Tesis, Program

Studi Magister Fisika, Universitas Indonesia, 2012.

[2] Ismail, “Studi Micromagnetic Proses

Magnetisasi dan Spektrum Suseptibilitas Ferromagnetik Elemen Diamond-Shape,”

Tesis, Program Studi Magister Fisika, Universitas Indonesia, 2013.

[3] S. Muhammady, Suharyana, B. Purnama,

“Kajian Simulasi Mikromagnetik Ketergantungan Tipe-nukleasi Magnetisasi

Reversal terhadap Waktu pada Nano Dot

Permalloy,” Indonesian Journal of Applied

Physics, vol. 2, no. 2, hal. 164, 2012.

[4] W. N. Handayani, A. Setiawan, N. A.

Wibowo, “Gilbert Damping Effect on Thermally Assited Magnetization Reversal of Perpendicular Magnetized Nano-dot,”

International Journal of Science and Engineering Investigations, vol.2, issue 16, 2013.

[5] A.C.D. Permatasari, S. Trihandaru, N. A.

Wibowo, “Micro Magnetic Study of Thermally Assited Magnetization Reversal Mechanism on Perpendicularly Magnetic Anisotropy COxSIyBz,” International Journal

of Science and Research (IJSR), vol. 2, issue 5, 2013.

[6] N. A. Wibowo, Cari, B. Purnama, “Heat

Assisted Magnetization Reversal on

Perpendicular Magnetized Nano-dot,” The

Journal for Technology and Science, vol. 22, no. 2, 2011.

[7] R. M. Brilianto, A. Setiawan, N. A. Wibowo,