Perhitungan Energi Pembentukan Vacancy Defect pada Tembaga (Cu) dengan Metode Dinamika Molekul

Abstract

Logam tembaga (Cu) merupakan salah satu material logam yang banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang industri karena memiliki konduktivitas listrik dan termal yang tinggi serta struktur Face-Centered Cubic (FCC) yang stabil. Dalam kondisi nyata, material logam tidak pernah benar-benar bebas dari cacat kristal (cystal defect). Salah satu jenis cacat yang paling umum ditemui adalah vacancy defect, yaitu hilaangnya satu atau lebih atom dari posisi normalnya di dalam kisi kristal. Keberadaan vacancy defect dapat mempengaruhi sifat fisis dan mekanik material, seperti energi pembentukan, energi kohesif, kestabilan struktur dan pengaruh karakteristik mikrostruktur. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh konsentrasi vacancy defect terhadap energi pembentukan vacancy dan energi kohesif. Simulasi dilakukan menggunakan metode dinamika molekul dengan perangkat lunak LAMMPS menggunakan potensial Morse. Sistem awal berupa tembaga FCC yang terdiri atas 2.048 atom. Variasi vacancy yang digunakan yaitu 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,7%, 0,9%, 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Analisis struktur dilakukan menggunakan perangkat lunak OVITO melalui visualisasi atom, Common Neighbor Analysis (CNA), dan Radial Distribution Function (RDF), sedangkan analisis sifat energetik dilakukan berdasarkan energi pembentukan vacancy dan energi kohesif yang diperoleh dari hasil simulasi. Selanjutnya, data hasil simulasi diolah menggunakan Python untuk menyusun grafik yang digunakan dalam analisis hasil penelitian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi vacancy defect memberikan pengaruh terhadap struktur kristal maupun sifat energetik material. Berdasarkan analisis OVITO, jumlah ruang kosong di dalam kisi kristal meningkat seiring bertambahnya jumlah atom yang dihilangkan. Hasil CNA menunjukkan bahwa struktur FCC masih menjadi struktur dominan pada seluruh variasi konsentrasi vacancy defect, sedangkan hasil RDF memperlihatkan bahwa posisi puncak pertama tetap berada pada sekitar 2,5 Å. Hal tersebut menunjukkan bahwa struktur kristal FCC masih dipertahankan hingga konsentrasi sebesar 5%, meskipun telah terjadi gangguan lokal pada lingkungan atom di sekitar daerah cacat.