Analisis Suseptibilitas Magnetik dan Suhu Curie Bahan CO₂FeSi Model Nanocube dan Nanosphere

Abstract

Dalam beberapa tahun terakhir, HDD (Hard-disk Drive) menjadi salah satu media penyimpanan data pada komputer yang terus diperbaharui guna mendapatkan kepadatan penyimpanan yang lebih tinggi dan performa yang cepat. HDD merupakan media penyimpanan data yang mengaplikasikan bahan magnetik pada komponennya yang disebut disk (piringan). Teknologi pengembang HDD seperti HAMR (Heat-asisted Magnetic Recording) menggunakan bahan paduan yang bermanfaat dalam penyimpanan dan pembacaan bit magnetik. Salah satu contoh bahan paduan yang digunakan dalam penlitian ini ialah Full Heusler Alloy. Hal ini dikarenakan koersivitasnya yang tinggi mampu membuat HAMR mengatasi efek superparamagnetik yang timbul akibat fluktuasi termal. Selain itu, Full Heusler Alloy juga bersifat HMF (Half-Metalic Feromagnetic), dimana magnetisasi dari bahan ini timbul akibat interaksi antar spin. Co₂FeSi merupakan material HMF, dimana polaritasnya hampir 100% pada energi fermi sehingga efisien apabila diaplikasikan dalam spintronik. Hal ini tentunya membuat Co₂FeSi menjadi bahan yang memungkinkan aplikasi dengan prinsip spintronik dan HAMR untuk pengembangan HDD. Skripsi ini bertujuan untuk mengkaji sifat magnetik bahan seperti suseptibilitas magnetik dan suhu Curie. Kajian ini relevan karena dua parameter tersebut yang menentukan performa magnetik suatu material. Penelitian diawali dengan mengumpulkan data eksperimen dari paduan bahan yang digunakan. Data ini berisi informasi mengenai parameter-parameter fisik dan magnetik dari material Co₂FeSi yang penting untuk pembuatan file input simulasi. File simulasi terdiri dari file input dan Co.mat, dimana simulasi dijalankan menggunakan software Vampire untuk setiap variasi ukuran dan geometri. Data hasil berupa file log dan output, yang diolah kembali menggunakan software Origin untuk mendapatkan kurva suhu Curie, suseptibilitas magnetik, dan kurva hubungan energi-energi magnetisasi dengan suhu. Analisis perbedaan distribusi data suseptibilitas magnetik dilakukan dengan uji statistik menggunakan metode uji Mann Whitney. Hasil simulasi menunjukkan bahwa magnetisasi menurun seiring meningkatnya suhu dan stabil ketika melewati suhu Curie. Suhu Curie pada nanocube cenderung menurun seiring bertambahnya ukuran, berbanding terbalik dengan nanosphere. Kondisi ini terjadi akibat efek permukaan yang mempengaruhi exchange interaction sebagai penentu kestabilan magnetisasi. Nanocube memiliki suhu Curie yang lebih besar dibandingkan dengan nanosphere karena anisotropi bentuknya yang tinggi sehingga lebih mudah untuk mensejajarkan arah spin. Selain bentuk geometri, faktor lain yang mempengaruhi nilai suhu Curie ialah ukuran partikel yang diterapkan. Suseptibilitas magnetik meningkat hingga mencapi titik Curie karena interaksi antar spin yang masih kuat dan sejajar. Fluktuasi termal menyebabkan spin mudah berubah arah sehingga suseptibilitas menurun tajam. Puncak kurva menggambarkan transisi dari feromagnetik ke paramagnetik. Nilai suseptibilitas magnetik pada nanocube lebih tinggi dibandingkan dengan nanosphere, yang disebabkan oleh pengaruh anisotropi bentuk. Hal ini membuat momen magnetik yang lebih stabil pada partikel berbentuk kubus. Hasil uji Mann-Whitney menunjukkan partikel berukuran 3-23 nm memiliki perbedaan signifikan secara statistik, sedangkan partikel 25 nm berada dalam kategori borderline. Hal ini dikarenakan kontribusi efek geomteri tidak lagi dominan pada partikel berukuran nanometer yang lebih besar. Nilai dari energi-energi magnetisasi seperti energi anisotropi, energi exchange, dan energi demagnetisasi bergantung pada suhu yang diberikan pada sistem. Pada kondisi suhu rendah energi magnetisasi memiliki nilai yang cenderung tinggi akibat sistem masih dalam keadaan teratur dan orientasi spin yang sejajar. Energi magnetisasi semakin melemah ketika suhu yang diterapkan semakin meningkat, dimana fluktuasi termal mengganggu keteraturan spin. Setelah melewati suhu Curie, nilai energi-energi magnetisasi cenderung konstan karena fluktuasi termal yang membuat orientasi spin menjadi acak dan interaksi antar spin melemah.