“Pemodelan Two-Legs Zig-Zag Ladder Untuk Simulasi Sifat Suseptibilitas Magnetis dan Magnetisasi Sistem Spin Kuantum NH4CuCl3 Dengan Pemrograman ALPS”

Abstract

Studi mengenai sistem spin 1/2 rantai antiferomagnet model Heisenberg pada sistem spin kuantum NH4CuCl3 adalah salah satu bahasan yang menarik hingga beberapa tahun terakhir. NH4CuCl3 merupakan salah satu senyawa keluarga KCuCl3. Bahan ini bersifat antiferomagnetis dan memiliki keunikan pada kurva magnetisasinya. Dari pengujian dalam medan eksternal pada suhu 0,5 K secara eksperimen, ditemukan plateau pada 1/4 dan 3/4 saturasi magnetisasi, tidak pada 1/2 saturasi magnetisasi penuh. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pemodelan teori mengenai fenomena yang terdapat pada sistem spin kuantum NH4CuCl3. Bahan NH4CuCl3 memiliki Temperatur Neel yang jauh lebih rendah dari keluarga KCuCl3 yang lain, sehingga kopling interaksi interchain pada topologi zigzag chain NH4CuCl3 boleh jadi memberikan pengaruh yang harus diperhitungkan. Pemodelan two-legs zig-zag ladder dalam 1 dimensi didasarkan pada topologi twolegs coupled zig-zag ladder dari sistem spin kuantum NH4CuCl3. Untuk menguji pemodelan, dilakukan pemrograman ALPS untuk memodelkan two-legs zig-zag ladder yang diaplikasikan pada Hamiltonian Heisenberg. Pemodelan two-legs zig-zag ladder memiliki sistem frustrasi bersegi ganjil. Untuk menghitung harga harap suseptibilitas magnetis terhadap suhu, simulasi dijalankan dengan algoritma Monte Carlo Kuantum ALPS. Simulasi dilakukan dengan cara merubah simetri kisi pada pemodelan two-legs zig-zag ladder, karena Simulasi Monte Carlo Kuantum tidak dapat menghitung harga harap suseptibilitas magnetis terhadap suhu pada sistem frustrasi penuh. Dari cara ini diharapkan harga harap suseptibilitas magnetis dapat didekati. Simulasi Monte Carlo Kuantum memberikan hasil bahwa pemodelan two-legs zig-zag ladder dengan nilai konstanta kopling J1=2 dan J2=4 serta 􀟜 = 0,7 dan 0,8 dapat mendekati nilai Temperatur Neel NH4CuCl3 yang didapatkan dari hasil eksperimen (4 K). Nilai konstanta kopling dan perubahan simetri kisi yang mendekati temperatur Neel NH4CuCl3, kemudian dievaluasi lebih lanjut pada kurva magnetisasinya. Harga harap magnetisasi dari pemodelan two-legs zig-zag ladder dihitung dengan menggunakan algoritma DMRG (Density Matrix Renormalization Group). Dari hasil simulasi untuk konstanta kopling J1=2 dan J2=4 dengan konstanta 􀟜 = 0,7 didapatkan plateau terdapat pada 1/5, 2/7, 12/25, 14/25 dan 17/25 saturasi magnetisasi penuh, sedangkan simulasi untuk konstanta kopling J1=2 dan J2=4 dengan konstanta 􀟜 = 0,8 didapatkan plateau terdapat pada 2/7, 12/25, 14/25 dan 17/25 saturasi magnetisasi penuh. Hasil ini tentu saja berbeda dengan keberadaan plateau magnetisasi NH4CuCl3 dari hasil eksperimen. Hasil penelitian memberikan kesimpulan bahwa pemodelan two-legs zig-zag ladder dapat memprediksi keberadaan Temperatur Neel bahan NH4CuCl3, namun plateau magnetisasi pada pemodelan two-legs zig-zag ladder tidak unik pada 1/4 dan 3/4 saturasi magnetisasi penuh. Diduga sistem spin kuantum NH4CuCl3 lebih lanjut adalah ekspansi dari pemodelan two-legs zig-zag ladder 2 dimensi dengan mempertimbangkan interaksi antar ladder dan terjadinya dimerisasi atau 3 dimensi berdasarkan efek perubahan simetri kisi terhadap topologi asli sistem spin kuantum NH4CuCl3 (two-legs coupled zig-zag ladder).