STUDI FENOMENA STT (SPIN TRANSFER TORQUE) PADA BAHAN La1-xSrxMnO3 (x=0,3) BERBENTUK NANOWIRE MENGGUNAKAN SIMULASI MIKROMAGNETIK

Abstract

Bahan La1-xSrxMnO3 (Lanthanum Strontium Manganese Oxide) merupakan salah satu bahan magnetik CMR (Colossal Magnetoresistance) berbasis manganit khususnya oksida mangan yang mempunyai rumus umum A(MnO3) dengan A adalah unsur bervalensi tiga, biasanya berupa unsur tanah jarang (misal: La, Nd, Pr, Sm). Penambahan doping unsur bervalensi dua seperti alkali tanah (misal: Sr, Ca, Ba, Pb) akan mengubah rumusnya menjadi (A1-xBx)MnO3. Bahan ini dapat diaplikasikan sebagai media penyimpan data atau storage device. Secara umum, penelitian tentang bahan magnetik yang diaplikasikan sebagai media penyimpan data dapat dibagi menjadi dua yaitu yang berhubungan dengan struktur domain magnet dan yang berhubungan dengan dinamika dinding domain. Kedua penelitian tersebut dilakukan dengan mengaplikasikan medan magnet luar atau arus listrik melalui fenomena STT (Spin Transfer Torque). Spin Transfer Torque secara sederhana dapat dihasilkan ketika bahan diinjeksi arus listrik sehingga dapat merubah orientasi spin pada momen magnet. Pada bahan multilayer, arus listrik yang diinjeksikan akan mengalir pada dua lapisan tipis feromagnetik yang diselingi bahan non-magnetik. Arus listrik mengalir lebih mudah ketika domain magnet dalam lapisan feromagnetik berorientasi dalam satu arah dibandingkan berlawanan arah. Penerapan arus yang dialirkan dapat menghasilkan tekanan dinding domain dalam arah aliran elektron. Tekanan dinding domain tersebut menghasilkan perubahan magnetisasi seiring peningkatan rapat arus yang terjadi. viii Perubahan nilai magnetisasi tersebut dapat berpengaruh terhadap karakteristik magnetik dari bahan itu sendiri. Pada penelitian ini telah dilakukan dua variasi pada simulasi fenomena spin transfer torque. Pertama yaitu untuk menggambarkan pengaruh variasi arus terhadap magnetisasi yang dapat direpresentasikan dalam bentuk grafik hubungan magnetisasi terhadap waktu (M-t). Kedua, dilakukan simulasi pengaruh variasi diameter terhadap energi total yang meliputi energi demagnetisasi dan energi exchange yang dapat direpresentasikan dalam grafik hubungan Energi terhadap arus. Simulasi dilakukan dengan memodelkan bahan ke dalam geometri nanowire dengan panjang 70 nm dan diameter 10 nm, 20 nm dan 30 nm. Injeksi arus yang diberikan sedemikian rupa sehingga rapat arus (J) yang diberikan yaitu , , , , dan . Selanjutnya mempersiapkan parameter input bahan La1-xSrxMnO3 (x=0,3). Output dari simulasi akan diperoleh beberapa data, diantaranya file .vtk yang digunakan untuk visualisasi struktur domain dan file .ndt yang dapat diolah untuk menghasilkan grafik-grafik hasil simulasi. Hasil pertama dalam penelitian ini menggambarkan posisi dinding domain yang berputar ketika arus diberikan, dimana semakin besar arus yang diberikan perubahan posisi dinding domain semakin besar. Perubahan posisi dinding domain tersebut dapat digunakan untuk menentukan kecepatan dinding domain. Kecepatan dinding domain bertambah seiring bertambahnya arus. Kecepatan maksimum sebesar 7,38 m/s diperoleh ketika bahan La1-xSrxMnO3 (x=0,3) diinjeksi rapat arus paling besar yaitu pada diameter 30 nm. Fenomena ini didukung dengan hasil grafik M-t dimana peningkatan arus menunjukkan osilasi yang semakin rapat dengan bertambahnya diameter. Hasil kedua memperlihatkan energi total meningkat dengan bertambahnya diameter nanowire. Hal tersebut dapat disebabkan oleh kontribusi energi demagnetisasi yang meningkat dengan bertambahnya volume. Sedangkan pada energi exchange lebih kecil dibandingkan energi demagnetisasi untuk pertambahan diameter.