Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.033.03
PENGARUH GELOMBANG MIKRO (MICROWAVE ASSISTED) TERHADAP KURVA HISTERISIS DARI BAHAN FERROMAGNETIK COPD BERBENTUK ELLIPSOID
Widia Nursiyanto 1,a) , Luthfi Rohman 2,b) , Nagara H.T.B.F 2) , Edy Supriyanto 2)
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta 12640
2 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember Jln. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: a) widianursiyanto@gmail.com, b) el_rahman.fmipa@unej.ac.id

## Abstrak
Saat  ini  alat  penyimpanan  data  masih  berkendala  yaitu  menjadi  tidak  stabil  akibat  efek  super- paramagnetik.  Efek  ini  dapat  terjadi  apabila  nilai  kerapatan  bit  ditingkatkan  atau  ketika  energi magnetisasi menurun sehingga terjadi proses demagnetisasi akibat orientasi magnetisasi berubah dengan adanya  temperatur  tinggi.  Bahan  feromagnetik  CoPd  memiliki  nilai  anisotropi  magnetik  dan  medan koersivitas  besar,  sehingga  bahan  ini  dapat  dipola  (patterned)  dengan  ukuran  yang  sangat  kecil  sesuai dengan persyaratan alat penyimpanan data. Namun demikian, masih diperlukan data analisis perubahan kurva  histerisis  CoPd  apabila  diberi  pengaruh  microwave  assisted  yang  mengakibatkan  kenaikan temperatur  pada  CoPd.  Oleh  karena  itu,  dilakukan  pengamatan  terhadap  nilai  medan  koeversitas  pada bahan  feromagnetik  CoPd  berbentuk  ellip  dengan  ukuran  diameter  panjang  yang  divariasi.  Sampel CoPd  selain  diberi  medan  luar  juga  ditambah  dengan  pengaruh  microwave  assisted  yang  memiliki amplitudo  10000  mT  dan  frekuensinya  80    GHz.  Pengambilan  data  digunakan  program  simulasi mikromagnetik  dari  perangkat  lunak  bersifat  publik  bernama  Object  Oriented  Micromagnetic Framework  (OOMMF).  Dari  pengolahan  data  diperoleh  hasil  bahwa  medan  koersivitas  menjadi semakin kecil ketika dimensi geometri bahan CoPd semakin besar. Ini berarti bahwa proses pembalikan magnetisasi bahan feromagnetik CoPd semakin kecil. Dengan hasil ini dapat disimpulkan bahwa bahan feromagnetik CoPd cocok untuk digunakan sebagai alat penyimpanan data. Dimensi yang terbaik adalah (150 x 150 x 450) nm 3 dan (165 x 165 x 495) nm 3 .
Kata-kata kunci : CoPd, kurva histerisis, microwave assisted, medan koersivitas

## Abstract
Until now the data storage device is still constrained unstable because of the superparamagnetic effect. This  effect  can  occur  when  the  value  of  bit  density  increases  or  when  the  magnetic  energy  decreases which  causes  the  process  of  demagnetization  due  to  the  magnetization  orientation  changed  in  the presence of high temperature. CoPd as one of the ferromagnetic materials has magnetic anisotropy value and large coercivity of the field so that this material can be patterned with very small size according to the  requirement  of  data  storage  tool.  However,  data  analysis  of  the  CoPd  hysteresis  curve  is  required when the microwave assisted at the CoPd would give to rise of temperature. Therefore, we observe the value  of  the  coercivity  of  the  field  on  the  ellipsoid  CoPd  material  with  the  dimension  of  size  the diameter  varied.  In  addition  external  field,    the  microwave  assisted  with  the  value  of  the  amplitude  is 10000  mT  and  the  value  of  frequency  is    80    GHz  give  to  the  sample.  Retrieval  of  data  using  a
Received: 25 October 2018 Revised: 12 November 2018 Accepted: 28 December 2018
Published: 30 December 2018
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
micromagnetic  simulation  program  from  a  public  software  called  Object  Oriented  Micromagnetic Framework  (OOMMF).  From  the  data  processing,  it  is  found  that  coercivity  of  the  field  becomes smaller  when  the  dimension  of  the  sample  is  getting  bigger,  This  means  that  the  reversal  of magnetization of CoPd is getting smaller. With these results, it can be concluded that CoPd is suitable for use as data storage devices. The best dimensions are (150 x 150 x 450) nm 3 and (165 x 165 x 495) nm 3 .
Keywords: CoPd, hysteresis curve, microwave assisted, the coercivity of the field.

## PENDAHULUAN
Perangkat/media penyimpan berbasis magnetik ( magnetic storage ), dan sensor berbasis magnetik ( magnetic sensor ) merupakan aplikasi bidang spintronik ( spintronic device ) yang berkembang sangat cepat.  Salah satu penelitian feromagnetik yang cukup menjanjikan sebagai media penyimpan adalah magnetic domain-wall racetrack memory (RM) [1, 2].
Media ini dicari yang memiliki kemampuan penyimpanan yang besar, non-volatile , dan berharga murah,  contohnya  pada  media  perekam  magnetik hard  disk  drive (HDD)  Kebutuhan  HDD berkapasitas  besar  semakin  meningkat.  Kebutuhan  ini  dapat  dicapai  dengan  cara  meningkatkan kerapatan bit ( bit-areal-density ). Kerapatan bit dijadikan tolok ukur dalam perkembangan kemajuan bidang  perekam  magnetik.  Namun,  ketika  nilai  kerapatan  bit  pada  media  penyimpanan  data ditingkatkan  akan    menjadi  tidak  stabil  karena  efek  superparamagnetik.  Efek  ini  dapat  terjadi  jika ditingkatkan,  maka  energi  magnetisasi  menurun.  Selanjutnya,  terjadi  proses  demagnetisasi  dan perubahan  orientasi  magnetisasi  yang  disebabkan  oleh  perubahan  temperatur  tinggi  pada  keadaan energi magnetisasi yang menurun [3].
Salah satu bahan feromagnetik adalah lapisan tipis CoPd, bahan ini memiliki tekstur yang kuat  dengan  didukung  nilai  anisotropi  magnetik  dan  medan  koersivitas  besar.  Karakter anisotropi magnetik CoPd yang besar membuka peluang bahan ini dapat dipola ( patterned ) dengan ukuran yang sangat kecil [4]. Bahan lapisan tipis CoPd dapat diaplikasikan sebagai media perekaman  magnetik  dengan  kerapatan  tinggi  yang  dapat  memberikan  kontribusi  penting  pada perkembangan teknologi khususnya pada sistem penyimpanan data [5].
Kurva histerisis merupakan karakterisasi material magnet yang menggambarkan    material   dapat dimagnetisasi  atau didemagnetisasi.  Bahan feromagnetik  yang memiliki permeabilitas  awal yang tinggi    dan  koersivitas    yang  rendah  ( soft  magnetic    material )    seperti  terlihat  pada  GAMBAR  1 merupakan  bahan yang diperlukan   untuk perangkat spintronik.
(a) (b)
GAMBAR 1. (a) Kurva histerisis soft magnetic , (b) Histerisis hard material ferromagnetic [6].
Bahan soft  magnet memiliki  nilai  medan  koersivitas  dan  magnetisasi  remanen  yang  kecil, sehingga bentuk loop kurva sangat pipih/tipis. Sedangkan, bahan hard magnet memiliki nilai medan koersivitas  dan  magnetisasi  remanen  yang  besar,  sehingga  bentuk loop kurva  sangat  tebal.  Bentuk
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
loop kurva  histeresis  yang  dibutuhkan  pada  aplikasi  perekam  magnetik  adalah  magnetisasi  besar, koersivitas sedang, dan idealnya berbentuk persegi [7].
Ketika  bahan  feromagnetik mendapat  pengaruh  gelombang  mikro  ( microwave assisted )  dengan frekuensi  yang  sama  seperti  frekuensi  bahan,    maka  hal  ini  akan  dihasilkan  resonansi.  Sehingga mengakibatkan   magnetisasi bahan akan bergetar pada sudut maksimal dan medan koersivitas pada bahan akan bernilai minimum. Microwave assisted yang digunakan mempunyai nilai amplitudo dan frekuensi yang bervariasi. Jika kedua nilai yang digunakan semakin besar, maka dapat membuat tipis medan switching . Kondisi lebar atau tipisnya medan ini dapat diamati dalam kurva hysteresis [8].

## METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan metode simulasi mikromagnetik finite different yang menggunakan perangkat  lunak  domain  publik  OOMMF  dengan  sistem  operasi windows [9],  yang  akan  diperoleh data osilasi DW dari bahan feromagnetik nanowire berdasarkan persamaan Landau-Lifshitz-Gilbert [10]
(1)
dengan nilai H eff :
exchange uniso demag applied eff H H H H H + + + = (2)
Bahan feromagnetik CoPd yang digunakan memiliki variasi geometri diameter : sumbu X=Y dari 15-165  nm  dan  sumbu  Z  dari  45-495  nm  seperti  terlihat  pada  GAMBAR  2.  Ukuran  sel  simulasi mikromagnetik adalah 1,5 × 1,5 × 1,5 nm 3 dan nilai konstanta  redaman  dalam persamaan Landau- Lifshitz-Gilbert dipilih 0,05
GAMBAR 2. Geometri Bahan feromagnetik CoPd
Hubungan  antara  medan  magnetik  yang  diberikan  pada  bahan  (H),  magnetisasi  bahan dengan kerapatan fluks magnetik (B) diberikan  sebagai :
) ( M H B + = 0  (3)
Dalam  penelitian  ini  digunakan  medan  magnet  luar ( H ) mulai dari 30000 mT hingga -30000 mT  serta Microwave-assisted dengan  amplitudo  10000  mT  dan  frekuensi  80    GHz.  Nilai  medan koersivitas diperoleh dari unsur kurva histeresis yang disusun menjadi persamaan:
( ) ( ) ( ) eff s eff M dt d H M M H M   + −  + − = 2 2 1 1      M
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
(4)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai  medan  koersivitas  geometri  berukuran    (15 x 15 x 45)  nm 3 tanpa microwave  assisted diperoleh sebesar 17000 mT.  Kurva histeresis dan proses pembalikan arah magnetisasi dapat dilihat pada GAMBAR 3 dan GAMBAR 4.
GAMBAR 3. Kurva histeresis tanpa microwave assisted
GAMBAR 4. Proses pembalikan magnetisasi dari bahan CoPd ellipsoid
Nilai medan koersivitas geometri berukuran (15 x 15 x 45) nm 3 dengan microwave assisted yaitu sebesar 8750 mT, seperti terlihat pada GAMBAR 5.
2 0 = − = y pada x x c kecil H besar H H ) (
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 5. Pengaruh microwave assited terhadap medan koersivitas pada geometri berukuran (15 x 15 x 45) nm 3
Nilai  tersebut  lebih  kecil  dibandingkan  medan  koersivitas  tanpa  menggunakan microwave assisted, yaitu  menjadi  setengahnya.    Dengan  demikian, microwave  assisted mampu  membuat  nilai medan  koersivitas  menurun.  Kurva  histeresis  dari  bahan  CoPd  dengan  berbagai    variasi  dimensi geometri dapat dilihat pada GAMBAR 6.
GAMBAR 6. Pengaruh microwave assited terhadap medan koersivitas pada geometri berukuran: (a) (15 x 15 x 45) nm 3 , (b) (75 x 75 x 225) nm 3 , (c) (90 x 90 x 270) nm 3 , (d) (120 x 120 x 360) nm 3 , (e) (150 x 150 x 450) nm 3 , (f) (165 x 165 x 495) nm 3
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Nilai medan koersivitas dari berbagai variasi dimensi geometri dapat dilihat pada TABEL 1.
TABEL 1. Koersivitas Bahan CoPd berbagai  variasi dimensi geometri akibat microwave assisted
Dimensi (nm 3 ) Medan Koersivitas (mT) 15 x 15 x 45 8750 75 x 75 x 225 2450 90 x 90 x 270 2250 120 x 120 x 360 2100 150 x 150 x 450 1925 165 x 165 x 495 1875
Terlihat  bahwa  semakin  besar  dimensi  geometri  bahan  CoPd  menghasilkan  nilai  medan koersivitas yang semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa MW berpengaruh memperkecil medan koersivitas  bahan.  Nilai  medan  koersivitas  yang  semakin  kecil  dapat  membuat  bahan  CoPd cenderung  mudah  untuk  melakukan  proses  pembalikan  magnetisasi.  Dengan  demikian,  dengan adanya  sedikit  pemberian  medan  eksternal  bahan  CoPd  sudah  dapat  berubah  menjadi  magnet  kuat. Terlihat bahwa bahan CoPd dengan dimensi (150x150x450) nm 3 dan (165x165x495) nm 3 ,  memiliki medan koersivitas kecil yaitu di bawah 2000 mT.

## SIMPULAN
Pengaruh microwave  assisted yang  digunakan  pada  proses  simulasi  mikromagnetik  terhadap bahan  CoPd  dengan  variasi  geometri,  dihasilkan  nilai  medan  koersivitas  semakin  kecil  ketika dimensi  geometri  bahan  semakin  besar  (kurva  histeresis  yang  semakin  pipih  atau  tipis).  Dengan demikian bahan CoPd sudah dapat berubah menjadi magnet kuat  dengan sedikit pemberian  medan eksternal.  Geometri  CoPd  (150  x  150  x  450)  nm 3 dan  (165  x  165  x  495)  nm 3 cukup  baik  untuk perangkat penyimpan data.

## REFERENSI
[1] Wolf,  S.  A.  et  al.,  Spintronics:  A  spin-based  electronics  vision  for  the  future,  Science  294, (2001), pp. 1488.
[2] Parkin,  S.  S.,  Hayashi,  M.,  dan  Thomas,  L.,  Magnetic  domain  wall  racetrack  memory, Science 320 , (2008), pp. 190.
[3] Dobisz, E.A., Patterned media: Nanofabrication challenges of future disk drives. Proceedings of the IEEE, 11 , (2008), pp. 96.
[4] Salamah,  U.  dan  Suharyadi,  E., Analisa  Pergeseran  Magnetic  Domain  Wall  pada  Lapisan Tipis  Free  Layer  Co/Pd  terhadap  Pengaruh  Dimensi  Sample,  Yogyakarta:  Fisika-MIPA- Universitas Gajah Mada, (2014)
[5] Liu,  Z.,  Brandt,  R.,  Hellwig,  O.,  Florez,  S.,  Thomson,  T.,  Terris,  B.,  dan  Schmidt,  H., Thickness  dependent  magnetization  dynamics  of  perpendicularanisotropy  Co/Pd  multilayer film. ELSEVIER. Journal of magnetism and magnetic materials. (2011), pp. 1623-1626.
[6] https://www.electronics-tutorials.ws/electromag netism/magnetic-hysteresis.html (2018).
[7] Leslie-Pelecky,  D.L.,  Magnetic  Properties  of  nanostructured  materials.  Chem.  Mater, 8 , (1996), pp. 1770-1783
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
[8] Li,  P.,  Yang,  X.,  dan  Cheng,  X.,  Micromagnetic  Simulation  of  Microwave  Assisted Switching  in  Ni 80 Fe 20 Thin  Film  Element.  Wuhan:  Huazhong  University  of  Science  & Technology, (2008)
[9] M.J.  Donahue  and  D.G.  Porter,  OOMMF  User’s  Guide  [Online],    Available: http://math.nist.gov/oommf (2002).
[10]  T.L.  Gilbert,  A  phenomenological  theory  of  damping  in  ferromagnetic  materials,  IEEE Trans. Magn. 40(6), (2004), pp. 3443–3449.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA