Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al)
Piana Hartina a , Sri Wahyu Suciati b , Amir Supriyanto c, dan Junaidi
Jurusan Fisika, Universitas Lampung, Bandar Lampung, Indonesia, 35141
Article Information Abstract Article history: Received May 3 rd , 2020
Received in revised form May 30 rd , 2020 Accepted June 10 rd , 2020 Keywords : Molecular Dynamics Simulation, LAMMPS, Melting Point, OVITO, ISAACS. Research  has  been  carried  out  with  the  aim  of  obtaining  a  molecular  dynamics simulation  model  of  the  Al,  Fe,  Pb  materials  related  to  the  crystal  structure  and characteristics  of  the  materials  at  their  melting  point.  This  melting  point  simulation method uses the molecular dynamics simulation of the LAMMPS code using the Finnis- Sinclair  EAM  potential  and  uses  the  velocity-verlet  algorithm  equation.  The  melting point  value  analysis  is  carried  out  based  on  the  graph  of  the  phase  change  (solid- liquid) between the potential energy and temperature values of each material obtained from  the  LAMMPS  output.The  LAMMPS  output  contains  Data  on  the  position  of  the atoms are in XYZ format, and information is also obtained in the form of integration step, potential energy, temperature, volume, and pressure. The visualization results show that the crystal structure of aluminum reaches a melting point at 948.51 ° C, lead reaches  a  melting  point  at  952.92 ° C,  iron  reaches  a  melting  point  at  1521.25 ° C. Visualization of the crystal structure of the material when it reaches the melting point using the OVITO software and to analyze the characteristics of the crystal structure of the material with a radial distribution function curve using the ISAACS software.
Informasi Artikel Abstrak Proses artikel: Diterima 3 Mei 2020
Diterima dan direvisi dari 30 Mei 2020 Accepted 10 Juni 2020
Kata kunci:
Simulasi Dinamika Molekul, LAMMPS, Titik Leleh, OVITO, ISAACS. Telah  dilakukan  penelitian  dengan  tujuan  memperoleh  model  simulasi  dinamika molekul  bahan  Al,  Fe,  Pb  terkait  struktur  kristal  dan  karakteristik  bahan  saat mencapai  titik leleh. Metode simulasi  titik  leleh ini  menggunakan simulasi dinamika molekul  kode  LAMMPS  dengan  mengunakan  potensial  Finnis-Sinclair  EAM  dan menggunakan persamaan algoritma velocity-verlet. Analisis nilai titik leleh dilakukan berdasarkan grafik perubahan fase (padat-cair) antara nilai energi potensial dan suhu dari masing-masing bahan yang diperoleh dari output LAMMPS. Hasil output LAMMPS berisi data posisi atom-atom dalam format XYZ, dan juga diperoleh informasi berupa step integrasi, energi potensial, suhu, volume, dan tekanan. Hasil visualisasi terlihat bahwa  struktur  kristal  aluminium  mencapai  titik  leleh  saat  suhu  948,51°C,  timbal mencapai  titik  leleh  saat  suhu  952,92°C,  besi  mencapai  titik  leleh  saat  suhu 1521,25°C. Visualisasi struktur kristal bahan saat mencapai titik leleh menggunakan software OVITO dan untuk menganalisis karakteristik stuktur kristal bahan dengan kurva fungsi distribusi radial mengunakan software ISAACS.

## 1. Pendahuluan
Simulasi  komputer    bertindak  sebagai  jembatan  antara  besaran  mikroskopis  dan  besaran makroskopik  laboratorium  (Nurdin  dan  Andrianto,  2012).  Metodologi  yang  tepat  dibutuhkan  untuk menentukan  simulasi  model  yang  diinginkan.  Sistem  dinamik  merupakan  metodologi  dan  teknik pemodelan  matematika  untuk  memahami  dan  mendiskusikan  masalah  yang  kompleks.  Metodologi sistem dinamika pada dasarnya menggunakan hubungan sebab akibat dalam menyusun model suatu
-------------------------------------- * Corresponding author.
E-mail addres: (a*) pianahartina474@gmail.com, (b) ayoe1971@fmipa.unila.ac.id, (c) amirsupriyanto56@gmail.com

## JOURNAL OF ENERGY, MATERIAL, AND INSTRUMENTATION TECHNOLOGY
Journal Webpage https://jemit.fmipa.unila.ac.id/
Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol 1. No. 2, 2020
Hartina dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020
sistem yang bersifat kompleks. Simulasi sistem dinamik dapat diketahui dengan mengamati perilaku sistem dan perubahan nilai dari variabel sistem (Fortunella dkk., 2014).
Dinamika  molekul  merupakan  suatu  teknik  simulasi  komputer  dimana  perubahan  waktu  dari interaksi antar atom yang diikuti dengan mengintegrasikan persamaan gerak antar atom (Astuti, 2014). Simulasi MD dapat digunakan untuk menguji teori menggunakan model simulasi yang sama kemudian membandingkan hasil simulasi tersebut dengan hasil eksperimen serta mampu melakukan simulasi yang  sulit  atau  tidak  mungkin  dilakukan  di  laboratorium  misalnya  melakukan  eksperimen  dengan suhu atau tekanan yang ekstrem (Fitrianda, 2013).
Hukum gerak Newton dapat dinyatakan dalam dua hal yaitu jika suatu benda tidak dipengaruhi oleh gaya apapun, maka benda tersebut akan terus bergerak lurus dalam kecepatan konstan dan jika besar  gaya  sama  dengan  laju  perubahan  momentum  (Hsu,  2007).  Dinamika  molekuler  klasik  juga memecahkan hukum Newton untuk sistem yang terdiri dari atom dan atau molekul untuk mempelajari suatu sistem baik sederhana maupun komplek (Ackland dkk., 2011).
Potensial EAM yang dikembangkan oleh Pun dan Mishin. Metode ini berdasarkan pada teori fungsi kerapatan dan memperlakukan setiap atom sebagai pengotor dalam sejumlah atom lainnya. Potensial EAM  ini  juga  digunakan  sebagai  referensi  potensial  untuk  menggambarkan  interaksi  interatomik (Zhang  dkk.,  2016).  Potensial  interatomik  merupakan  dasar  dari  simulasi  dinamik,  statika  dan mekanika  molekuler  klasik  (Zhou  dan  Huang,  2013). Persamaan  gerak  Newton  diintegrasikan  oleh algoritma velocity Verlet. Algoritma velocity-verlet digunakan untuk menghasilkan parameter kecepatan dan posisi dari setiap partikel (Insani dkk., 2015).
Timbal (Pb) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 82, massa atom relatif (Ar) sebesar 207.2 u, titik lelehnya pada suhu 327.46 ° C, 621.43 ° F, 600.61 K. Pb memiliki struktur kristal (FCC). Besi (Fe) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 26, massa atom relatif (Ar) sebesar 55.845 u, titik lelehnya pada suhu 1538 ° C, 2800 ° F, 1811 K. Fe memiliki struktur kristal (BCC) (Mark, 1993). Penggunaan  bahan  ini  dalam  penelitian  untuk  membandingkan  visualisasi  struktur  kristal  bahan antara  FCC  dan  BCC  serta  membandingkan  grafik  RDF  struktur  kristal  FCC  dan  BCC  saat  bahan mencapai titik leleh. Alumunium (Al) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 13, massa atom relatif (Ar) sebesar 26.9815385 u, titik lelehnya pada suhu 660.32 ° C, 1220.58 ° F, 933.47 K. Al memiliki struktur kristal (FCC) ( Australia Geological Survey Organization , 1999). Large-Scale  Atomic/Molecular  Massively  Parallel  Simulator (LAMMPS)  adalah  kode  dinamika molekuler klasik yang memodelkan partikel dalam bentuk cair, padat atau gas. LAMMPS menerapkan integrasi persamaan gerak Newton untuk atom, molekul, atau partikel makroskopik yang berinteraksi melalui gaya jarak pendek atau panjang dengan menggunakan berbagai kondisi batas (Plimpton, 2015).
Open Visualization Tool (OVITO) adalah perangkat lunak yang sangat baik untuk visualisasi dan analisis atom. Alamat website resmi OVITO yaitu http://www.ovito.org/ (Nordlund dkk., 2015). OVITO digunakan  untuk  membuat  simulasi  dinamika  molekul  secara  visual.  Metode common  neighbor analysis (CNA)  dapat  digunakan  untuk  menghitung  jumlah  unit  kristal  seperti  BCC,  FCC  dan sebagainya.  Perhitungan  CNA  ini  dapat  dilakukan  menggunakan  program  OVITO  (Arkundato  dkk., 2013).
Interactive Structure Analysis Of Amorphous And Cristalline System (ISAACS) merupakan program simulasi komputer untuk menganalisis karakteristik model struktur dalam bentuk tiga dimensi. Fungsi distribusi radial (RDF) atau fungsi distribusi pasangan atau fungsi korelasi pasangan yang merupakan karakteristik struktural yang penting yang dihitung melalui ISAACS (Roux dan Petkov, 2010). Grafik fungsi distribusi radial  (RDF) yang menganalisis bentuk struktur kristal bahan melalui hubungan jarak antar dua atom dan koefisien yang menyatakan jumlah atom pada jarak tersebut (Latifa, 2015)
Berdasarkan  pemaparan  diatas  maka  penelitian  tugas  akhir  ini  akan  melakukan  pemodelan bahan  dan  mengkaji  perhitungan  titik  leleh  bahan  Aluminium  (Al),  Besi  (Fe),  dan  Timbal  (Pb) menggunakan MD dengan kode Large-Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS). Gambaran dari penelitian simulasi ini adalah menggunakan file ouput LAMMPS untuk menganalisis titik leleh bahan serta dapat memodelkan bahan hingga dapat divisualisasikan menggunakan program Open Visualization Tool (OVITO) untuk memperoleh struktur kristal bahan kemudian hasil file output LAMMPS  juga  akan  digunakan  untuk  menggambarkan  grafik  fungsi  distribusi  radial    (RDF) menggunakan  program  ( Interactive  Structure  Analisis  Of  Amorphous  And  Cristalline  System )  ISACCS yang kemudian akan dianalisis bentuk struktur kristal bahan melalui hubungan jarak antar dua atom dan koefisien yang menyatakan banyaknya atom pada jarak tersebut.

## 2. Metode Penelitian
Pelaksanaan  penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Elektronika  Dasar  Jurusan  Fisika  (bagian komputasi)  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam  Universitas  Lampung.  Penelitian  ini dilakukan  sejak  Januari  hingga  Agustus  2020.  Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah
Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology , Vol. 1
No. 2, 2020
komputer yang diinstal sistem operasi windows 2010 pro dengan RAM 4 GB dan processor intel core i5-8250U.  Bahan  yang  digunakan  berupa  software  program  LAMMPS  dan command  prompt serta aplikasi Notepad ++, OVITO, dan ISAACS.
Prosedur penelitian yang dilakukan terdiri yaitu metode simulasi pada program LAMMPS, OVITO dan ISAACS serta metode analisi. Secara umum ditunjukkan prosedur penelitian pada Gambar 1 .
Mulai
Input struktur kristal (posisi), konstanta kisi, massa atom, suhu simulasi, fungsi potensial (EAM)
Simulasi LAMMPS Data Output berupa log.lammps dan dump Analisis Titik Leleh Bahan Simulasi dengan OVITO dengan file
dump
Simulasi dengan ISAACS Analisis struktur kristal bahan dan waktu pelelehan bahan Analisis struktur kurva RDF dan karakteristik struktur kisi Kesimpulan Selesai
Gambar  1. Diagram Alir Penelitian

## 2.1    Prosedur Simulasi
1. Program LAMMPS. Membuat file input yang akan digunakan dalam simulasi LAMMPS menggunakan aplikasi  Notepad++  yang  kemudian  disimpan  menggunakan  ekstensi  “.in”,  dan  di jalankan  melalui command prompt .
2.  Program  OVITO. Tampilan  lembar  kerja  OVITO  pada  saat  pengambilan  data  visualisasi  dengan mengaktifkan menu common neighbor analysis (CNA), dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2. Visualisasi Struktur Kristal pada OVITO
Berdasarkan Gambar  2 pada  tampilan  menu  OVITO  menunjukkan  urutan  pengambilan  data visualisasi  struktur  kristal.  Nomor  1  menunjukkan  menu common  neighbor  analysis ,  nomor  2 menunjukkan menu ‘ structure type ’ yang akan muncul setelah CNA diaktifkan kemudian nomor 3 ikon untuk menyimpan hasil visualisasi yang diinginkan.
3.  Program  ISAACS. Lembar  kerja  program  ISAACS  dalam  pengambilan  data  grafik  fungsi  radial distribusi (RDF) untuk melihat struktur kristal dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4.
Gambar  3. Tampilan layar ISAACS saat input file output LAMMPS
Berdasarkan Gambar  3 pada  tampilan  menu  ISAACS  menunjukkan  proses  input  file  output (LAMMPS). Nomor 1 menunjukkan menu ‘ project ’ yang berisi tab menu yang akan diisi untuk mengatur model struktur untuk perhitungan. Nomor 2 menunjukkan menu format file dari koordinat atom yang digunakan.
2 3 1 1 2
Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology , Vol. 1
No. 2, 2020
Gambar  4. Pembentukkan Grafik RDF
Berdasarkan Gambar  4 menunjukkan  tampilan  menu  dalam  pembentukkan  grafik  RDF  ( g(r) ). Nomor  3  menunjukkan  menu  ‘ compute ’  kemudian  mencentang  kolom  ‘ g(r) ’  kemudian  ISAACS  akan menampilkan hasil perhitungan berupa grafik RDF.

## 2.2    Metode Analisis
Setelah  mendapatkan  file log.lammps dari  masing-masing  bahan,  file  tersebut  akan  digunakan untuk  mengalisis  visualisasi  struktur  kristal  bahan  menggunakan  simulasi  OVITO,  menganalisis perbedaan  struktur  kristal  FCC  dan  BCC  hingga  menganalisis  struktur  kristal  FCC  berdasarkan material  yang  berbeda.  Kemudian  melakukan  simulasi  menggunakan  ISAACS  untuk  mendapatkan grafik RDF untuk menggambarkan struktur dari sebuah sistem dan melihat karakteristik struktur kisi dari masing-masing bahan.
Titik  leleh  dapat  ditentukan  menggunakan  pendekatan  titik  tengah,  dengan 2 1 (T T ) T  = − , sehingga persamaan titik leleh dapat dilihat pada persamaan 1
1 2 L T T T    = +     atau 2
2 L T T T    = −     (1)
Pada persamaan 1 merupakan pendekatan titik tengah dengan T 1 sebagai titik awal perubahan wujud bahan, T 2 sebagai titik akhir perubahan wujud bahan, T L sebagai titik leleh bahan dan ∆ T adalah selisih antara nilai T 2 dan T 1 .

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1  Hasil dan Data Pengamatan
Hasil output simulasi kode LAMMPS yaitu berupa data posisi atom-atom dalam format XYZ, Text Document, MELT . Data informasi tersebut terdapat dalam file log.lammps pada masing-masing bahan. Output  LAMMPS  juga  menghasilkan  file  dump  yang  digunakan  untuk  input  software  OVITO  dan ISAACS.  Nilai  titik  leleh  pada  simulasi  atom  10x10x10  untuk  bahan  Al  (fcc)  berjumlah  4000  atom, untuk bahan Pb (fcc) berjumlah 4000 atom dan untuk Fe (bcc) berjumlah 2000 atom. Metode simulasi titik leleh ini menggunakan simulasi dinamika molekul kode LAMMPS dengan potensial interatomik yang digunakan yaitu potensial Finnis-Sinclair EAM.

## 3.2  Simulasi Titik Leleh Bahan

## 3
Output  dari  LAMMPS  salah  satunya  yaitu  file  log.lammps  yang  digunakan  untuk  menganalisis titik leleh bahan dengan membuat kurva perubahan fase (padat-cair). Titik leleh bahan terlihat pada kurva  saat  terjadi  perubahan  tiba-tiba  pada  energi  potensial  dengan  suhu  konstan.  Data  simulasi antara  energi  potensial  dan  suhu  dibuat  plot  kurva  nilai  energi  potensial  (horizontal)  dan  suhu (vertikal).
1. Aluminium (Al). Analisis titik leleh bahan Al menggunakan grafik T-E T dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar  2. Kurva perubahan fase (padat-cair) aluminium
Berdasarkan metode analisis  titik leleh yang ditentukan menggunakan pendekatan titik tengah sehingga pada Gambar 5 menunjukkan bahwa bahan Al (FCC) memiliki nilai T 1 sebesar 1189,16 K konversi menjadi 916,01°C. Nilai T 2 sebesar 1254,15 K konversi menjadi 981°C, untuk nilai ∆ T sebesar 64,99°C sehingga nilai titik leleh Al berada pada (948,51 ± 32,5) °C nilai tersebut berada pada step integrasi ke 103000 dengan nilai energi potensial sebesar -12823,94 J. Nilai energi potensial bertanda negatif karena atom tertanam (EAM) dalam sistem atom yang stabil membutuhkan energi yang cukup untuk memutus ikatan antar atom.
2 Timbal (Pb). Analisis titik leleh bahan Pb menggunakan grafik T-E T dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar  3. Kurva perubahan fase (padat-cair) Timbal (Pb)
Gambar  6 menunjukkan bahan Pb (FCC) memiliki nilai T1 sebesar 839,86 K konversi menjadi 566,71°C.  Nilai  T2  sebesar  950,57  K  konversi  menjadi  677,42°C,  untuk  nilai ∆ T  sebesar  110,71°C sehingga nilai titik leleh Pb berada pada (623,55 ± 55,36) °C nilai tersebut berada pada step integrasi ke 76000 dengan nilai energi potensial sebesar -13726,299 J.
3. Besi (Fe). Analisis titik leleh bahan Fe menggunakan grafik T-E T dapat dilihat pada Gambar 7.
-13800.00 -13600.00 -13400.00 -13200.00 -13000.00 -12800.00 -12600.00 -12400.00 -12200.00 -12000.00 -11800.00 0.00 500.00 1000.00 1500.00
2000.00
E n e r g i P o t e n s i a l Aluminium T 1 T L T 2 (J) -14400 -14200 -14000 -13800 -13600 -13400 -13200 -13000 -12800 0.00 500.00 1000.00 1500.00
2000.00
E n e r g i P o t e n s i a l Timbal (J) T 1 T L T 2 Suhu (K)
Suhu (K)
Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology , Vol. 1
No. 2, 2020
Gambar  4. Kurva perubahan fase (padat-cair) Besi (Fe)
Gambar 7. menunjukkan bahan Fe (BCC) memiliki nilai T1 sebesar 1742,58 K konversi menjadi 1469,43°C. Nilai T2 sebesar 1846,21 K konversi menjadi 1573,06°C, untuk nilai ∆ T sebesar 103,63°C sehingga nilai titik leleh Fe berada pada (1521,25 ± 51,82) °C nilai tersebut berada pada step integrasi ke 162000 dengan nilai energi potensial sebesar -10641,258 J.

## 3.3  Visualisasi Struktur Kristal
Common  Neighbor  Analysis (CNA)  merupakan  metode  kualitatif  yang  digunakan  untuk menganalisis struktur kristal suatu material. Metode CNA dapat digunakan untuk menghitung jumlah unit  kristal  seperti  BCC,  FCC  dan  sebagainya.  Perhitungan  CNA  ini  dapat  dilakukan  menggunakan program  OVITO  (Arkundato  dkk.,  2013)  dengan  mengaktifkan  CNA  pada  OVITO  akan  terlihat  jenis struktur kristal serta visualisasi juga akan terlihat dari empat sisi secara bersamaan.
1. Aluminium (Al). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Al dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar  5. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Al Saat Mencapai Titik Leleh
Berdasarkan Gambar 8 visualisasi struktur kristal bahan Al saat mencapai titik leleh terlihat pada step 103000 dengan suhu sebesar 948,5°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk FCC sebesar 0,1% dengan jumlah atom yang tersisa 1 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal yang sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal FCC sebesar 99,9% dengan jumlah atom yang berkurang yaitu 3999 atom.
2. Timbal (Pb). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Pb dapat dilihat pada Gambar 9 -8300.00 -8250.00 -8200.00 -8150.00 -8100.00 -8050.00 -8000.00 -7950.00 -7900.00 -7850.00 -7800.00 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00
E n e r g i P o t e n s i a l Besi T 1 T L T 2 (J) Suhu (K)
Hartina dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020
Gambar  6. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Pb Saat Mencapai Titik Leleh
Berdasarkan Gambar  9 visualisasi  struktur  kristal  bahan  Pb  saat  mencapai  titik  leleh  terlihat pada step 76000 dengan suhu sebesar 623,55°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk FCC sebesar 0,1% dengan jumlah atom yang tersisa 2 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal yang sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal FCC sebesar 99,9% dengan jumlah atom yang berkurang yaitu 3998 atom.
3. Besi (Fe). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Fe dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar  7. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Fe Saat Mencapai Titik Leleh
Berdasarkan Gambar 10 visualisasi struktur kristal bahan Fe saat mencapai titik leleh terlihat pada step 162000 dengan suhu sebesar 1521,25°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk BCC sebesar 1,4% dengan jumlah atom yang tersisa 28 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal yang sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal BCC sebesar 98,6% dengan jumlah atom yang berkurang yaitu 1972 atom.

## 3.4  Analisis Titik Leleh Melalui Grafik Radial Distribution Functions (RDF)
Radial  distribution  function  dapat  menggambarkan  susunan  atom-atom  secara  radial  pada suatu sistem, selain itu RDF juga mampu menggambarkan struktur dan fasa dari suatu sistem pada zat cair. Pada kondisi sistem padat, RDF memiliki nilai yang tak terhingga, di mana jarak dan tingginya merupakan karakteristik dari struktur kisi (Li, 2007).
1. Aluminium (Al). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Al saat mecapai fase titik leleh ditunjukkan pada Gambar 11.
Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology , Vol. 1
No. 2, 2020
Gambar  8. Grafik RDF aluminium ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu 948,51°C pada step integrasi 103000.
Berdasarkan Gambar  11 kurva  RDF  yang  menunjukkan  fase  titik  leleh  dengan  suhu  sebesar 948,51°C,  pada  puncak  tertinggi  terjadi  pada  jarak  2,8  angstrom  dengan g(r) memiliki  nilai  sebesar sekitar  2,4.  Puncak  kurva  yang  cukup lebar  memiliki  arti  bahwa  keteraturan  stuktur kristal  sudah mulai tidak teratur (Hidayat, 2019).
2. Timbal (Pb). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Pb saat mecapai fase titik leleh ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar  9. Grafik RDF timbal ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu 𝟔𝟐𝟑, 𝟓𝟓° C pada step integrasi 76000
Berdasarkan Gambar  12 kurva  RDF  yang  menunjukkan  fase  titik  leleh  dengan  suhu  sebesar 623,55°C, pada puncak tertinggi terjadi pada pada jarak 2,9 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar sekitar 3,5.
3. Besi (Fe). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Fe saat mecapai fase titik leleh ditunjukkan pada Gambar 13.
r[ o  ] g(r) r[ o  ] g(r)
Gambar  10. Grafik RDF dari besi ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu  1521,25°C pada step integrasi 162000
Berdasarkan Gambar  13 kurva  RDF  yang  menunjukkan  fase  titik  leleh  dengan  suhu  sebesar 1521,25°C,  pada  puncak  tertinggi  terjadi  pada  pada  jarak  2,3  angstrom  dengan g(r) memiliki  nilai sebesar sekitar 2,4.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  penelitian  ini  telah  berhasil membuat simulasi dan memvisualisasikan struktur kristal bahan pada saat mencapai titik leleh pada program OVITO. Metode yang digunakan pada simulasi titik leleh bahan ini adalah metode simulasi dinamika  molekuler  kode  LAMMPS  menggunakan  fungsi  potensial  Finnis-Sinclair  EAM  dengan menggunakan  persamaan  algoritma  velocity  verlet.  Hasil  visualisasi  terlihat  bahwa  struktur  kristal aluminium mencapai titik leleh saat suhu 948,51 ° C pada step integrasi 103000, timbal mencapai titik leleh saat suhu 623,55 ° C pada  step integrasi 76000, besi mencapai titik leleh saat suhu 1521,25 ° C pada step integrasi 162000. Pada grafik RDF saat bahan mencapai titik leleh akan menunjukkan bahwa semakin  bertambahnya  suhu  maka  puncak-puncak  ( peak )  kurva  akan  semakin  melebar  dan berkurang,  hal  tersebut  mengindikasikan  bahwa  struktur  kristal  sudah  tidak  lagi  beraturan. Karakteristik struktur kisi bahan saat bahan mencapai titik leleh, untuk aluminium memiliki puncak tertinggi  dengan  nilai  jaraknya  sebesar  2,8  angstrom dengan g(r) memiliki  nilai  sebesar  sekitar  2,4, untuk bahan timbal memiliki puncak tertinggi dengan nilai jaraknya sebesar 2,9 angstrom dengan g(r) memiliki  nilai  sebesar  sekitar  3,5  serta  untuk  bahan  besi  memiliki  puncak  tertinggi  dengan  nilai jaraknya sebesar 2,3 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar sekitar 2,4.

## 5. Ucapan Terimakasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Kepala  Laboratorium  Elektronika  Dasar  dan Instrumentasi (bagian komputasi) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung yang telah membantu dalam penyelesaian penelitian ini.

## 6. Daftar Pustaka
Ackland, G. J., K. D’Mellow , S. L. Daraszewicz, D. J. Hepburn, M. Uhrin, And K. Stratford . 2011. “ The MOLDY Short-Range Molecular Dynamics Package .” Computer Physics Communications. Vol. 182. No. 12. pp. 2587 – 2604.
Arkundato,  Artoto, Zaki  Su’ud ,  Mikrajuddin  Abdullah,  And  Widayani  Sutrisno .  2013a.  “ Molecular Dynamic  Simulation  On  Iron  Corrosion-Reduction  In  High  Temperature  Molten  Lead-Bismuth Eutectic .” Turkish Journal Of Physics. Vol. 37. No. 1. pp. 132 – 44.
Arkundato, Artoto, Zaki Su’ud , Mikrajuddin Abdullah, And Widayani Sutrisno . 2013b. “ Study Of Liquid Lead Corrosion Of Fast Nuclear Reactorand Its Mitigation By Using Molecular Dynamics Method .” International Journal Of Applied Physics And Mathematics. Vol. 3. No. 1. pp. 1 – 7.
r[ o  ] g(r)
Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology , Vol. 1
No. 2, 2020
Astuti, A. D. 2014 Simulasi Dinamika Molekuler Protein Dengan Aplikasi Gromacs. Skripsi . Universitas Guna Darma.
Australian Geological Survey Organization. 1999. Iron_Geoscience Australia.
Fitrianda, M. I. 2013. Performa Komputasi Paralel Multicore Program LAMMPS: Studi Titik Leleh Logam Murni. Digital Repository Universitas Jember .
Fortunella,  A.,  I.  P.  Tama,  dan  A.  Eunike.  2014.  Model  Simulasi  Sistem  Produksi  Dengan  Sistem Dinamik  Guna  Simulation  Model  Of  Production  System  With  System  Dynamic  To  Support Production Capacity Planning. Jurnal Rekayasa dan Manajemen Sistem Industri . vol. 3. no. 2. pp.
256 – 267.
Hidayat,  Aulia  Fikri.  2019.  Studi  Evolusi  Struktur  Pada  Deposisi  Tembaga  Dalam  Substrat  Silikon Dengan  Metode  Dinamika  Molekuler  Study  Of  Structure  Evolution  Of  Copper  Deposition  On Silicon Substrate Using Molecular Dynamics Method. Vol. 18. No. 1. pp. 21 – 28.
Hsu, Andy. 2007. Molecular Dynamics Simulations Of Hydrophobic Solutes In Liquid Water. Thesis. pp.
1 – 61.
Insani, M., Fitriyani, dan N. Ikhsan. 2015.  Perbandingan  Algoritma Velocity Verlet Dengan Algoritma Beeman Pada Simulasi Molecular Dynamics. E-Proceeding of Engineering. Vol. 2, No. 3, pp. 7954 – 7962.
Latifa, Ainul. 2015. Studi Titik Leleh Besi (Fe) Dan Timbal (Pb) Menggunakan Metode Dinamika Molekul. Digital Repository Universitas Jember . pp. 27.
Li, Je-Luen. 2007. Radial Distribution Function.
Mark Winter. 1993. WebElements Periodic Table » Aluminium » historical information.
Nordlund,  Kai.  K.  Nordlund,  Kai  dan  Antti  Kuronen.  2015.  Introduction  to  Molecular  dynamics. Complete lecture notes for self-studies .
Nurdin, Bahari W., dan Rian Andrianto. 2012. Simulasi Sifat Fisis Model Molekuler Dinamik Gas Argon dengan Potensial Lennard-Jones. Jurnal Sainsmat .  Vol. 1. No. 2. pp. 147-155.
Plimpton, Steve . 2015. “ LAMMPS And Classical Molecular Dynamics For Materials Modeling ,” No. June. Roux, S. L., dan V. Petkov. 2010. Interactive Structure Analysis of Amorphous and Crystalline Systems I.S.A.A.C.S. Journal of Applied Crystallography . Vol. 43. pp. 181-185.
Zhang, Wenjin, Yufeng Peng, And Zhongli Liu . 2016. “ Molecular Dynamics Simulations Of The Melting Curve Of Nial Alloy Under Pressure. AIP ADVANCES Vol. 057110.
Zhou, L. G., And Hanchen Huang . 2013. “ Response Embedded Atom Method Of Interatomic Potentials .” Physical Review B - Condensed Matter And Materials Physics. Vol. 87. No. 4.