Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
AMPLITUDO OSILASI POSISI DOMAIN WALL BAHAN FEROMAGNETIK NANOWIRE BERKONTRIKSI SEGITIGA KETIKA DIBERI MEDAN LUAR AC DENGAN AMPLITUDO 2 MILITESLA
W. Nursiyanto 1,a) , B. Soegijono 2,b) , E. Djatmiko 1,c)
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta 12640 2 Program Studi Ilmu Material, Universitas Indonesia, Jl. Salemba Raya No.4, Jakarta 10430
Email: a)widianursiyanto@gmail.com, b)bambangsg11@yahoo.com, c)eddydjatmiko@gmail.com .

## Abstrak
Banyak para peneliti menyoroti bahan  feromagnetik  bentuk nanowire dalam  kaitan  dengan  aplikasi magnetic    storage ,  sebagai  penyimpan  data  berbasis  magnet.  Oleh  karena  itu,  telah  dilakukan pengamatan amplitudo osilasi domain wall (DW) pada bahan feromagnetik nanowire berukuran 2000 × 200  ×  5 nm3 dengan  kontriksi  ( notch )  simetri  berbentuk  segitiga  yang  diberi  medan  magnet  luar  AC dengan  amplitudo  2,0 mT dan  variasi  frekuensi  dari  0,3 GHz sampai  2,0 GHz .  Diperoleh  data  yang berasal  dari  operasi  simulasi  mikromagnetik  dengan  menggunakan    perangkat  lunak  bernama  “ Object Oriented  Micromagnetic  Framework ”  (OOMMF)  berdasarkan  persamaan  dinamika  spin  magnet Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG).    Hasil  pengolahan  data  pengamatan  memperlihatkan  bahwa  osilasi DW  memiliki  frekuensi  yang  sama  dengan  frekuensi  medan  magnet  luar  yang  diberikan.    Posisi  DW untuk  bahan  Fe  tidak  mengalami  pergeseran  dan  menghasilkan  nilai  amplitudo  DW  yang    stabil. Sedangkan    bahan  Ni  dan  Co    mengalami  pergeseran  dari  posisi  ekuilibrium  yaitu  ke  arah  sumbu  x- positip dan nilai amplitudo DW semakin kecil dengan meningkatnya frekuensi medan luar.
Kata-kata kunci : feromagnetik, nanowire, notch, osilasi, amplitudo.

## Abstract
Many  researchers  interested  to  know  about  the  nanowire  ferromagnetic  material  for  the  application  of magnetic  storage  as  magnet-based  data  storage.  Therefore,  it  has  been  observed  amplitude  of  the domain  wall  oscillation  in  the  nanowire  ferromagnetic  material  by  dimension  of  2000  ×  200  ×  5 nm 3 have  given  the  symmetrical  triangular  notch  in  the  center.  After  that,  external  magnetic  field    with amplitude of 2.0 mT and variation of frequency from 0.3 GHz to 2.0 GHz given to the sample. The data get  from  micro  magnetic  simulation  by  using  software  called  "Object  Oriented  Micro  Magnetic Framework"  (OOMMF)  which  it  working  based  on  magnetic  spin  dynamics  equation  of Landau- Lifshitz-Gilbert (LLG). The results showed that oscillations DW have same number with frequency of the external magnetic field. For Fe material, DW position does not shift from the position of equilibrium and produce amplitude of DW almost stable. While for the material Ni and Co, the result was different showed that position of DW have shifted to the x-axis positive and have amplitude tend smaller when the frequency of the external field increased.
Keywords : ferromagnetic, nanowire, notch, oscillation, amplitude.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## 1. PENDAHULUAN
Akhir-akhir  ini,  para  ilmuan  terfokus  pada  bahan  feromagnetik  dalam  penelitiannya.  Hal  ini disebabkan potensi bahan feromagnetik  untuk diaplikasikan dalam perangkat spintronik  ( spintronic device ) yaitu media penyimpan berbasis magnetik ( magnetic storage ), dan sensor berbasis magnetik ( magnetic sensor ) cukup besar. [1].
Salah satu penelitian feromagnetik bentuk nanowire diaplikasikan sebagai media penyimpan yaitu magnetic domain-wall racetrack memory (RM). RM ini terbuat dari bahan feromagnetik Permalloy yang  mampu  membawa  10  sampai  100  buah  dinding  domain  ( domain  wall )  dalam  lebar nanowire sebesar 100 nm [2].
Bahan  feromagnetik nanowire telah  banyak  dieksplorasi  dalam  beberapa  tahun  terakhir  untuk realisasi perangkat yang didasarkan pada pemahaman dan pengendalian DW seperti logika magnetik, penginderaan dan perangkat memori [3-6].  Salah satu metode pengendalian DW yang paling layak yaitu menempatkan notch pada bahan magnetic nanowire [7-12]. Secara  umum, notch yang  lebih  lebar  memberikan  stabilitas  yang  lebih  baik  terhadap  fluktuasi termal, tetapi membutuhkan medan magnet yang lebih besar untuk memicu gerakan DW [11]. Hal ini disebabkan karena energi DW pada notch lebih rendah dari daerah yang tanpa notch . Dalam  penelitian  ini,  bahan  feromagnetik nanowire dengan notch simetri  berbentuk  segitiga  di tengahnya  yang  pada  keadaan  awal  memiliki  konfigurasi head-to-head seperti  ditunjukkan  pada Gambar  1,  diberikan  medan  magnet  luar  yang  sejajar  dengan nanowire untuk  mengetahui  osilasi posisi DW dan besarnya amplitudo osilasi.
GAMBAR 1. Konfigurasi head to head pada fero-magnetik nanowire [6]

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan metode simulasi  yang menggunakan perangkat lunak domain publik OOMMF [13], yang akan diperoleh data osilasi DW dari bahan feromagnetik nanowire berdasarkan persamaan Landau-Lifshitz-Gilbert [14].
) 2 2 ( ) 1 ( | | ) 1 ( | | eff s eff MxH x M M y MxH y dt dM         (1)
dengan nilai H eff :
exchange uniso demag applied eff H H H H H     (2)
Bahan feromagnetik nanowire yang digunakan memiliki dimensi 2000 × 200 × 5 nm 3 yang diberi notch segitiga  simetri  ditengahnya  seperti  terlihat  pada  Gambar  2.  Ukuran  sel  simulasi mikromagnetik adalah 2,5 × 2,5 × 2,5 nm 3 dan nilai konstanta  redaman  dalam persamaan Landau- Lifshitz-Gilbert dipilih 0,01.
GAMBAR 2. Dimensi feromagnetik nanowire dengan notch segitiga. [15]
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Digunakan medan magnet luar bolak-balik dengan amplitudo A = 2,0 mT dan variasi frekuensi: f = 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,0 dan 2,0 GHz , berdasarkan persamaan:
) 2 sin( ) ( ft A t H applied   (3)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva  posisi  DW  bahan  Fe  dengan notch segitiga  terlihat  bahwa  frekuensi  posisi  DW  memiliki jumlah yang sama dengan frekuensi medan bolak-balik (Gambar 3). Posisi DW bergerak sepanjang nanowire mengalami  redaman  yang  semakin  besar  ketika  frekuensi  medan  magnet  bolak-balik semakin tinggi.
GAMBAR 3. Osilasi posisi DW bahan Fe
Pada  bahan  Ni juga  terlihat  bahwa  frekuensi  dan amplitudo  medan  luar  AC  sangat  berpengaruh terhadap osilasi DW.  Dari Gambar 4 terlihat bahwa frekuensi posisi DW memiliki jumlah yang sama dengan frekuensi medan bolak balik.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## GAMBAR 4. Osilasi posisi DW bahan Ni
GAMBAR 5. Osilasi posisi DW bahan Co
Pada  Gambar  5  terlihat  bahwa  bahan  Co juga  memiliki  jumlah  frekuensi  posisi  DW  yang  sama dengan frekuensi medan bolak-balik.
Dengan  menggabungkan  kurva  posisi  DW  akibat  adanya  medan  magnet  yang  memiliki  variasi frekuensi dikenakan pada bahan Fe, Ni dan Co dapat dibuat kurva amplitudo posisi DW Vs frekuensi seperti terlihat pada Gambar 6.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 6. Osilasi  posisi  DW dan amplitudo bahan (a) Fe, (b) Ni dan (c) Co Besar  amplitudo  pada  bahan  Fe  cenderung  konstan  ketika  frekuensi  medan  bolak-balik meningkat. Namun pada bahan Ni dan Co amplitudonya cenderung menurun ketika frekuensi yang diberikan semakin besar. (lihat Tabel 1).
TABEL 1. Amplitudo posisi DW pada bahan Fe, Ni dan Co dengan variasi frekuensi.
f (GHz) Amplitudo (cm) Fe Ni Co 2,0 9,5 13,2 9,5 1,0 9,3 15,8 25,1 0,9 9,3 20,3 20,1 0,7 9,3 23,1 23,2 0,5 9,3 25,2 34,3 0,3 9,4 40,4 36,6

## 4. SIMPULAN
Bahan  Fe  menghasilkan  posisi  DW  yang  tidak  mengalami  pergeseran  dan  besarnya  amplitudo DW  cukup  stabil.  Sedangkan    bahan  Ni  dan  Co  menghasil-kan  posisi  DW  yang  mengalami pergeseran dari posisi ekuilibrium ke arah sumbu x-positip dan besar amplitudo DW semakin kecil dengan meningkatnya frekuensi medan luar.

## REFERENSI
[1] Wolf,  S.  A.  et  al.  Spintronics:  A  spin-based  electronics  vision  for  the  future , Science  294, (2001), p. 1488.
[2] Parkin,  S.  S.,    Hayashi,  M.,  dan    Thomas,  L.  Magnetic  domain  wall  racetrack  memory, Science 320, (2008), p. 190.
[3] R.P. Cowburn and D. Petit, Spintronics: Turbulence ahead, Nat. Mater. 4, (2005), p. 721.
[4] D.A.  Allwood,  G.  Xiong,  M.D.  Cooke,  C.C..  Faulkner,  D.  Atkinson,  N.  Vernier,  and  R.P. Cowburn,  Submicrometer  Ferromagnetic  NOT  Gate  and  Shift  Register, Science  296,  (2002),  p. 2003
[5] D.A. Allwood, G. Xiong, C.C.. Faulkner, D. Atkinson, D. Petit, and R.P. Cowburn, Magnetic Domain-Wall Logic Science 309, (2005), p. 1688.
[6] D.  Djuhana,  H.-G.  Piao,  S.-H.  Lee,  D.-H.  Kim,  S.-M.  Ahn,  and  S.-B.  Choe,  Oscillatory transformative  domain  wall  inner  structure  of  the  depinning  domain  wall  around  a  notched ferromagnetic wire , Appl. Phys. Lett. 97, (2010), p. 022511.
[7] M. Tsoi, R. E. Fontana, and S. S. Parkin, Dynamics of Domain Wall Motion in Wires with Perpendicular Anisotropy , Appl. Phys. Lett. 83, (2003), p. 2617.
[8] J. Grollier, P. Boulenc, V. Cros, A. Hamzi, A. Vaures, A. fert, and G. Faini, Switching a spin valve back and forth by current-induced domain wall motion, Appl. Phys. Lett. 83, (2003), p. 509.
[9] C. K. Lim, T. Devolder, C. Chappert, J. Grollier, V. Cros, A. Vaures, A. Fert, and G. Faini, Domain  wall  displacement  induced  by  subnanosecond  pulsed  current , Appl.  Phys.  Lett.  84,
(2004), p. 2820.
[10] S.  Lepadatu  and  J.  B.  Xu,  Direct  observation  of  domain  wall  scattering  in  patterned  Ni80 Fe20 and Ni nanowires by current-voltage measurements,Phys. Rev. Lett. 92, (2004), p. 127201
[11] M.  Klaui,  H.  Ehrkc,  U.  Rudiger,  T.  Kasama,  R.  E.  Dunin-Borkowski,  D.  Backes,  L.J. Heyderman,  C.  A.  F.  Vaz,  J.  A.  C.  Bland,  G.  Faini,  E.  Cambril,  and  W.  Wernsdorfer,  Direct observation  of  domain-wall  pinning  at  nanoscale  constrictions,  Appl.  Phys.  Lett.  87,  (2005),  p. 102509.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
[12] K.-J.  Kim,  C.-Y.  You,  S.-B.itu    Choe, Numerical  Formula  of  Depinning  Fields  from Notches in Ferromagnetic Permalloy Nanowire , Journal of Magnetics  13(4), (2008), p. 136-139.
[13] M.J. Donahue and D.G. Porter, OOMMF User’s Guide [Online].  Available:
http://math.nist.gov/oommf (2002).
[14] T.L.  Gilbert,  A  phenomenological  theory  of  damping  in  ferromagnetic  materials, IEEE Trans. Magn. 40(6), (2004), p. 3443–3449.
[15] D.  Djuhana,  H.  G.  Piao,    J.  H.  Shim,  S.  H.  Lee,  D.  H.  Kim,  S.  M.  Ahn,  and  D.  H.  Kim, Interaction  of  antiparallel  transverse  domain  walls  in  ferromagnetic  nanowires.  Journal  of Nanoscience and Nanotechno-logy Vol. 11, (2011) p.6237–6240.
[16] W. Nursiyanto, B. Soegijono, D. Djuhana, dan L. Rohman, Investigasi Osilasi, Struktur dan Lebar Domain Wall di Sekitar Notch Segitiga dan Lengkung Pada Fe Nanowire   Akibat Medan Luar (AC Field), Prosiding Seminar Fisika ISSN 2339-0654, (2014), p. 306-308.
[17] W.Nursiyanto, Analisis Osilasi dan Struktur Domain Wall di Dalam Kontriksi Notch Pada Bahan Feromagnetik (Fe, Co, Ni) Berbentuk Nanowire, Disertasi, Universitas Indonesia, (2014).