SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA NANO-PARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA
NANO-PARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
Disusun Oleh :
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
M0209050
SKRIPSI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2013
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA
NANO-PARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
Disusun Oleh :
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
M0209050
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2013
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul
“SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA NANOPARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan
saya hingga saat ini isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau
ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelas
kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau
diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Januari 2013
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
iii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Tidaklah Allaah –‘Azza wa Jalla- Ciptakan jin dan manusia melainkan untuk
beribadah kepadaNya dengan mentauhidkanNya
Tidaklah Allaah –‘Azza wa Jalla- Ciptakan langit dan bumi, serta seisinya dengan
sia-sia. Semua itu tanda-tanda kekuasaanNya bagi orang yang berfikir.
Tidaklah seseorang dianggap bersyukur hingga dia bersyukur atau berterima kasih
kepada orang lain yang melaluinya Allaah curahkan suatu kebaikan
iv
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Ayah dan Ibu, terima kasih atas doa dan dukungannya
2. Kakak dan adikku tercinta
3. Pembimbing tugas akhir ini, Pak Budi dan Pak Suharyana, yang telah
membimbing dan memberi arahan
4. Kakak tingkat, adik tingkat dan angkatan 2009, semoga karya ini bermanfaat dan
berguna sebagai inspirasi bagi kita semua.
5. Almamater saya, terkhusus Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Sebelas
Maret, semoga ini menjadi karya yang bermanfaat dan menjadi inspirasi bagi
langkah selanjutnya di bidang keilmuan Fisika di masa mendatang
v
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA NANOPARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Simulasi mikromagnetik digunakan untuk mengamati tipe nukleasi pada proses
magnetisasi reversal nano-partikel permalloy dengan polarisasi magnetik seragam.
Sebuah medan eksternal diterapkan pada nanopertikel dengan arah berlawanan
dengan orientasi magnetisasi. Kemudian, medan eksternal tersebut ditingkatkan
secara linier terhadap lama waktu sapuan medan eksternal tersebut. Evaluasi
mekanisme reversal dilakukan untuk variasi waktu sapuan, variasi redaman Gilbert
(α), variasi konstanta tukar (A), variasi ukuran nano-partikel, variasi ketebalan nanopartikel, dan variasi sudut antara orientasi medan eksternal dengan orientasi
magnetisasi awal.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa energi aktivasi (Ea ) dan medan reversal
(Hsw) menurun secara eksponensial terhadap waktu dengan dominasi Neel wall pada
tipe nukleasinya. Hasil variasi α menunjukkan ketergantungan Hsw yang linier
terhadap α, berbeda dengan Ea yang cenderung turun. Pasangan vorteks muncul
dengan waktu nukleasi yang berbeda. Variasi konstanta tukar menghasilkan
kecenderungan Ea dan Hsw yang linier terhadap A. Tipe nukleasinya didominasi
dengan konfigurasi pasangan vorteks dengan waktu kemunculan yang berbeda.
Variasi sudut memberikan nilai minimum Ea dan Hsw pada sudut 200 – 300.
Konfigurasi vorteks muncul sebelum sudut 500.
Berkaitan dimensi, variasi ukuran memberikan suatu kondisi maksimum, baik
Ea maupun Hsw pada ukuran nano partikel 40 nm saat konfigurasi vorteks mulai
muncul. Untuk variasi ketebalan, Ea mempunyai nilai maksimum ~2,6 × 106 erg
berbeda dengan Hsw yang turun setelah melewati nilai puncak ~4 kOe. Konfigurasi
vorteks dan antivorteks muncul pada ketebalan 30 nm dan 60 nm dengan kondisi
yang berbeda baik waktu nukleasi keduanya maupun formasi keduanya.Pada
ketebalan 30 nm, vorteks dan antivorteks muncul secara berurutan. Akan tetapi, pada
ketebalan 60 nm, vorteks dan antivorteks muncul bersamaan membentuk pasangan
vorteks-antivorteks pada rentang waktu tertentu.
Kata Kunci : mikromagnetik, reversal, energi aktivasi, medan reversal, vorteks,
antivorteks, permalloy
vi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MICROMAGNETIC SIMULATION OF REVERSAL MAGNETIZATION ON
PERMALLOY MAGNETIC NANO-PARTICLE
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
Physics Department, Faculty of Mathematics and Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
Micromagnetic simulation was used to investigate nucleation types in reversal
magnetization process on Permalloy nano-particle with uniform magnetic
polarization. An external field was applied on nano-particle opposite directed to
magnetization orientation. After that, the external field was increased linerly to
sweeping time of the external field. Evaluation of reversal mechanism was performed
for sweeping time variation, Gilbert atenuation (α) variation, exchange constant (A)
variation, nano-particle size variation, nano-particle thickness variation, and degree
variation expressing between external field and initial magnetization orientation.
Result of micromagnetic simulation shown that activation energy (Ea ) and
reversal field (Hsw) decreased exponentially to time with Neel wall domination on its
nucleation type. Result of α variation shown that Hsw dependence to α, different with
Ea that tended to decrease. Vortex pair appeared with different nucleation times. For
variated exchange constants, tendency of both Ea and Hsw is linierly to A. Its
nucleation type is dominated by vortex pair configuration appeared in different
nucleation times. Degree variation gave minimum value of both Ea and Hsw at degree
of 200 – 300. Vortex configuration appeared before degree of 500.
Dimensionally, size variation gave a maximum condition, either Ea or Hsw at
nano particle size of 40 nm while vortex configuration begun to appeare. For
thickness variation, Ea had a maximum value of ~2.6 × 106 erg, different with Hsw
that decreased after surpassed peak value of ~4 kOe. Vortex and antivortex appeared
at thickness of 30 nm and 60 nm with different condition, either their nucleation
times or their formation. At thickness of 30 nm, vortex and antivortex appeared in
sequence. But at thickness of 60 nm, vortex and antivortex appeared together formed
vortex-antivortex pair in specific time interval.
Keywords: micromagnetic, reversal, activation energy, reversal field, vortex,
antivortex, permalloy.
vii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Pujian dan rasa syukur dipanjatkan kepada Allaah -Subhaanahu wa Ta’alaaYang telah mengaruniakan nikmat yang tidak dapat terhitung. Dengan nikmatNya
pula, penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Semoga shalawat dan salam
senantiasa tercurah atas Rasulullah -shallallaahu ‘alayhi wa sallam-.
Skripsi ini disusun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
sains yang penulis beri judul “Simulasi Mikromagnetik Magnetisasi Reversal pada
Nano-Partikel Magnetik Permalloy”. Kepada semua pihak yang telah membantu
penulis menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih. Atas
bantuannya selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus
penulis sampaikan kepada:
1. Dr. Eng. Budi Purnama, S. Si, M. Si selaku Pembimbing I yang telah
mendampingi selama penelitian, memberi bimbingan dan arahan dalam
penyusunan skripsi.
2. Drs. Suharyana, M. Sc. selaku Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi.
3. Keluargaku tercinta yang senantiasa mendukungku dan memberi semangat.
4. Mahasiswa Fisika, terkhusus angkatan 2009 atas dukungan dan bantuannya.
5. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Semoga Allah –‘Azza wa Jalla- memberikan balasan yang lebih baik atas
kebaikannya. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam skripsi ini.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik membangun guna perbaikan
di masa mendatang. Semoga laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi
penulis dan pembaca.
viii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Simulasi Mikromagnetik Magnetisasi
Reversal pada Nano-Partikel Magnetik Permalloy” telah :
1. Dipublikasikan pada Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) volume 2 No.
2 halaman 164 tahun 2012 dengan judul “Kajian Simulasi Mikromagnetik
Ketergantungan Tipe-nukleasi Magnetisasi Reversal terhadap Waktu pada Nano
Dot Permalloy”
2. Dipresentasikan dalam 3rd Jogja International Conference on Physics 2012 pada
tanggal 19 September 2012 di Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah
Mada dengan judul “Vortex-Antivortex Assisted Magnetization Dynamics in
Permalloy Nano Particle Studied by Micromagnetic Simulation”
ix
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ......................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................
iii
HALAMAN MOTTO ...................................................................................
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................
v
HALAMAN ABSTRAK ................................................................................
vi
HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. vii
KATA PENGANTAR .................................................................................... viii
HALAMAN PUBLIKASI..............................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ...........................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ................................................................
2
1.3. Batasan Masalah.........................................................................
3
1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................
3
1.5. Manfaat Penelitian .....................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
4
2.1. Momen Magnetik dan Magnetisasi Bahan Magnetik ................
4
2.2. Ragam Bahan Magnetik ............................................................
8
2.3. Karakteristik Bahan Feromagnetik Permalloy ........................... 11
2.3.1. Permeabilitas .................................................................... 11
2.3.2. Kurva Histerisis, Koersivitas, dan Magnetisasi Saturasi . 11
2.3.3. Pengaruh Suhu terhadap Bahan Feromagnetik ................ 12
2.4. Mikromagnetik ........................................................................... 13
2.4.1. Exchange Interaction ....................................................... 13
2.4.2. Anisotropi Magnetokristalin Material ............................. 14
2.4.3. Medan Demagnetisasi ...................................................... 16
2.4.4. Energi Total Sistem Mikromagnetik ................................ 16
2.5. Domain Magnetik dalam Sistem Feromagnetik ......................... 17
2.5.1. Asal-Usual Domain Magnetik ......................................... 17
2.5.2. Domain Wall .................................................................... 19
2.6. Magnetisasi Reversal dengan Tinjuan Mikromagnetisme .......... 21
2.7. Software Simulasi Mikromagnetik ............................................. 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 24
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................... 24
x
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.2. Peralatan .....................................................................................
3.2.1. Piranti Keras ....................................................................
3.2.2. Piranti Lunak Utama ........................................................
3.3. Metode Simulasi Mikromagnetik ...............................................
3.4. Analisa Data ...............................................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1. Definisi Magnetisasi Reversal ....................................................
4.2. Variasi Waktu .............................................................................
4.3. Variasi Redaman Gilbert.............................................................
4.4. Variasi Konstanta Tukar ............................................................
4.5. Variasi Ukuran ............................................................................
4.6. Variasi Ketebalan ........................................................................
4.7. Variasi Sudut H-Ms (θ) ...............................................................
BAB V PENUTUP ........................................................................................
5.1. Kesimpulan ...............................................................................
5.2. Saran ..........................................................................................
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
LAMPIRAN ....................................................................................................
xi
commit to user
24
24
24
24
27
28
28
29
31
34
36
38
42
44
44
45
46
49
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Detail Komponen Energi Aktivasi .................................................. 31
xii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1. Model Klasik Orbital Elektron yang Mengelilingi Inti .............
5
Gambar 2.2. Skema arah Momen-Momen Magnetik Atom dan Relasi M-H
dari Bahan .................................................................................
9
Gambar 2.3. Loop Histerisis Tipikal Bahan Magnetik ..................................
11
Gambar 2.4. Kurva Hukum Curie Bahan Paramagnetik dan Diamagnetik ...
12
Gambar 2.5. Kurva Hukum Curie Bahan Feromagnetik................................
13
Gambar 2.6. Hubungan Magnetisasi Saturasi pada Feromagnetik dengan
Suhu Curie .................................................................................
13
Gambar 2.7. Skema Struktur Domain Magnetik dengan Resultan Momen
Magnetik Nol di dalam (a) Kristal Tunggal (b) Polikristal ......
18
Gambar 2.8. Struktur Dasar Domain Magnetik Permalloy ............................
18
Gambar 2.9. Skema Bloch Wall .....................................................................
19
Gambar 2.10. Skema Monoatomic Domain Wall dan Bloch wall ...................
19
Gambar 2.11. Skema Domain Closure ............................................................
20
Gambar 2.12. Grafik fungsi densitas energi sebagai fungsi ketebalan
material magnetik di dalam Bloch wall dan Néel wall .............
20
Gambar 2.13. Skema Domain Wall .................................................................
21
Gambar 2.14. Skema Néel wall (atas) dan Cross-tie wall (Bawah) .................
21
Gambar 2.15. Skema Reversal Berupa Gerakan Vektor Magnetisasi M di
Bawah Pengaruh Medan Statik H untuk (A) = 0 dan (B)
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA
NANO-PARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
Disusun Oleh :
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
M0209050
SKRIPSI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2013
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA
NANO-PARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
Disusun Oleh :
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
M0209050
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2013
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul
“SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA NANOPARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan
saya hingga saat ini isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau
ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelas
kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau
diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Januari 2013
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
iii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Tidaklah Allaah –‘Azza wa Jalla- Ciptakan jin dan manusia melainkan untuk
beribadah kepadaNya dengan mentauhidkanNya
Tidaklah Allaah –‘Azza wa Jalla- Ciptakan langit dan bumi, serta seisinya dengan
sia-sia. Semua itu tanda-tanda kekuasaanNya bagi orang yang berfikir.
Tidaklah seseorang dianggap bersyukur hingga dia bersyukur atau berterima kasih
kepada orang lain yang melaluinya Allaah curahkan suatu kebaikan
iv
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Ayah dan Ibu, terima kasih atas doa dan dukungannya
2. Kakak dan adikku tercinta
3. Pembimbing tugas akhir ini, Pak Budi dan Pak Suharyana, yang telah
membimbing dan memberi arahan
4. Kakak tingkat, adik tingkat dan angkatan 2009, semoga karya ini bermanfaat dan
berguna sebagai inspirasi bagi kita semua.
5. Almamater saya, terkhusus Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Sebelas
Maret, semoga ini menjadi karya yang bermanfaat dan menjadi inspirasi bagi
langkah selanjutnya di bidang keilmuan Fisika di masa mendatang
v
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI MIKROMAGNETIK MAGNETISASI REVERSAL PADA NANOPARTIKEL MAGNETIK PERMALLOY
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Simulasi mikromagnetik digunakan untuk mengamati tipe nukleasi pada proses
magnetisasi reversal nano-partikel permalloy dengan polarisasi magnetik seragam.
Sebuah medan eksternal diterapkan pada nanopertikel dengan arah berlawanan
dengan orientasi magnetisasi. Kemudian, medan eksternal tersebut ditingkatkan
secara linier terhadap lama waktu sapuan medan eksternal tersebut. Evaluasi
mekanisme reversal dilakukan untuk variasi waktu sapuan, variasi redaman Gilbert
(α), variasi konstanta tukar (A), variasi ukuran nano-partikel, variasi ketebalan nanopartikel, dan variasi sudut antara orientasi medan eksternal dengan orientasi
magnetisasi awal.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa energi aktivasi (Ea ) dan medan reversal
(Hsw) menurun secara eksponensial terhadap waktu dengan dominasi Neel wall pada
tipe nukleasinya. Hasil variasi α menunjukkan ketergantungan Hsw yang linier
terhadap α, berbeda dengan Ea yang cenderung turun. Pasangan vorteks muncul
dengan waktu nukleasi yang berbeda. Variasi konstanta tukar menghasilkan
kecenderungan Ea dan Hsw yang linier terhadap A. Tipe nukleasinya didominasi
dengan konfigurasi pasangan vorteks dengan waktu kemunculan yang berbeda.
Variasi sudut memberikan nilai minimum Ea dan Hsw pada sudut 200 – 300.
Konfigurasi vorteks muncul sebelum sudut 500.
Berkaitan dimensi, variasi ukuran memberikan suatu kondisi maksimum, baik
Ea maupun Hsw pada ukuran nano partikel 40 nm saat konfigurasi vorteks mulai
muncul. Untuk variasi ketebalan, Ea mempunyai nilai maksimum ~2,6 × 106 erg
berbeda dengan Hsw yang turun setelah melewati nilai puncak ~4 kOe. Konfigurasi
vorteks dan antivorteks muncul pada ketebalan 30 nm dan 60 nm dengan kondisi
yang berbeda baik waktu nukleasi keduanya maupun formasi keduanya.Pada
ketebalan 30 nm, vorteks dan antivorteks muncul secara berurutan. Akan tetapi, pada
ketebalan 60 nm, vorteks dan antivorteks muncul bersamaan membentuk pasangan
vorteks-antivorteks pada rentang waktu tertentu.
Kata Kunci : mikromagnetik, reversal, energi aktivasi, medan reversal, vorteks,
antivorteks, permalloy
vi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MICROMAGNETIC SIMULATION OF REVERSAL MAGNETIZATION ON
PERMALLOY MAGNETIC NANO-PARTICLE
SHIBGHATULLAH MUHAMMADY
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
Physics Department, Faculty of Mathematics and Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
Micromagnetic simulation was used to investigate nucleation types in reversal
magnetization process on Permalloy nano-particle with uniform magnetic
polarization. An external field was applied on nano-particle opposite directed to
magnetization orientation. After that, the external field was increased linerly to
sweeping time of the external field. Evaluation of reversal mechanism was performed
for sweeping time variation, Gilbert atenuation (α) variation, exchange constant (A)
variation, nano-particle size variation, nano-particle thickness variation, and degree
variation expressing between external field and initial magnetization orientation.
Result of micromagnetic simulation shown that activation energy (Ea ) and
reversal field (Hsw) decreased exponentially to time with Neel wall domination on its
nucleation type. Result of α variation shown that Hsw dependence to α, different with
Ea that tended to decrease. Vortex pair appeared with different nucleation times. For
variated exchange constants, tendency of both Ea and Hsw is linierly to A. Its
nucleation type is dominated by vortex pair configuration appeared in different
nucleation times. Degree variation gave minimum value of both Ea and Hsw at degree
of 200 – 300. Vortex configuration appeared before degree of 500.
Dimensionally, size variation gave a maximum condition, either Ea or Hsw at
nano particle size of 40 nm while vortex configuration begun to appeare. For
thickness variation, Ea had a maximum value of ~2.6 × 106 erg, different with Hsw
that decreased after surpassed peak value of ~4 kOe. Vortex and antivortex appeared
at thickness of 30 nm and 60 nm with different condition, either their nucleation
times or their formation. At thickness of 30 nm, vortex and antivortex appeared in
sequence. But at thickness of 60 nm, vortex and antivortex appeared together formed
vortex-antivortex pair in specific time interval.
Keywords: micromagnetic, reversal, activation energy, reversal field, vortex,
antivortex, permalloy.
vii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Pujian dan rasa syukur dipanjatkan kepada Allaah -Subhaanahu wa Ta’alaaYang telah mengaruniakan nikmat yang tidak dapat terhitung. Dengan nikmatNya
pula, penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Semoga shalawat dan salam
senantiasa tercurah atas Rasulullah -shallallaahu ‘alayhi wa sallam-.
Skripsi ini disusun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
sains yang penulis beri judul “Simulasi Mikromagnetik Magnetisasi Reversal pada
Nano-Partikel Magnetik Permalloy”. Kepada semua pihak yang telah membantu
penulis menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih. Atas
bantuannya selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus
penulis sampaikan kepada:
1. Dr. Eng. Budi Purnama, S. Si, M. Si selaku Pembimbing I yang telah
mendampingi selama penelitian, memberi bimbingan dan arahan dalam
penyusunan skripsi.
2. Drs. Suharyana, M. Sc. selaku Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi.
3. Keluargaku tercinta yang senantiasa mendukungku dan memberi semangat.
4. Mahasiswa Fisika, terkhusus angkatan 2009 atas dukungan dan bantuannya.
5. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Semoga Allah –‘Azza wa Jalla- memberikan balasan yang lebih baik atas
kebaikannya. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam skripsi ini.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik membangun guna perbaikan
di masa mendatang. Semoga laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi
penulis dan pembaca.
viii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Simulasi Mikromagnetik Magnetisasi
Reversal pada Nano-Partikel Magnetik Permalloy” telah :
1. Dipublikasikan pada Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) volume 2 No.
2 halaman 164 tahun 2012 dengan judul “Kajian Simulasi Mikromagnetik
Ketergantungan Tipe-nukleasi Magnetisasi Reversal terhadap Waktu pada Nano
Dot Permalloy”
2. Dipresentasikan dalam 3rd Jogja International Conference on Physics 2012 pada
tanggal 19 September 2012 di Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah
Mada dengan judul “Vortex-Antivortex Assisted Magnetization Dynamics in
Permalloy Nano Particle Studied by Micromagnetic Simulation”
ix
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ......................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................
iii
HALAMAN MOTTO ...................................................................................
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................
v
HALAMAN ABSTRAK ................................................................................
vi
HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. vii
KATA PENGANTAR .................................................................................... viii
HALAMAN PUBLIKASI..............................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ...........................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ................................................................
2
1.3. Batasan Masalah.........................................................................
3
1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................
3
1.5. Manfaat Penelitian .....................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
4
2.1. Momen Magnetik dan Magnetisasi Bahan Magnetik ................
4
2.2. Ragam Bahan Magnetik ............................................................
8
2.3. Karakteristik Bahan Feromagnetik Permalloy ........................... 11
2.3.1. Permeabilitas .................................................................... 11
2.3.2. Kurva Histerisis, Koersivitas, dan Magnetisasi Saturasi . 11
2.3.3. Pengaruh Suhu terhadap Bahan Feromagnetik ................ 12
2.4. Mikromagnetik ........................................................................... 13
2.4.1. Exchange Interaction ....................................................... 13
2.4.2. Anisotropi Magnetokristalin Material ............................. 14
2.4.3. Medan Demagnetisasi ...................................................... 16
2.4.4. Energi Total Sistem Mikromagnetik ................................ 16
2.5. Domain Magnetik dalam Sistem Feromagnetik ......................... 17
2.5.1. Asal-Usual Domain Magnetik ......................................... 17
2.5.2. Domain Wall .................................................................... 19
2.6. Magnetisasi Reversal dengan Tinjuan Mikromagnetisme .......... 21
2.7. Software Simulasi Mikromagnetik ............................................. 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 24
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................... 24
x
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.2. Peralatan .....................................................................................
3.2.1. Piranti Keras ....................................................................
3.2.2. Piranti Lunak Utama ........................................................
3.3. Metode Simulasi Mikromagnetik ...............................................
3.4. Analisa Data ...............................................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1. Definisi Magnetisasi Reversal ....................................................
4.2. Variasi Waktu .............................................................................
4.3. Variasi Redaman Gilbert.............................................................
4.4. Variasi Konstanta Tukar ............................................................
4.5. Variasi Ukuran ............................................................................
4.6. Variasi Ketebalan ........................................................................
4.7. Variasi Sudut H-Ms (θ) ...............................................................
BAB V PENUTUP ........................................................................................
5.1. Kesimpulan ...............................................................................
5.2. Saran ..........................................................................................
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
LAMPIRAN ....................................................................................................
xi
commit to user
24
24
24
24
27
28
28
29
31
34
36
38
42
44
44
45
46
49
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Detail Komponen Energi Aktivasi .................................................. 31
xii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1. Model Klasik Orbital Elektron yang Mengelilingi Inti .............
5
Gambar 2.2. Skema arah Momen-Momen Magnetik Atom dan Relasi M-H
dari Bahan .................................................................................
9
Gambar 2.3. Loop Histerisis Tipikal Bahan Magnetik ..................................
11
Gambar 2.4. Kurva Hukum Curie Bahan Paramagnetik dan Diamagnetik ...
12
Gambar 2.5. Kurva Hukum Curie Bahan Feromagnetik................................
13
Gambar 2.6. Hubungan Magnetisasi Saturasi pada Feromagnetik dengan
Suhu Curie .................................................................................
13
Gambar 2.7. Skema Struktur Domain Magnetik dengan Resultan Momen
Magnetik Nol di dalam (a) Kristal Tunggal (b) Polikristal ......
18
Gambar 2.8. Struktur Dasar Domain Magnetik Permalloy ............................
18
Gambar 2.9. Skema Bloch Wall .....................................................................
19
Gambar 2.10. Skema Monoatomic Domain Wall dan Bloch wall ...................
19
Gambar 2.11. Skema Domain Closure ............................................................
20
Gambar 2.12. Grafik fungsi densitas energi sebagai fungsi ketebalan
material magnetik di dalam Bloch wall dan Néel wall .............
20
Gambar 2.13. Skema Domain Wall .................................................................
21
Gambar 2.14. Skema Néel wall (atas) dan Cross-tie wall (Bawah) .................
21
Gambar 2.15. Skema Reversal Berupa Gerakan Vektor Magnetisasi M di
Bawah Pengaruh Medan Statik H untuk (A) = 0 dan (B)