Follow by Email

Kamis, 03 November 2011

SUPERPARAMAGNETIK

BAB I
PENDAHULUAN

Latar Belakang
Secara umum suatu material berdasarkan sifat kemagnetannya dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu diamagnet, paramagnet, dan ferromagnet. Superparamagnet adalah material yang mirip dengan paramagnet tetapi mengandung juga sifat material ferromagnet atau mengadung domain magnet dalam ukuran kecil yang berbentuk kelompok (cluster) seperti crystallite.
Sifat superparamagnet timbul pada material yang berukuran kecil (1-10 nm). Dalam kondisi dibawah temperatur Curie, energi termal tidak cukup memisahkan interaksi gaya antara atom-atom tetapi hanya cukup untuk mengubah arah magnetisasi di dalam domain tersebut. Proses ini menyebabkan medan magnet menjadi nol dan material akan menyerupai material paramagnet.

Tujuan 
Memaparkan konsep – konsep sederhana seputar superparamagnetik termasuk implikasi dari sifatnya terhadap kebutuhan akan perkembangan teknologi di masa depan.

BAB II
PEMBAHASAN
  
Defenisi Superparamagnetik
Superparamagnetisme adalah salah satu bentuk magnetism, yang tampak pada feromagnetik kecil atau partikel nano ferimagnetik. Dalam partikel nano, magnetisasi dapat secara acak berbalik arah dibawah pengaruh suhu. Waktu antara dua balikan ini disebut waktu relaksasi Neel. Dengan tidak adanya medan magnetic eksternal, ketika waktu yang digunakan untuk mengukur magnetisasi partikel nano lebih lama dibandingkan waktu relaksasi Neel, maka magnetisasinya tampak menjadi rata-rata nol; keadaan ini disebut keadaan superparamagnetik. Pada keadaan ini, medan magnetic eksternal dapat memagnetisasi partikel-partikel nano, serupa dengan paramagnet. Tetapi, suseptibilitas magnetiknya lebih besar disbanding satu paramagnet.
Lebih jelas di tampilkan pada gambar di bawah ini:
Gambar  Kurva magnetisasi Feromagnetik (N=∞), superparamagnetik (N=400), dan paramagnetic (N=1) pada suhu T = 270 K. Garis putus-putus menunjukkan interaksi rantai spin Ising

Gambar di atas menunjukkan kurva kesetimbangan magnetisasi feromagnetik, paramagnetic, dan superparamagnetik. Jumlah N atom pada daerah superparamagnetik diperoleh dari kemiringan/ lekukan medan nol loop hysteresis. N = kBT(∂M/∂H) / μFeμoMo, dimana Mo merupakan magnetisasi saturasi. N = 1, yang merupakan paramagnetisme sederhanan, memiliki kurva megnetisasi yang rata, sedangkan N = ∞ merupakan fungsi naik. Magnet-magnet makroskopik, dimana N sangat besar, memiliki kemiringan medan nol yang terbatas. Inhomogenitas dalam lapisan ultra tipis, seperti segitiga submonolayer dari besi fcc pada Cu (111), memiliki volume sekitar 50 nm3, yang mengindikasikan relevansi superparamagnetik.
Tinjauan lain, sifat-sifat magnetic dari Material berstruktur Nano (superparamagnetik) dapat di lihat dari segi pengaruh ukuran materialnya.
Sifat-sifat Magnetik dari Material berstruktur Nano :
 
Superparamagnetisme :
·         Magnetisasi saturasi tinggi Ms.
·         Tidak ada remanence MR = 0

Evolusi data magnetiknya, di tampilkan pada grafik berikut:
Relaksasi Neel pada medan magnetik
Secara normal, material feromagnetik atau ferimagnetik tertentu mengalami transisi ke keadaan paramagnerik diatas suhu Curienya. Superparamagnetisme berbeda dari transisi standar ini karena materialnya bersuhu dibawah suhu Curie.
Superparamagnetik terjadi pada partikel-partikel nano dengan domain tunggal, misalnya terdiri dari domain magnetic tunggal. Hal ini adalah mungkin ketika diameternya dibawah 3 – 50 nm, bergantung pada bahannya. Pada kondisi ini, magnetisasi partikel-partikel nano dalam momen magnetic tunggal besar, jumlah keseluruhan momen magnetic individu dibawa oleh atom-atom dari partikel-partikel nano tersebut. Hal ini lah dimana orang-orang yang bekerja pada medan superparamagnetisme menyebutnya “aproksimasi spin makro”.
Data Magnet :
 
Memiliki rata-rata jumlah partikel / bit yang besar :
·         Perubahan yang tidak konsisten
·         Pemisahan secara acak:
v  Variasi ukuran
v  Variasi koersivitas
v  Variasi struktur domain
Min 1000 partikel / 1 bit => 0.15 Gbit / cm2

Tujuan utama : 1 partikel / bit => 10 – 37 Gbit / cm2.
Solusi-solusi untuk mengurangi ukuran bit :
v  Anisotropi kristalin yang besar => semakin tinggi penghalang pengubah.
v  Nanopartikel domain tunggal => semakin tinggi Ms, semakin tinggi Hc
v  Struktur multilapisan => mengendalikan orientas segregasi
v  Recording yang tegak lurus => medan demagnetisasi tidak mendestabilisasi domain-domain yang tercatat.
v  Deretan dot domain tunggal terisolasi dihasilkan oleh litografi e-beam => sifat-sifat switching yang seragam.
Dikarenakan anisotropi magnetic partikel-partikel nano tersebut, momen magnetiknya biasanya hanya dua orientasi antiparalel stabil satu dengan yang lain, yang dipisahkan oleh hambatan energy (barrier energy). Orientasi stabil mendefinisikan partikel-partikel nano yang disebut “sumbu sederhana” . 

Pada suhu tertentu, ada probabilitas tertentu dari magnetisasi untuk berbalik dan berlawanan dengan arahnya. Waktu antara dua balikan ini disebut waktu relaksasi Neel dan dinyatakan den gan persamaan Neel-Arrhenius berikut ini.
  
dimana :
  • τN adalah panjang waktu rata-rata pada saat magnetisasi pastikel-partikel nano berbalik secara acak sebagai akibat dari fluktuasi termal.
  • τ0 adalah panjang waktu, karakteristik dari material, yang disebut waktu coba atau periode coba; nilainya sekitar 10^-9 – 10^-10 sekon
  • K adalah densitas energy anisotropi magnetic partikel-partikel nano dan V adalah volume. KV adalah hambatan energy yang berhubungan dengan perubahan magnetisasi dari arah sumbu sederhana awal kea rah sumbu sederhana lainnya.
  • kB adalah konstanta Boltzmann
  • T adalah suhu.
Panjang waktu ini dapat bernilai beberapa nanosekon hingga tahunan atau bahkan lebih lama lagi. Hal ini dapat dilihat bahwa waktu relaksasi Neel merupakan fungsi eksponensial dari grain volume, yang menjelaskan mengapa probabilitas pembalikan menjadi terabaikan untuk material berukuran besar atau partikel nano berukuran besar. 
 
Magnetisasi dari partikel nano superparamagnetik tunggal 
Untuk pengukuran laboratorium, nilai logaritma pada persamaan sebelumnya berorde 20 – 25.
Efek medan magnet


Fungsi Langevin (garis merah), berbanding tanh (x/3) (garis biru)

Ketika medan magnet eksternal diaplikasikan pada partikel-partikel nano superparamagnet, momen magnetnya cenderung berderet sepanjang medan tersebut, yang membentuk jarring magnetisasi. Kurva magnetisasi dengan magnetisasi sebagai fungsi medan, adalah fungsi naik bentuk S. Fungsi ini cukup kompleks tetapi untuk beberapa kasus sederhana :
1.  Jika semua partikel sama (hambatan energy dan momen magnetic sama), maka sumbu sederhananya terorientasi secara parallel terhadap medan dan suhu yang cukup tinggi, sehingga magnetisasi menjadi :
 

2.  Jika semua partikel sama dan suhu cukup tinggi (), maka, mau tidak mau, orientasi sumbu 
     sederhana :
 
 DOWNLOAD File lengkapnya di sini

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar