Ringkasan Tugas Akhir
Nama, NPM
: Siti Maryam, 0806326424
Pembimbing
: Budhy Kurniawan
Judul (Indonesia)
: Pengaruh Substitusi Bi Terhadap Spektrum Electron Spin Resonance La1-xBixMnO3 Melalui Proses Mechanical Alloying
Judul (Inggris)
: Bi Substitution Effects on the Electron Spin Resonance Spectrum in La1xBixMnO3
Prepared by Mechanical Alloying
Abstrak Sampel manganit La1-xBixMnO3 (x= 0,05; 0,15; 0,2; 0,25 dan 0,35) telah dibuat menggunakan metode mechanical alloying. Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh substitusi Bi terhadap nilai konsentrasi relatif elektron sampel. Hasil Electron Spin Resonance (ESR) menunjukkan bahwa sampel memiliki sifat paramagnetik. Nilai faktor lande yang didapat tidak sama dengan faktor lande elektron bebas yaitu sekitar 2,00. Nilai konsentrasi relatif yang didapat naik seiring bertambahnya komposisi Bi sesuai dengan nilai resistansi sehingga kemungkinan elektron yang terdeteksi merupakan elektron radikal. Hal ini kemungkinan karena sampel berinteraksi dengan lingkungan sekitar yang reaktif. Kata kunci: Manganit, Electron Spin Resonance, Faktor Lande
Abstract La1-xBixMnO3 manganit sample (x = 0.05, 0.15; 0.2; 0.25 and 0.35) have been made using the method of mechanical alloying. This experiment aims to investigate the effect of Bi
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
substitution on the relative value of the electron concentration samples. Electron Spin Resonance (ESR) spectrum shows that the sample has paramagnetic properties. Lande factor value obtained is not the same as the free-electron Lande factor which is about 2.00. The obtained relative concentration values were increased with increasing Bi composition. According to the resistance value it is perhaps that electrons detected is a radical electron. This is possibly because the sample interact with a reactive environment. Keyword: Manganites, Electron Spin Resonance, Lande Factor
1.
Pendahuluan Dalam beberapa tahun terakhir, banyak peneliti tertarik pada senyawa manganit perovskit
dengan komposisi AMNO3, dimana A merupakan La, Ca, Ba, Sr, Pb, Nd, atau Pr [1]. Material ini menunjukkan berbagai macam fenomena magnetik dan listrik tergantung komposisi bahannya, seperti magnetoresistance, metal-insulator, charge ordering dan orbital ordering. Jika A ditempati dengan dua atom yang berbeda, salah satunya trivalent, misalnya La, maka atom yang lain harus divalent. Salah satu manganit yang menarik adalah La1-xAxMnO3, dimana A merupakan atom dengan kation divalent atau trivalent. LaMnO3 yang tidak didoping merupakan salah satu material fundamental yang sedang banyak diteliti karena material ini menunjukkan sifat magnetik yaitu colossal
magnetoresistan
(CMR)
[1].
Lanthanum
manganit
oksida
ini
merupakan
antiferromagnetik insulator dengan Neel temperature TN = 140 K. Struktur LaMnO3 pada temperatur kamar adalah orthorhombic. Ketika La didoping dengan atom dengan kation divalent, material akan bertransisi dari paramagnetik insulator menjadi ferromagnet metal dibawah temperature Curie Tc. Fenomena ini telah dijelaskan oleh interaksi double exchange antara ion Mn3+ dan Mn4+. Di sisi lain, perovskit manganit BiMnO3 menunjukkan struktur dan sifat yang berbeda. Manganit ini memiliki struktur triklinik pada temperature kamar dan bersifat ferromagnet dengan temperature Curie antara 105-110 K. Namun sifat ke-ferromagnetan-nya masih meragukan.
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
Ketika Bi didoping dengan kation divalent (seperti Ca atau Sr), tidak ada metal-insulator yang terdeteksi. Namun, charge ordering terdeteksi sangat kuat. 2.
Eksperimen Sampel polikristal dengan komposisi La1-xBixMnO3 disintesis dengan menggunakan
metode konvensional mechanical alloying. Bahan oksida dasar yang digunakan adalah La2O3 dengan kemurnian 99,5%, Bi2O3 dengan kemurnian 95% dan MnCO3 dengan kemurnian 99,9%. Setelah bahan dasar dicampur dengan rasio yang telah diperhitungkan, sampel digerus dan dikompaksi kemudian dikalsinasi selama 4 jam dengan temperatur 800 ᴼC. Setelah itu sampel disinter selama 10 jam dengan temperatur 1000ᴼC. Sampel diproses pada tekanan atmosfer. Sampel diuji dan dikarakterisasi menggunakan: XRD dengan tube anode Cobalt (Co) yang memiliki panjang gelombang 1,78896 Å untuk mengetahui parameter kisi, metode Four Point Probe (FPP) untuk mengetahui konduktivitas listrik dan spektrometer ESR untuk mengetahui spektrum kurva turunan absorpsinya. 3.
Hasil Gambar 4.1 merupakan hasil spektrum ESR ketiga bahan oksida. Spektrum oksida La2O3
dan MnCO3 menunjukkan adanya momen magnet yang berinteraksi dengan medan magnet sehingga oksida dapat dikatakan bersifat paramagnetik sedangkan oksida Bi2O3 bersifat diamagnetik karena tidak ada momen magnet yang berinteraksi. Adanya dua bahan oksida yang memiliki sifat paramagnetic kemungkinan akan mempengaruhi pembentukan sifat magnetik sampel. La2O3 Bi2O3
MnCO3
200
H (mT)
400
600
Gambar 1 Spektrum ESR bahan oksida
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
Kelima sampel LBMO dengan variasi komposisi nilai x = 0,05; 0,15; 0,20; 0,25 dan 0,35 juga diuji ESR dengan rentang medan magnet 50 – 550 mT pada suhu kamar ( T =293 ). Kelima sampel menunjukkan adanya momen magnetik yang berinteraksi dengan medan magnet sehingga kelima sampel dapat dikatakan bersifat paramagnetic. Nilai centre field (H0) kelima sampel memiliki rentang o,335 – 0,340 T. Nilai H0 tersebut tidak jauh berbeda dengan nilai H0 oksida MncO3 sebesar 0,335. Hal ini mungkin karena momen elektron yang berinteraksi merupakan peran elektron kation Mn3+ dalam oksida MnCO3.
dI/dH
x = 0,05
x = 0,15
x = 0,20
x = 0,25 x = 0,35 200 H (mT) 400
600
Gambar 2 Spektrum ESR sampel LBMO 4.
Pembahasan Jika sinyal ESR diintegrasikan menjadi bentuk kurva absorpsi maka akan didapat satu
puncak. Elektron yang berperan di dalam sampel merupakan elektron dari kation Mn3+ yang memiliki empat elektron bebas. Jika ada empat elektron bebas maka ada empat puncak yang terdeteksi. Sedangkan kelima data yang didapat hanya terdeteksi satu puncak absorbsi. Hal ini kemungkinan karena rentang medan magnet yang diberikan terlalu kecil sehingga elektron yang memiliki lebar energi yang besar tidak dapat tereksitasi. Jika La disubstitusi dengan Bi yang memiliki jumlah kation sama maka tidak ada perubahan jumlah elektron. Hal ini menandakan tidak adanya perubahan spektrum ESR sampel. Namun, data ESR kelima sampel berubah. Hal ini kemungkinan diakibatkan adanya reaksi yang tidak diinginkan sehingga menyebabkan adanya radikal yang terbentuk.
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
Elektron bebas bersifat seperti elektron radikal yang memiliki struktur sangat tidak stabil sehingga sangat sensitif terhadap lingkungan sekitarnya. Pernyataan ini didukung oleh Y. D. Zhao dkk [3] yang menyatakan bahwa preparasi sampel LBMO sebaiknya dilakukan di ruang hampa udara. Jika tidak maka sampel akan mengalami perubahan sebesar σ pada strukturnya menjadi LaBiMnO3+σ. Kami ingin mengetahui elektron yang terdeteksi oleh sinyal ESR merupakan elektron konduksi atau elektron radikal. Jika elektron yang terdeteksi merupakan elektron konduksi maka akan mempengaruhi nilai konduktifitas dan magnetoresistansinya. Namun lain hal jika yang terdeteksi adalah elektron radikal. Sifat elektron radikal berbanding terbalik dengan elektron bebas. Elektron radikal cenderung akan menghambat pergerakan elektron sehingga menyebabkan nilai konduktifitas turun. Kami memplot grafik antara resistansi dan konsentrasi seperti ditunjukkan oleh gambar 3. Grafik memiliki pola yang sama yaitu naik seiring bertambahnya komposisi Bi. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Y. D. Zhao dkk [3] yang mengatakan bahwa resistivitas meningkat seiring bertambahnya komposisi Bi. T. Ogawa dkk [2] juga menyatakan bahwa pita antar level energi akan semakin melebar jika disubstitusi oleh atom dengan radius yang lebih kecil. Kation Bi (r Bi3+ = 0,124 nm) memilki radius yang lebih kecil dari kation La (r La3+ = 0,122 nm). Ada tiga titik yang saling berdekatan untuk nilai x = 0,05; 0,15 dan 0,35 sedangkan untuk nilai x = 0,20 dan 0,25 titik memiliki selisih cukup besar. Dari perbandingan grafik ini kami dapat menyatakan elektron yang terdeteksi kemungkinan merupakan elektron radikal yang berperan menghambat aliran elektron.
2500
1.0
0.8
1500 0.6
1000 0.4 500
konsentrasi (%)
resistansi (kohm)
2000
0.2
resistansi konsentrasi
0
0.0 0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
komposisi Bi
Gambar 3 Perbandingan grafik resistansi dan konsentrasi 5.
Kesimpulan
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
Spektrum ESR kelima sampel menunjukkan sampel bersifat paramagnetic dengan kekuatan yang berbeda berdasarkan intensitas dan lebar kurvasinyal. NIlai konsentrasi elektron naik seiring bertambahnya komposisi Bi sesuai dengan grafik resistansi. Karena itu kemungkinan elektron yang terdeteksi merupakan elektron radikal akibat bereaksi dengan lingkungan sekitar. Daftar Acuan [1] Salamon, Myron, & Jaime, Marcelo. (2001). The physics of Manganites: Structure and transport. Reviews of Modern Physics, 73, 583-628. [2] Ogawa, Takashi., Sandhu, Adarsh., Masafumi, Chiba., Takeuchi, Hiromasa., & Koizumi, Yoshiharu. (2005). Electrical and Magnetic Properties of La1-xBixMnO3. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 290-291, 933-936. [3] Zhao, Y.D., Park, Jonghyurk., Jung, R.J., Noh, H.J., & Oh, S.J.. (2004). Structure, Magnetic and Transport Properties of La1-xBixMnO3. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 280, 404-411.
Pengaruh substitusi..., Siti Maryam, FMIPA UI, 2013
