Page 1

EDISI

buletin

topik hangat

kilas riset

Field Effect Transistor Berbasis Colloidal Nanocrystals

Pandu Gelombang Plasmon on-chip

volume 1 no. 1, jul-sep 2013 mrs-id.org

PERDANA


daftar isi

kata pengantar topik hangat Field Effect Transistor Berbasis Colloidal Nanocrystals

3

Pengontrolan konduktansi senyawa assimetrikdiarylethene dengan cahaya

14

Ambipolar Transistor dari Jejaring Carbon Nanotubes yang murni

15

tutorial Simulasi Material dengan Quantum Espresso

17

kilas riset serba-serbi Koherensi Fonon di dalam Carbon Nanotube dan Graphene

8

Pengaruh Ion Plasma Pada Lapisan Tipis SrRuO3: Metal-Insulator Transition (MIT)

8

Penumbuhan nanostruktur ZnO di atas beberapa lembar graphene dengan metode hidrotermal

9

Ilmuwan Indonesia di Materials Research Society Meetings San Francisco 2013

28

Arah Penelitian Magnet Permanen di Indonesia dan Terbentuknya Konsorsium Magnet

30

liputan

Teknologi Inkjet Printing Sebagai Teknologi Alternatif dalam Fabrikasi Terahertz Metamaterial

10

Liputan Konferensi Internasional “Nanotechnology Application in Energy and Environment (NAEE) 2012”

33

Demonstrasi Pandu Gelombang Plasmon onchip berdasarkan platform silicon-oninsulator

11

Padjadjaran International Physics Symposium (PIPS) 2013

34

12

Seminar Nasional Material 2013

35

Strategi untuk membentuk hollow silica nanoparticles tanpa keberadaan mesopore menggunakan peran dari colloidal surface charges, ketimbang surfaktan

Liputan 8th Indonesian Zeolite Seminar

36

Mencari “Jejak” Spin Inti

13

agenda

37

keanggotaan

38

dewan redaksi   

Pemimpin redaksi: Ferry Iskandar (Institut Teknologi Bandung) Staf editor: Satria Zulkarnaen Bisri (University of Groningen, Belanda), Rino Mukti (Institut Teknologi Bandung), Miftakhul Huda (Gunma University, Jepang), Hadi Teguh Yudistira (Sungkyunkwan University, Korea Selatan) Tim desain: Dwi Prananto (Tohoku University, Jepang), Ikhtiar (University of Tsukuba, Jepang), Ahmad Ridwan Nugraha (Tohoku University, Jepang)

Kredit gambar sampul: Landobasa Y. M. Tobing, Nanyang Technological University, Singapura

buletin


kata pengantar

Dr.Eng. Mikrajuddin Abdullah. M.Si. Ketua HRMI/MRS-Id

buletin

Himpunan Riset Material Indonesia, disingkat HRMI, atau dalam bahasa Inggris disebut Materials Research Society of Indonesia, disingkat MRS-Id, didirikan pada tanggal 9 Juni 2008, dengan bermodalkan semangat membara untuk menjadi wadah berkumpulnya komunitas riset bidang material di Indonesia sehingga bisa mengakselerasi pengembangan dan pemanfaatan ilmu dan rekayasa bidang tersebut. Pendirian tersebut bertepatan dengan penyelenggaraan Seminar Fungsionalisasi dan Karakterisasi Nanomaterial di Hotel Karang Setra, Bandung. Secara legal, HRMI/MRS-Id telah disahkan dengan akte notaris No. 3, tanggal 1 Juli 2010. Pengesahan dilakukan di kantor notaris Irma Rachmawati, SH, Jalan Dipati Ukur No 43 Bandung. Kegiatan organisasi ini mencakup seluruh wilayah Republik Indonesia serta membuka kolaborasi dengan pihak luar negeri seluas-luasnya. Para pendiri HRMI atau MRS-Id antara lain: Dr.Eng. Mikrajuddin Abdullah, Dr.Eng. Khairurrijal, Dr. Ferry Iskandar, Dr. Camellia Panatarani, dan Dr. Euis Sustini. Sejak berdirinya, HRMI/MRS-Id telah menyelenggarakan pertemuan ilmiah secara rutin baik yang bersifat nasional maupun internasional. Untuk yang berskala nasional, telah diselenggarakan antara lain: Seminar Nasional Fungsionalisasi dan Karakterisasi Nanomaterial (9 Juni 2008) di Hotel Karangsetra Bandung, Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nano Tanggal (3 Juni 2009) di Universitas Islam Bandung, Workshop Nanomaterial (29-30 Mei 2012) di ITB Bandung, dan Seminar Nasional Material (SNM) 2012 dan 2013 di ITB Bandung (web: http://prosiding.papsi.org/index.php/SNM/index). Untuk kegiatan yang berskala internasional, HRMI/MRS-Id telah mengadakan seri Nanoscience and Nanotechnology Symposium (NNS) yang telah berlangsung sebanyak empat kali (2008, 2009, 2010 dan 2011), yang terakhir berlangsung di Bali pada tahun 2011. Seri NNS berikutnya akan diadakan di Surabaya pada bulan Oktober ini. Selain itu, HRMI/MRS-Id juga menjadi organizer seri Asian Physics Symposium (APS) di Institut Teknologi Bandung pada Oktober 2011 dan 2012. Kemudian pada September 2012 juga telah dilaksanakan Nanotechnology Applications for Energy and Environment (NAEE) sebagai wujud untuk membawa lebih dekat lagi komunitas riset material kepada aplikasi energi dan lingkungan. Selain itu, HRMI/MRS-Id juga menjadi co-organizer dan co-sponsor dari beberapa pertemuan ilmiah lainnya pada bidang riset material di Indonesia, untuk tahun ini seperti The 3rd ITB Catalysis Symposium di Bandung, 2-4 September 2013 (web: http://www.itbcatalysis.itb.ac.id/p/keynote-speaker.html), International Conference on Advanced Materials Science & Technology (ICAMST 2013) di Yogyakarta, 17-18 September 2013 (web: http://ďŹ smatel.fmipa.ugm.ac.id/icamst2013/), The 5th Nanoscience and Nanotechnology Symposium (NNS2013) di Surabaya, 23-25 Oktober 2013 (web: http://nns2013.itb.ac.id), Padjadjaran International Physics Symposium (PIPS 2013) di Bandung, 7-8 Mei 2013 dan Indonesian Zeolite Seminar di Bandung, 4-5 Juni 2013. Selama ini HRMI/MRS-Id telah berkembang dengan dana mandiri, termasuk penerbitan Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Pelaksanaan seminar dan simposium utama seperti seri SNM, NNS, dan NAEE juga dilakukan "hampir" tanpa dukungan dana dari pihak komersial. Karena kami membangun himpunan ini bukan atas tendensi apa pun, melainkan atas keinginan untuk ikut berkontribusi bagi pengembangan riset di bidang ini. Walaupun untuk di masa-masa awal perjuangan ini, kadang harus merogoh kocek sendiri untuk menjalankan beberapa program.

1


2

kata pengantar Untuk ke depannya, HRMI/MRS-Id ingin memosisikan diri lebih sejajar dengan himpunan riset material atau materials research society di negara-negara lain, seperti MRS, E-MRS, MRS-Japan, MRS-Singapore, dan lainnya. Serta diharapkan setelah HRMI/MRS-Id lebih mapan untuk dapat bergabung ke dalam International Union of Materials Research Society (IUMRS), sehingga hasil-hasil riset material di, dari, dan oleh orang Indonesia bisa lebih dikenal dan kontributif kepada masyarakat luas di seluruh dunia. Oleh sebab itu, komunitas riset material di Indonesia melalui HRMI/MRS-Id harus diperkuat, untuk saling bahumembahu dan berkomunikasi untuk meningkatkan taraf kemampuan saintiďŹ k yang lebih tinggi. Buletin HRMI/MRS-Id yang terbit perdana ini akan menjadi sarana komunikasi bagi insan-insan komunitas riset material Indonesia, baik yang sudah menjadi anggota HRMI/MRSId, maupun yang belum menjadi anggota. Buletin ini akan terbit sebanyak empat kali tiap tahunnya, sebagai pelengkap dari penerbitan-penerbitan lain HRMI/MRS-Id, seperti Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Buletin ini berisi beberapa artikel yang bersifat topical review untuk bidang-bidang riset material yang sedang hangat-hangatnya yang ditulis ilmuwanilmuwan Indonesia. Selain itu, akan didapati juga highlight untuk publikasi-publikasi ilmiah di jurnal internasional ber-impact factor tinggi yang ditulis ilmuwan-ilmuwan Indonesia baik yang berada di dalam dan di luar negeri. Sehingga diharapkan ke depannya bisa terjadi crosscitation antara ilmuwan Indonesia yang bergerak di bidang riset material. Selain itu akan didapati artikel-artikel yang bersifat tutorial, berita kegiatan, dan info-info lain yang berguna bagi komunitas riset material Indonesia dimanapun berada. Bagi yang ingin mendaftar menjadi anggota, silakan mengirim formulir aplikasi. Informasi tentang kategori keanggotaan dapat dilihat pada buletin ini dan juga di website HRMI/MRS-Id (www.mrs-id.org/en). HRMI/MRS-Id juga go to social media yaitu di facebook/mrsidn.hrmi, dan juga di group linkedIn (http://www.linkedin.com/groups?gid=4827419), dimana calon anggota bisa mendaftar untuk mendapatkan info terkini HRMI/MRS-Id. Kami optimis riset material Indonesia bisa maju dan kontributif. Terima kasih. Ketua HRMI/MRS-Id

Dr.Eng. Mikrajuddin Abdullah. M.Si. Profesor Bidang Fisika Nanomaterial KK Fisika Material Elektronik, FMIPA Institut Teknologi Bandung

buletin


topik hangat 3

Field Effect Transistor Berbasis Colloidal Nanocrystals Mohamad Insan Nugraha dan Satria Zulkarnaen Bisri Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, Nijenborgh 4 Groningen 9747AG, Belanda. e-mail: m.i.nugraha@rug.nl, s.z.bisri@rug.nl

Gambar1 Cahaya yang diemisikan oleh quantum dot CdSe/ZnS. Ukuran quantum dot bertambah dari ~2 nm sampai ~6 nm (kiri ke kanan). (Reprinted (adapted) with permission from Ref. 8. Copyright (2009) Elsevier)

1. Pendahuluan Nanokristal semikonduktor inorganik banyak menarik perhatian karena memiliki sifat-sifat baru yang menarik dan berpotensi untuk diaplikasikan pada berbagai kegunaan seperti solar cell, light-emitting device, photodetector, transistor, dll [1–6]. Munculnya sifat-sifat menarik tersebut disebabkan oleh ukuran nanokristal yang sangat kecil (2-20 nm) sehingga terjadi fenomena quantum confinement pada struktur energi elektronik material tersebut.[7] Fenomena quantum ini menyebabkan banyak sifat dari nanokristal bergantung terhadap ukurannya, diantaranya pada sifat elektronik dan sifat optiknya. Sebagai contoh, Gambar 1 menunjukkan bahwa spektrum warna yang diemisikan berubah seiring dengan berubahnya ukuran nanokristal tersebut[8]. Hal tersebut disebabkan oleh karena melebarnya Energy bandgap nanokristal disaat ukuran nanokristal mengecil. Perubahan bandgap ini juga berpengaruh secara signifikan juga terhadap sifat-sifat transpor elektroniknya. Munculnya sifat-sifat menarik dan baru dalam nanokristal menyebabkan material ini diaplikasikan dalam berbagai bidang. Dalam lima tahun terakhir ini, penggunaan nanokristal untuk mambangun devais sel surya sedang aktif didalami. Salahsatunya adalah nanokristal berbasiskan material Lead-chalcogenide (PbX). Bahkan dengan menggunakan struktur devais sel surya yang sangat primitif, efisiensi yang cukup tinggi (4-7%) bisa dicapai[1–3,9], apalagi kedepannya dengan menggunakan struktur yang lebih

buletin

kompleks lagi. Dengan nanokristal yang berbentuk koloid, memungkinkan untuk menghasilkan film melalui metode yang cukup mudah yaitu menggunakan deposisi dari fasa larutan (liquid phase synthesis) seperti drop casting, dip coating, dan spin coating. Metode-metode ini dikenal sebagai metode yang mudah dan efisien. Selain itu, film yang terbuat dari nanokristal juga tidak memerlukan proses annealing pada suhu tinggi sehingga devais elektronik dapat difabrikasi dengan harga yang lebih murah. Di sisi lain, eksplorasi penggunaan nanokristal sebagai material aktif pada devais field effect transistor (FET) masih belum banyak. Padahal, nanokristal menjanjikan banyak hal positif seperti proses yang mudah dan murah untuk membuat FET, serta ada prospek bahwa mobilitas pembawa muatan di nanokristal FET bisa cukup tinggi karena berasal dari material anorganik. Juga sifatnya yang bergantung ukuran sehingga diharapkan sifat elektronik yang bisa dikontrol pada transistor tersebut yang pada akhirnya memberikan lebih banyak fungsi. Walaupun material nanokristal sudah mulai ditemukan sejak dua puluh tahun yang lalu, tetapi chemistry untuk sintesis materialnya masih belum stabil, sehingga realibitasnya untuk digunakan pada devais transpor elektron seperti transistor masih belum bisa diandalkan, serta membuat investigasi sifatsifat fisis transpor material ini masih belum bisa dilakukan dengan baik. Hanya baru-baru ini sajalah, proses chemistry untuk material ini sudah bisa mulai reliabel terutama pada material PbX. Dalam nanokristal inorganik, sampai saat ini masih menjadi pertanyaan besar apakah mobilitas pembawa muatannya sebanding dengan material induknya sehingga

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


topik hangat 4

sehingga menyebabkan transistor yang dihasilkan memiliki performa yang lebih baik. Apakah sifat dari assembly nanokristal akan lebih dekat kepada material induknya, atau lebih dekat kepada sifat material semikonduktor organik mengingat masing-masing nanokristal akan terkait dengan nanokristal lainnya menggunakan jembatan molekuler (baik itu organik maupun anorganik). Selain itu, seperti yang disebutkan di atas, bergantungnya sifat nanokristal terhadap ukuran memungkinkan untuk mengubah sifat transistor dengan memvariasikan ukuran nanokristal. Dalam artikel ini, akan dibahas perkembangan penelitian tentang FET berbasis nanokristal inorganik. Dimulai dari bagaimana prinsip kerja FET, sifat-sifat nanokristal, nanokristal inorganik dalam FET, dan prospek nanokristal FET ke depan. 2.

Prinsip Kerja Field-Effect Transistors Selain banyak digunakan dalam beberapa aplikasi, FET juga banyak digunakan untuk penelitian-penelitian fundamental untuk meninjau mekanisme transpor intrinsik dalam suatu material (semikonduktor, graphene, dll) karena merupakan salah satu cara yang paling mudah. Gambar 2

G a m b a r 2 Skematik ďŹ eld effect transistor (FET) (Reprinted (adapted) with permission from Ref. 7. Copyright 2010 American Chemical Society).

menunjukkan skematik FET. Dalam FET, terdapat tiga komponen penting yaitu injection electrodes (source and drain), active semiconducting channel, dan Gate dielectric [10]. Gate digunakan untuk mengontrol aliran elektron atau hole dengan menghasilkan atau menghilangkan saluran konduktif (conductive channel) pada antarmuka material semikonduktor dan gate dielectric, menggunakan prinsip kerja pada MOS capacitor. Lapisan tipis insulator (dielektrik gate) yang biasa digunakan antara lain SiO2, HfO2, Al2O3, dan juga polimer seperti PMMA, Cytop, PDMS, polystyrene, dll. Ketika tegangan diberikan pada gate, dihasilkan medan listrik dalam saluran semikonduktor. Medan listrik ini menarik dan mengakumulasi muatan listrik pada antarmuka lapisan semikonduktor dan dielektrik gate. Bergantung pada keadaan awal dan konsentrasi muatan pada saluran, muatan tambahan

Gambar 3 Kurva transfer FET (a) tipen, (b) tipe-p, dan (c) ambipolar dan (d) kurva keluaran d a l a m F E T. (Reprinted (adapted) with permission from Ref. 7. Copyright 2010 American Chemical Society)

dapat mengosongkan saluran transistor, meningkatkan hambatan dalam transistor, atau meningkatkan arus yang mengalir, serta menggeser level energi Fermi pada semikonduktor tersebut. Oleh karenanya, teknik pada ďŹ eldeffect transistor juga disebut sebagai teknik ďŹ eld-induced doping pada material aktif tersebut [11]. Selain itu dalam FET, elektroda pada source dan drain memegang peran penting. Elektroda yang digunakan harus menghasilkan hambatan serendah mungkin (membentuk kontak Ohmik). Jika hambatan yang dihasilkan besar, akan terbentuk potential barrier antara elektroda dan saluran yang akan menahan injeksi muatan. Hambatan kontak ini bersifat lebih penting ketika panjang channel transistor kecil (berskala mikrometer maupun nanometer) dan ketika transistor bekerja pada tegangan rendah. Respon arus yang mengalir dalam transistor terhadap tegangan yang diberikan bergantung pada tipe muatan mayoritas yang terdapat dalam saluran transistor. Jika semikonduktor yang digunakan adalah tipe-n, tegangan gate yang positif dapat mengakumulasikan elektron dalam saluran sehingga transistor bisa mengalirkan arus elektron. Dan sebaliknya jika diberikan tegangan gate yang negatif, maka elektron akan ter-deplesi. Dalam FET, salah satu parameter penting yaitu tegangan threshold (V Th ). Tegangan ini menunjukkan tegangan dimana transistor dapat mulai mengalirkan arus. Tengan threshold ini bergantung pada beberapa parameter diantaranya yaitu adanya trapping states yang harus diisi sebelum gate dapat menginduksi muatan space charge yang dapat mengalir. Untuk transistor tipe-n, tegangan gate positif mengakumulasi elektron dalam saluran transistor membentuk lapisan/saluran elektron. Ketika tegangan antara source dan drain diberikan, elektron dapat mengalir dalam transistor melalui saluran tersebut. Untuk transistor tipe-p, tegangan gate negatif mengakumulasi hole dalam saluran transistor membentuk lapisan/saluran hole. Ketika tegangan antara source dan drain diberikan, hole dapat mengalir dalam transistor melalui saluran tersebut.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


topik hangat 5

Selain pentingnya dua tipe semikonduktor yang digunakan, ada beberapa material yang bisa membuat devais FET bersifat ambipolar[12,13]. Pada transistor tipe ambipolar, elektron dan hole dapat mengalir secara bersamaan, Dimana kedua pembawa muatan diinjeksikan dari elektrode yang berlawanan kemudian saling mengalir berlawanan arah. FET yang bersifat ambipolar sangat menjanjikan karena dapat diaplikasikan untuk membangun rangkaian complementary inverter yang jauh lebih compact dibandingkan teknologi saat ini yang bergantung pada transistor unipolar. Selain itu, keberadaan hole dan elektron dalam waktu bersamaan di dalam kanal transistor ambipolar memungkinkan kedua pembawa muatan tersebut untuk saling bertemu, berekombinasi untuk menghasilkan exciton dan mengemisikan cahaya. Sehingga ambipolar transistor bisa juga bekerja sebagai ambipolar light-emitting transistor [14–17], yang menggabungkan dua fungsi, yaitu fungsi current switching yang dimiliki transistor dan juga kemampuan untuk mengemisikan cahaya. Devais baru ini dapat menjadi alat baru untuk menghubungkan proses komputasi elektronik dan juga proses komputasi optika yang baru-baru ini mulai berkembang. Selain itu, keberadaan devais transistor ambipolar dan ambipolar light-emitting transistor memungkinkan untuk meninjau sifat dan mekanisme transpor hole dan elektron serta sifat photophysics-nya dalam waktu bersamaan. 3.

Nanocrystals dalam FET Nanokristal adalah material kristal tunggal yang memiliki ukuran nanometer seperti ditunjukkan oleh Gambar 5. Dikarenakan ukurannya yang sangat kecil, terjadi pengurungan (quantum conďŹ nement) fungsi gelombang elektron dan hole yang menyebabkan adanya diskritisasi energi elektron dan hole. Salah satu dampak penting dari quantum conďŹ nement ini yaitu adanya hubungan antara struktur elektronik dan ukuran nanokristal. Dalam semikonduktor, hal ini menyebabkan keadaan elektron dan hole dapat diatur dengan mengubah ukuran nanokristal. Selain itu, pada umumnya untuk menjaga nanokristal agar tetap bersifat stabil dan juga supaya dapat dilarutkan diperlukan molekul ligandd yang melindungi permukaan nanokristal. Kontrol yang baik terhadap permukaan nanokristal dapat menghilangkan midgap states yang disebabkan oleh atom yang tidak berikatan di permukaan (dangling bond). Hal tersebut menyebabkan berkurangnya kemungkinan terjadinya carrier trapping dan rekombinasi nonradiatif sehingga eďŹ siensi quantum dari sifat luminescence nanokristal semikonduktor meningkat (>80%)[7]. Dengan menggunakan nanokristal semikonduktor, diharapkan transistor yang dihasilkan memiliki performa yang baik dengan nilai mobilitas elektron dan hole yang cukup

buletin

Gambar 4 Beberapa koloid nanokristal semikonduktor (Reprinted (adapted) with permission from Ref. 7. Copyright 2010 American Chemical Society)

tinggi. Selain itu, dengan menggunakan nanokristal dalam FET memungkinkan dihasilkannya transistor melalui metode spin coating, inkjet printing, dip coating pada substrat plastik yang eksibel, proses suhu rendah, dan lain-lain. Kemudian, seperti yang disebutkan di atas, bergantungnya sifat nanokristal terhadap ukuran menjanjikan hal positif yaitu memungkinkan dihasilkannya transistor berbasis nanokristal yang dapat diatur sifat dan performanya dengan mengubah ukuran nanokristal. Namun, seperti yang disebutkan di atas, nanokristal menggunakan ligand agar tetap bersifat stabil. Akan tetapi karena pada umumnya ligand bersifat isolator, ligand dapat mengurangi transfer muatan antar nanokristal sehingga pada aplikasinya menyebabkan transistor yang dihasilkan memiliki mobilitas yang rendah. Oleh karena itu, ligand yang lebih pendek, tapi tetap dapat menjaga stabilitas nanokristal dan tidak menghambat transfer muatan antar nanokristal adalah salah satu faktor penting. Pada tahun 2005, transistor pertama berbasis nanokristal PbSe berhasil dibuat[18]. Umumnya, ligand yang digunakan adalah oleic acid, karena memudahkan untuk melarutkan nanocrystal pada pelarut organik. Akan tetapi, molekul ligand ini sangat panjang sehingga transistor yang dihasilkan tidak

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


topik hangat 6

Gambar 5 (a) Kurva transfer transistor berbasis nanokristal PbS dengan menggunakan beberapa jenis ligand, (b) proses fabrikasi transistor dengan menggunakan metode spin coating, dan (c) struktur transistor yang digunakan. (Reprinted (adapted) with permission from Ref. 20. Copyright (2013) Wiley VCH)

bekerja. Namun setelah oleic acid diganti oleh hydrazine dengan merendam film nanokristal ke dalam larutan 1 M N2H4 dalam acetonitrile, jarak antar nanokristal berkurang dari ~1.2 nm menjadi ~0.4 nm. Hal ini meningkatkan konduktivitas film nanokristal PbSe sebesar 10 orde. Setelah ditambahkan hydrazine, transistor bersifat tipe-n dengan rasio arus on/off sebesar ~2.5 x 103 untuk PbSe FET dan mobilitas 0.4 cm2V-1s-1 (linear) dan 0.7 cm 2 V -1 s -1 (saturasi). Ketika hydrazine dihilangkan, transistor berubah menjadi bersifat ambipolar dan menjadi tipe-p ketika seluruh hydrazine dihilangkan. FET bertipe-p yang dihasilkan meniliki mobilitas hole 0.12-0.18 cm2V-1s-1 dan rasio on/off 102. Hasil ini menunjukkan bahwa sifat transistor dapat diatur dengan memberikan perlakuan secara kimia. Perlakuan kimia dengan memberikan hydrazine juga telah berhasil diaplikasikan pada transistor berbasis nanokristal PbTe [19]. Setelah perlakuan tersebut, mobilitas elektron dan hole di daerah linear masing-masing yaitu ~0.95 dan ~0.15 cm2V-1s-1. Selain PbTe, pemberian hydrazine menyebabkan transistor berbasis nanokristal PbS memiliki mobilitas ~0.08 cm2V-1s-1 di daerah linear dan 0.12 cm2V-1s-1 di daerah saturasi.

Selain itu, transistor yang dihasilkan menunjukkan tipe-n. Akan tetapi, hydrazine adalah molekul yang tidak stabil serta berbahaya. Beberapa penelitian lain menunjukkan bahwa penggunaan berbagai molekul ligand yang berbeda dapat meningkatkan sifat transistor yang dihasilkan. Sebagai contoh, transistor berbasis nanokristal PbS memiliki mobilitas 3.8 x 10-5 cm2V-1s1 dan 1.8 x 10-5 cm2V-1s-1 masing-masing untuk hole dan elektron setelah menggunakan benzenedithiol (BDT)[1]. Kemudian, mobilitas hole dan elektron meningkat menjadi 1.7 x 10-3 cm2V-1s-1 dan 2.3 x 10-4 cm2V-1s-1 setelah menggunakan ethanedithiol (EDT). Selain itu, mobilitas hole dan elektron juga meningkat menjadi 2.7 x 10-3 cm2V-1s-1 dan 1.4 x 10-2 cm2V-1s-1 setelah menggunakan 3-mercaptoprepionic acid (3MPA). Gambar 6(a) menunjukkan kurva transfer transistor berbasis nanokristal PbS dengan menggunakan beberapa ligand[20]. PbS nanokristal yang digunakan adalah sama, yaitu memiliki ukuran 3.6 nm. Pada Gambar 6(a) ditunjukkan bahwa transistor yang menggunakan BDT memiliki arus drain terendah dan akumulasi elektron yang lebih baik daripada akumulasi hole. Pada transistor yang menggunakan EDT, akumulasi elektron berkurang walaupun memiliki arus drain yang lebih besar daripada transistor yang menggunakan BDT. Sedangkan pada transistor yang menggunakan 3MPA, ditunjukkan adanya keseimbangan antara akumulasi hole dan elektron dengan arus drain tertinggi namun dengan nilai rasio on/off terendah. Penggunaan gate oksida yang lebih tipis atau mengganti SiO2 dengan material yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi (high-k dielectric material) seperti HfO 2 dapat mengurangi tegangan kerja transistor. Kim dkk melaporkan [21] transistor berbasis nanokristal HgTe . Mereka mendapatkan mobilitas yang tinggi pada tegangan gate yang rendah dengan menggunakan high-k dielectric material. FET berbasis HgTe dengan menggunakan bottom gate SiO2 300 nm (ε ≈ 3.9) bersifat tipe-p dengan mobilitas, rasio on/off, dan VTh masingmasing yaitu 0.82 cm2V-1s-1, 103, dan 7.7 V. Namun dengan menggunakan material dengan konstanta dielektrik tinggi, 60 nm Al2O3 (ε ≈ 8.6), transistor bekerja pada tegangan yang lebih rendah. Transistor dengan struktur top gate tersebut memiliki rasio on/off dan VTh masing-masing yaitu 2 x 102 dan -2.2 V dengan mobilitas ~2.38 cm2V-1s-1. Selain itu, Kim dkk juga melaporkan FET berbasis nanokristal HgTe dengan tipe-p yang dibuat di atas substrat kaca dan plastik. Di atas kaca, mobilitas hole yaitu 1.06 cm2V-1s-1 (saturasi) dan 0.55 cm2V-1s-1 (linear). Sedangkan rasio on/off dan VTh masing-masing yaitu ~103 dan 0.2 V. Mobilitas hole pada nanokristal ini yang dibuat di atas substrat plastik polyethersulfone yaitu 1.20 cm2V-1s-1 (linear) dengan rasio on/off dan VTh masing-masing 103 dan 3.0 V

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


topik hangat 7

Gambar 6 (a) Kurva keluaran PbS FET dengan menggunakan ion gel berbasis ionic liquid [EMIM][TFSI]. (b) perbadingan kurva transfer dengan menggunakan dielektrik SiO2 dan ion gel berbasis ionic liquid [EMIM][TFSI].

5.

Prospek Riset Nanokristal FET ke Depan Tantangan terbesar bagi riset transistor nanokristal adalah bagaimana mendapatkan mobilitas yang sangat besar, seperti potensinya yang terdapat di material anorganik sembari menjaga keunikan sifat quantum confinement yang dimiliki material ini. Berbagai usaha dikeluarkan untuk meningkatkan mobilitas elektron atau hole dalam FET berbasis nanokristal. Salah satu masalah dalam FET berbasis nanokristal yaitu adanya dangling bond yang menyebabkan terbentuknya trap states [22]. Trap states ini mengakibatkan tegangan operasi FET menjadi sangat tinggi. Baru-baru ini dikenal suatu metode baru untuk mencapai tujuan tersebut, yaitu dengan menggunakan ionic liquid gating [23–25]. Ionic liquid digunakan untuk menggantikan SiO2 sebagai material dielektrik. Ketika tegangan gate diberikan pada ionic liquid, akan terbentuk nanokapasitor antara elektroda gate dan ionic liquid. Hal ini menyebabkan ionic liquid dapat mengakumulasi muatan dengan konsentrasi yang tinggi (kapasitansi sangat tinggi). Muatan dengan konsentrasi yang tinggi ini dapat mengisi trap states pada permukaan nanokristal sehingga tegangan operasi FET menjadi lebih rendah. Gambar 6 menunjukkan karakteristik I-V PbS FET dengan menggunakan ion gel berbasis ionic liquid 1-ethyl-3methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]). Ion gel terbentuk dengan mendispersikan ionic liquid ke dalam polymer yang sudah di-crosslinking sehingga didapati padatan yang memiliki konduktivitas ionic seperti halnya ionic liquid [26,27]. Seperti yang disebutkan di atas, dengan menggunakan ligand 3MPA mobilitas hole dan elektron juga meningkat menjadi 2.7 x 10-3 cm2V-1s-1 dan 1.4 x 10-2 cm2V-1s-1. Dengan menggunakan ionic liquid, mobilitas elektron dan hole masing-masing meningkat menjadi 1.91

buletin

cm2V-1s-1 dan 0.15 cm2V-1s-1 [20]. Selain itu, peningkatan mobilitas yang tinggi dapat dicapai hanya dengan menggunakan tegangan yang sangat rendah (V<1.5 V). Oleh karena itu, ionic liquid gating merupakan sebuah metode baru yang menjanjikan karena selain dapat meningkatkan mobilitas muatan dalam transistor, menyebabkan tegangan kerja transistor menjadi sangat rendah. Penelitian tentang penggunaan ionic liquid gating dalam nanokristal FET masih pada tahapan awal dan perlu dilakukan lebih lanjut untuk meningkatkan kinerja berbagai nanokristal FET. Selain itu, tingginya konsentrasi muatan yang dapat diakumulasikan oleh ionic liquid membuka jalan ke daerah baru dalam penelitian mengenai sifat fundamental nanokristal itu sendiri yaitu fenomena yang bisa terjadi pada nanokristal dengan konsentrasi muatan tinggi (high carrier concentration phenomena). Pertanyaan-pertanyaan yang akan timbul di masa yang akan mendatang antara lain: (i) apakah kita bisa mengisi level energi subband yang lebih tinggi pada nanokristal sebagai efek dari quantum confinement, dan bagaimana memanfaatkannya? (ii) apakah proses transpor muatan di thin film nanokristal bersifat sebagai transpor difusi band-like atau transpor hopping ? dan berapa tinggi mobilitas ultimate dari sistem ini? (iii) untuk material nanokristal tertentu, bisakah terjadi electronic phase transition [11,28] jika material ini didoping oleh jumlah pembawa muatan yang sangat besar? (iv) bagaimana korelasi antara mekanisme transpor elektron di nanokristal dengan pemanfaatan fenomena multiple exciton generation [29], yang merupakan salahsatu potensi dari material nanokristal untuk aplikasinya di sel surya yang sangat efisien? Referensi [1] K. Szendrei, et al, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 351806. [2]

K. Szendrei, et al, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1598–1605.

[3]

A. H. Ip, et al, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 577–582.

[4]

K. Szendrei, et al., Adv. Mater. 2009, 21, DOI 10.1002/adma.200801752.

[5]

T. Rauch, et al, Nat. Photonics 2009, 3, 332–336.

[6]

L. Sun, et al, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 369–373.

[7]

D. V. Talapin, et al, Chem. Rev. 2010, 110, 389–458.

[8]

N. Tomczak, et al, Prog. Polym. Sci. 2009, 34, 393–430.

[9]

C. Piliego, S. Z. Bisri, et al, Energy & Environmental Science, 2013 in press.

[10]

S. M. Sze, K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, 1999.

[11]

C. H. Ahn, et al, Rev. Mod. Phys. 2006, 78, 1185–1212.

[12]

F. Dinelli, et al, Adv. Mater. 2006, 18, 1416–+.

[13]

J. Zaumseil, H. Sirringhaus, Chem. Rev. 2007, 107, 1296–1323.

[14]

C. Rost, et al, Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 1613–1615.

[15]

J. Zaumseil, et al, Nat. Mater. 2006, 5, 69–74.

[16]

S. Z. Bisri, et al, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1728–1735.

[17]

S. Z. Bisri, et al, Adv. Mater. 2011, 23, 2753–2758.

[18]

D. V. Talapin, C. B. Murray, Science 2005, 310, 86–89.

[19]

J. J. Urban, et al, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3248–3255.

[20]

S. Z. Bisri, et al, Adv. Mater. 2013, doi: adma.201205041

[21]

H. Kim, et al, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 173107–173107–3.

[22]

M. Saba, et al, ACS Nano 2012, DOI 10.1021/nn305031k.

[23]

H. Yuan, et al, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1046–1053.

[24]

R. Misra, et al, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 052905–052905–3.

[25]

H. Y. Hwang, et al, Nat. Mater. 2012, 11, 103–113.

[26]

S. H. Kim, et al., Adv. Mater. 2012, n/a–n/a.

[27]

K. H. Lee, et al., Adv. Mater. 2012, 24, 4457–4462.

[28]

H. Y. Hwang, et al., Nat. Mater. 2012, 11, 103–113.

[29]

O. E. Semonin, et al., Science 2011, 334, 1530–1533.

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 8

Koherensi Fonon di dalam Carbon Nanotube dan Graphene G. D. Sanders, A. R. T. Nugraha, K. Sato, J.-H. Kim, J. Kono, R. Saito, C. J. Stanton, “Theory of coherent phonons in carbon nanotubes and graphene nanoribbons” J. Phys. Cond. Mat. 25, 144201 (2013), University of Florida, USA; Tohoku University, Japan; Rice University, USA

Fonon merupakan keadaan kuantum dari getaran atomatom di dalam suatu kristal. Pergerakan atom pada dasarnya terjadi dengan fase yang acak antara satu atom dengan atom lainnya. Akan tetapi, jika suatu pulsa laser diberikan pada material dengan orde waktu yang sangat singkat (misalnya femtosekon, 10-15 s), atom-atom di dalam kristal tersebut dapat bergerak seiringan secara koheren dengan fase yang sama. Getaran ini terkait dengan pembangkitan fonon yang koheren (coherent phonon) sebagai hasil dari relaksasi pembawa muatan (elektron) yang tereksitasi ke pita konduksi yang kemudian berinteraksi dengan kisi-kisi kristal melalui interaksi elektron-fonon. Fonon yang koheren memenuhi persamaan osilator harmonik terkendali (driven harmonic oscillator). Carbon nanotube (CNT) dan graphene nanoribbon (GNR) dikenal memiliki sifat optoelektronik yang unggul berdasarkan struktur satu dimensinya. Selain itu, CNT dan GNR memiliki beberapa mode getaran yang terkait langsung dengan perubahan ukuran celah pita (bandgap) sehingga sifat elektroniknya dapat langsung dimodulasi. Mode getaran tersebut adalah RBM (radial breathing mode), yaitu getaran CNT pada arah diameter, dan RBLM (radial breathing like mode), yaitu getaran GNR pada arah lebarnya. Hal yang menarik dari mode RBM dan RBLM yang terbangkitkan secara koheren adalah respon awal dari material CNT dan GNR terhadap sinar laser yang diberikan. Baik CNT atau GNR dapat sama-sama memperbesar maupun memperkecil nilai diameter atau lebarnya masing-masing.

Respon awal diameter CNT dan lebar GNR ini secara unik dapat diprediksi apakah akan lebih dulu melakukan ekspansi (memperbesar diameter CNT / lebar GNR) atau lebih dulu melakukan kontraksi (memperkecil diameter CNT / lebar GNR). Prediksi tersebut dibuat melalui penerapan effective mass theory untuk menghitung nilai interaksi elektron-fonon. Dari hasil perhitungan diketahui bahwa gaya yang menjadi sumber getaran fonon koheren ini dapat bernilai positif (> 0) atau negatif (< 0) tergantung pada jenis struktur spesifik CNT (armchair / zigzag / chiral) dan GNR (armchair / zigzag), serta tergantung pula pada nilai energi laser yang diberikan pada material. Menariknya lagi, nilai positif atau negatif dari gaya sumber getaran tersebut disebabkan nilai matriks elemen interaksi elektron-fonon pada CNT dan GNR dapat bernilai positif dan negatif. Kejadian ini tidak ditemukan di material semikonduktor lain pada umumnya yang hanya memiliki nilai interaksi elektron-fonon yang positif. Ke depannya, sifat fonon yang koheren di dalam material CNT dan GNR merupakan potensi besar untuk diaplikasikan sebagai osilator berkecepatan THz. Oleh karena itu, pengetahuan mengenai respon awal material CNT dan GNR terhadap paparan laser dalam orde femtosekon menjadi sangat penting. A. R. T. Nugraha L i n k f u l l p a p e r : h t t p : / / i o p s c i e n c e . i o p . o rg / 0 9 5 3 8984/25/14/144201/ Kontak penulis: nugraha@flex.phys.tohoku.ac.jp

Pengaruh Ion Plasma Pada Lapisan Tipis SrRuO3: MetalInsulator Transition (MIT) F. Kurnia, O. T. Tambunan, B. W. Lee, J. Choi, J. Cho, B. H. Park, S.-B. Shim, J. Kim, J.-Y. Park, dan C. U. Jung “The Effect of Plasma Treatment on the Physical Properties of SrRuO3 Films on SrTiO3 Substrate” J. Phys. Soc. Jpn 82 (2013) 013706, Hankuk University of Foreign Studies, Korea Selatan; Kwangwoon University, Korea Selatan; Konkuk University, Korea Selatan; Korea Research Institute of Standards and Science, Korea Selatan; Ajou University, Korea Selatan.

Metal-insulator transition (MIT) adalah suatu fenomena dimana suatu material dapat mengalami perubahan tingkat konduktivitas yang cukup tinggi (103 S/m).  Bahasa awamnya, ada material tertentu yang bisa mengalami perubahan sifat dari insulator menjadi logam. MIT dapat disebabkan oleh beberapa faktor baik faktor internal (yang berasal dari sifat intinsik material itu sendiri) maupun faktor eksternal (yang berasal dari lingkungan luar yang mempengaruhi sifat material tersebut). SrRuO3 merupakan salah satu material dari kelompok ruthenates (Ru),

Srn+1RunO3n+1 yang memiliki aplikasi yang luas dalam teknologi lapisan tipis. SrRuO3 memiliki sifat ferromagnetik yang berbeda pada suhu rendah (2 K < T < TC) dan pada suhu tinggi (T > TC), lihat gambar 1(a). Hal ini disebabkan karena perbedaan re-orientasi spin elektron Ru 4d: (i) pada suhu rendah, nilai saturasi magnetiknya (MS) 1.4 B/Ru; (ii) pada suhu tinggi, MS 2 B/Ru. Selain memiliki sifat magnetik yang unik, SrRuO3 juga memiliki sifat konduktivitas yang baik, sehingga dapat digunakan sebagai elektroda dalam aplikasi

devais nano teknologi yang berbasis oxide perovskite

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 9

material. Pada kesempatan ini, kami mempelajari sifat dari lapisan tipis SrRuO3 yang ditumbuhkan secara koheren (c-axisoriented) di atas SrTiO3 (001) dengan menggunakan teknik pulsed laser deposition (PLD). Lapisan tipis SrRuO3 ini kemudian ditempatkan di dalam ruang plasma (plasma chamber) dengan menggunakan gas O2 dan H2 yang bersifat sebagai pertubasi eksternal yang dapat mempengaruhi sifat fisis dari SrRuO3 material, lihat gambar 1(b). Kami mengamati terjadinya fenomena MIT pada sampel yang telah dipengaruhi oleh ion-ion plasma (terutama gas H2). Nilai konduktivitas SrRuO3 jatuh hingga 100 kali lebih rendah dari nilai konduktivitas awalnya. Perubahan nilai konduktivitas ini disertai dengan perubahan nilai konsentrasi dari oxygen vacancy yang dapat diamati dengan pergeseran posisi peak SrRuO3 pada data X-ray diffraction. Hasil ini memperlihatkan suatu perubahan sifat fisis dari material SrRuO3 yang diakibatkan oleh faktor eksternal, dimana konsentrasi oxygen vacancy dapat dipengaruhi oleh ion-ion plasma. F. Kurnia Link full paper: http://jpsj.ipap.jp/link?JPSJ/82/013706/ Kontak penulis: fran.kurnia@yahoo.com

Gambar 1. (a) Perubahan sifat konduktivitas SrRuO3. TC 150 K sebagai temperatur Curie; (b) Lapisan tipis SrRuO3 yang dipengaruhi oleh ion-ion plasma (O2 dan H2).

Penumbuhan nanostruktur ZnO di atas beberapa lembar graphene dengan metode hidrotermal Y-J. Kim1, Hadiyawarman2, A. Yoon3, M. Kim3, G-C. Yi3, C. Liu2, “Hydrothermally grown ZnO nanostructures on few-layer graphene sheets” Nanotechnology 22 (2011) 245603, 1 Pohang University of Science and Technology, 2Hankuk University of Foreign Studies, 3Seoul National University

Gambar 1. Nanostruktur ZnO hanya tumbuh pada permukaan grafin, tidak pada permukaan SiO2.

Artikel ini mendeskripsikan penumbuhan nanostruktur ZnO di atas beberapa lembar graphene dengan menggunakan metode hidrotermal dan disertai dengan analisa struktur kristal nano dan sifat optik dari ZnO tersebut. Proses penumbuhan nanostruktur ZnO ini dilakukan secara langsung di atas beberapa lembar grafin tanpa menggunakan seed atau buffer

buletin

layer dengan metode yang sangat mudah, yaitu metode hidrotermal. Keunggulan metode hidrotermal ini adalah biaya produksi yang rendah dan prosesnya menggunakan temperatur rendah (< 100oC), sehingga cocok digunakan untuk memproduksi piranti optoelektronik yang transparan dan fleksibel. Selain itu, artikel ini juga mendeskripsikan kemampuan untuk mengontrol dimensi/ukuran, kerapatan, serta morfologi nanostruktur ZnO tersebut dengan memvariasikan beberapa parameter penumbuhan, seperti temperatur penumbuhan, molaritas larutan, serta derajat keasaman (pH) larutan. Perubahan nanodisk menjadi nanorod, misalnya, dapat diatur dengan mengubah temperatur penumbuhan. Sedangkan nanoflower dapat dihasilkan dengan mengubah derajat keasaman larutan (pH). Selanjutnya, struktur kristal dan sifat optik ZnO ini pun dipelajari dengan menggunakan transmission electron microscope (TEM) dan pengukuran sifat photoluminescence beserta electroluminescence-nya. Hasil pengamatan struktur

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 10

kristal ZnO menggunakan TEM menunjukkan bahwa nanostruktur ZnO yang dihasilkan dengan menggunakan metode hidrotermal bersuhu rendah ini adalah kristal tunggal sempurna tanpa dijumpai adanya cacat/defect. Lebih lanjut hal ini juga dikonfirmasi oleh hasil pengukuran photoluminescence dan electroluminescence. Dari kedua pengukuran tersebut diperoleh data bahwa spektrum yang dihasilkan dari nanostruktur ZnO didominasi oleh excitonic emission dan tanpa disertai deep-level emission yang merupakan ciri emisi yang berasal dari cacat kristal atau

defect. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa nanostruktur ZnO yang memiliki struktur single kristal dan sifat optik yang sangat baik untuk keperluan piranti optoelektronik yang transparan dan fleksibel, dapat dihasilkan dengan menggunakan metode yang sederhana. Hadiyawarman Link full paper : h t t p : / / i o p s c i e n c e . i o p . o r g / 0 9 5 7 4484/22/24/245603/ Kontak penulis : warman310@gmail.com

Teknologi Inkjet Printing Sebagai Teknologi Alternatif dalam Fabrikasi Terahertz Metamaterial H. T. Yudistira, V. D. Nguyen, S. B. Q. Tran, T. S. Kang, J. K. Park, D. Byun, “Retreat behavior of a charged droplet for electrohydrodynamic inkjet printing”, Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 083501. Department of Aerospace and Information Engineering, Konkuk University, 1 Hwayang-Dong, Kwangjin-Gu, Seoul 143701, Republic of Korea

Saat ini banyak para peneliti melakukan penelitian untuk menginvestigasi sifat gelombang elektromagnetik pada metamaterial. Metamaterial adalah struktur material yang dapat memanipulasi gelombang elektromagnetik sehingga metamaterial ini bisa memiliki index bias negatif atau nilai index bias yang sangat tinggi, bergantung strukturnya. Sehingga bisa didapati “material yang tidak kelihatan pada panjang gelombang tertentu. Sifat-sifat tersebut tidak dimiliki oleh material yang dijumpai di alam semesta. Terahertz metamaterial memiliki keterbatasan dibandingkan metamaterial yang aktif pada frekuensi gelombang optik visibel dan gelombang mikro. Keterbatasan ini dikarenakan oleh sulitnya dalam pendeteksian terahertz metamaterial. Saat ini ada beberapa teknologi fabrikasi yang berkembang untuk pembuatan terahertz metamaterial. Kondisi terkini, fleksibel absorber terahertz metamaterial untuk aplikasi pesawat siluman dan metamaterial dengan refractive index yang tinggi telah didemonstrasikan. Hal yang terpenting dalam metamaterial adalah desain unit cell harus lebih kecil daripada panjang gelombang gelombang elektromagnetik. Untuk terahertz metamaterial ukuran unit cell nya adalah sekitar sub micron. Metamaterial dapat diperhatikan sebagai media yang homogen untuk gelombang elektromagnetik. Struktur unit metal cell pada permukaan metamaterial dapat memberikan respon medan

listrik dan respon medan magnet sesuai dengan yang kita harapkan dengan mengatur desain struktur unit cell tersebut. Dalam kehidupan sehari-hari, terahertz metamaterial biasanya difabrikasi dengan menggunakan photo-lithography, electron-beam lithography (EBL), focused ion beams (FIB) writing, dan electron-beam evaporation. Diantara semua teknologi fabrikasi yang digunakan, photolithography merupakan teknologi fabrikasi yang sering digunakan untuk fabrikasi terahertz metamaterial. Photolithography membutuhkan mask untuk membuat struktur yang bagus dan kecil, sedangkan EBL dan FIB tidak membutuhkan mask untuk membuat struktur yang bagus dan kecil. Semua teknologi tersebut membutuhkan biaya yang tinggi dan perawatan peralatan yang kompleks. Metode FIB dapat merusak dan memberikan kontaminasi pada permukaan sampel. Isu yang paling utama dalam proses fabrikasi

Gambar 1 Pembanding antara photolithography dengan teknologi inkjet printing

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 11

metamaterial adalah fabrikasi dalam jumlah besar, biaya yang tinggi, kontaminasi sampel dan eďŹ siensi waktu. Teknologi printing dapat menjadi kandidat paling utama jika teknologi ini dapat menghasilkan resolusi yang tinggi yang dibutuhkan oleh metamaterial. Saat ini teknologi printing sudah memberikan hasil yang luar biasa dalam fabrikasi metamaterial. Teknologi printing memiliki keuntungan tidak membutuhkan mask, dapat mengurangi biaya fabrikasi, langkah fabrikasi yang sederhana, tidak membutuhkan

banyak material, memungkinkan untuk fabrikasi dengan desain yang kompleks, dan dapat untuk fabrikasi multi lapisan. Hadi Teguh Yudistira Link full paper: http://apl.aip.org/resource/1/applab/v98/i8/p083501_s1 Kontak penulis: Hadi Teguh Yudhistira (Sungkyunkwan University, Korea)

Demonstrasi Pandu Gelombang Plasmon on-chip berdasarkan platform silicon-on-insulator L. Y. M. Tobing, L. Tjahjana, D. H. Zhang, â&#x20AC;&#x153;Demonstration of low-loss on-chip integrated plasmonic waveguide based on simple fabrication steps on silicon-on-insulator platformâ&#x20AC;? Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 041117, Nanyang Technological University, Singapore

Gambar 1 . Pandu gelombang plasmon yang ter-integrasi dengan pandu gelombang SOI.

Surface plasmon polariton (SPP) adalah mode propagasi cahaya pada interface metal-dielektrik yang dihasilkan dari interaksi antara gelobang elektromagnetik dengan osilasi kolektif plasma electron dalam metal. Pandu gelombang plasmon (plasmonic waveguide) diatas chip (on-chip) telah mengundang banyak perhatian karena kemampuan nya untuk melokalisasi cahaya dalam skala lebih kecil dari panjang gelombang (subwavelength conďŹ nement), yang dapat dipakai untuk memberikan device integration density yg jauh lebih besar dibandingkan dengan pandu gelombang dielektrik yang dimensinya dibatasi oleh total internal reďŹ&#x201A;ection. Lebih lagi, fakta bahwa pandu gelombang plasmon yang dapat mengurung cahaya dalam dimensi yang sangat kecil dapat dipakai untuk meningkatkan interaksi antara cahaya dengan materi, yang sangat berguna untuk mewujudkan piranti optik aktif dengan energi threshold rendah. Berbagai tantangan untuk merealisasikan pandu gelombang plasmon adalah loss propagasi yang jauh lebih besar dari loss pandu gelombang dielektrik, dan dalam mencari platform yang dapat akomodasi persyaratan untuk

buletin

pandu gelombang plasmon on-chip. Dalam hal ini, silicon-oninsulator (SOI) adalah platform yang cocok untuk memenuhi 2 syarat tersebut dikarenakan oleh teknologi fabrikasi CMOS yang sudah dewasa dalam fabrikasi chip dan juga pandu gelombang dielektrik, dan juga karena kemungkinan integration yang lebih realistis dibandingkan dengan pandu gelombang plasmon yang berdasarkan sistem material yang lain. Sejauh ini pandu gelombang berdasarkan teknologi SOI sudah di demonstrasikan dengan loss propagasi sangat rendah (2-3dB/cm) dengan lebar penampang berskala submikron. Dalam jurnal ini, kami menunjukkan fabrikasi pandu gelombang plasmon yang dapat dengan mudah di integrasi kan dengan pandu gelombang dielektrik, yang ditunjukkan di Gambar 1. Pandu gelombang SOI dalam jurnal ini difabrikasi dengan bantuan ePIXfab yang memakai teknologi deepultraviolet lithography (DUV Lithography) berdasarkan panjang gelombang 193 nm. Pandu gelombang SOI didalam proyek ini mempunyai lebar 450 nm dan ketebalan 220 nm, dengan loss propagation dibawah 2dB/cm. Kemudian pandu gelombang plasmon di realisasikan dengan cara melancipkan pandu gelombang SOI dari 450 nm menuju lebar pandu gelombang plasmon menurut design, berkisar 150-250 nm. Dengan menggunakan dimensi di atas, pandu gelombang SOI hanya dapat mendukung mode propagasi dengan arah medan listrik di arah horizontal. Ini cocok dengan kriteria propagasi plasmon yang hanya mungkin jika arah medan listrik tegak lurus dengan interface metal-dielektrik (mode karakteristik kedua pandu gelombang ditunjukkan di Gambar 2). Dalam hal ini, pandu gelombang plasmon di wujudkan dengan cara membuat bukaan di bagian waveguide yang lancip dan kemudian deposisi emas konformal terhadap silicon supaya dinding dan atap silicon tertutup secara merata dengan emas. Ketebalan emas dalam hal ini perlu lebih besar dari skin-depth emas, yang dalam hal ini berkisar ~23 nm untuk panjang gelombang telekomunikasi = 1550 nm. Dalam hal ini, ketebalan emas sekitar 40 nm sudah cukup

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 12

untuk memungkinkan propagasi plasmon. Karakterisasi loss propagasi pandu gelombang plasmon menunjukkan loss propagasi sebesar 0.2±0.08 dB/μm (wP = 150 nm), 0.32±0.06 dB/μm (wP = 200 nm), dan 0.48±0.12 dB/μm (w P = 250 nm). Besaran loss tersebut memasuki loss terendah untuk kelas pandu gelombang plasmon berdasarkan geometri metalinsulator-metal (0.2-0.3dB/μm). L. Y. M. Tobing Link full paper: http://apl.aip.org/resource/1/applab/v101/i4/p041117_s1 Kontak penulis: ltobing@pmail.ntu.edu.sg

Gambar 2. Karakteristik mode propagasi pandu gelombang plasmon dan SOI.

Strategi untuk membentuk hollow silica nanoparticles tanpa keberadaan mesopore menggunakan peran dari colloidal surface charges, ketimbang surfaktan A.B.D. Nandiyanto, Y. Akane, T. Ogi, K. Okuyama, "Mesopore-Free Hollow Silica Particles with Controllable Diameter and Shell Thickness via Additive-Free Synthesis" Langmuir 28 (2012) 8616 Universitas Pendidikan Indonesia, Indonesia; Hiroshima University, Japan

nanoparticle ini. (1) Nandiyanto et. al., telah menemukan cara baru untuk memproduksi hollow silica particles, tanpa menggunakan aditif (Gambar 1). Gambaran mudah dari metode Nandiyanto adalah sumber material silica dikombinasikan dengan template inti menggunakan teknik liquid-phase synthesis Gambar 1. Rangkuman sintesis mesopore-free hollow silica beserta kinerjanya. Gambar konvensional. Untuk diadopsi dari referensi (1 dan 2). membuat coating silica secara Sintesis hollow silica particles telah menarik banyak penuh pada permukaan template core, Nandiyanto et. al., perhatian karena partikel ini berguna untuk banyak aplikasi mengeksploitasi efek muatan listrik pada template. Untuk (seperti insulator termal dan devais optik, komponenmembuat halus permukaan silica, amino acid yang bersifat komponen untuk kromatografi, pelindung untuk enzim dan basa (seperti lysine) digunakan sebagai katalis. protein, pembawa molekul obat, zat warna, tinta, photonic Hasil eksperimen menunjukkan bahwa hollow particles crystals, sel buatan, pembuangan limbah and sistem pelepasan bisa diproduksi tanpa aditif hanya jika komponen core dan biomolekular besar). Akan tetapi, metode preparasi yang ada kulitnya memiliki muatan listrik yang cukup dan saling sekarang sangat bergantung kepada penggunaan zat-zat aditif berlawanan untuk menyebabkan gaya tarik-menarik. Jika (seperti polimer, surfaktan, garam, dll) untuk menghubungkan interaksi tarik-menarik tersebut tidak cukup kuat, material terluarnya dengan komponen inti yang berada di pembentukan hollow particle tidak akan berhasil. (2) dalamnya. Dan juga, zat aditif tersebut kadang menyebabkan Karena proses ini dilakukan tanpa menggunakan aditif, formasi struktur mesoporous pada material terluarnya. partikel silica dapat tumbuh dengan sempurna di permukaan Struktur mesoporous ini dapat menyerap bahan-bahan kimia komponen inti, menghasilkan cangkang silica yang halus yang pada akhirnya mengurangi performa hollow tanpa struktur mesoporous. Cara-cara untuk mengontrol

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 13

diameter luar nanoparticle, struktur cangkang dan juga ketebalan cangkang tersebut juga dilaporkan di makalah yang ditulis Nandiyanto. Menariknya, semua partikel dapat dikontrol hanya dengan mengatur diameter dari template core, muatan listrik dari template, dan komponen reaktannya (yaitu jumlah dari bahan silica and katalis). Hollow nanoparticles baru ini telah digunakan untuk berbagai kegunaan terutama untuk insulasi termal dan pada devais optik karena adanya tendensi untuk tidak menyerap molekul besar. Hal ini telah dikonfirmasi dengan analisis penyerapan nitrogen dan molekul besar. Juga pengembangan dari metode ini akan sangat efektif terutama dalam produksi material ini secara lebih efisien, yaitu menghasilkan material dengan performa yang tinggi tetapi menggunakan lebih sedikit bahan baku. Asep Bayu Dani Nandiyanto

Referensi: (1) Nandiyanto, A.B.D., Y. Akane, T. Ogi, and K. Okuyama: Mesopore-Free Hollow Silica Particles with Controllable Diameter and Shell Thickness via Additive-Free Synthesis, Langmuir, 28(23), 8616-8624 (2012). (2) Nandiyanto, A.B.D., T. Iwaki, T. Ogi, and K. Okuyama: Mesopore-free Silica Shell with Nanometer-scale Thicknesscontrollable on Cationic Polystyrene Core, J. Colloid Interf. Sci., 389, 134-146 (2013) Link full paper: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la301457v Kontak penulis: nandiyanto@upi.edu

Mencari “Jejak” Spin Inti M. H. Fauzi, S. Watanabe, and Y. Hirayama, “Microscopic characteristics of dynamic nuclear polarization and selective nuclear depolarization at the ν = 2/3 spin phase transition” Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 162105. Dept. of Physics, Tohoku University, Japan

Nuclear magnetic resonance (NMR) tidak diragukan lagi telah menjadi salah satu standar teknik karakterisasi fisik atau kimia suatu material. Bahkan teknik NMR rutin digunakan di berbagai rumah sakit untuk mengambil citra struktur tubuh pasien. Salah satu kunci penting teknik NMR terletak pada kemampuan untuk mendeteksi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan olek spin inti dari material yang diteliti. Umumnya alat pendeteksi itu berupa koil yang dililitkan sepanjang material yang sedang ditinjau. Tentu saja besarnya pancaran gelombang elektromagnetik ini bergantung pada jumlah spin inti dalam material tersebut. Berapakah jumlah spin inti minimal yang dibutuhkan agar pancaran gelombang elektromagnetiknya cukup untuk dideteksi oleh koil? Sejauh ini state of the art NMR membutuhkan minimal 1018 spin inti. Meskipun angka tersebut mudah dicapai untuk ukuran material dengan volume yang besar (diatas 1 mm3), namun tidak begitu halnya dengan material khusus berstruktur rendah seperti quantum well yang hanya memiliki total spin inti sekitar 1014 atau kurang. Untuk mengatasi kelemahan teknik NMR selama ini, grup kami di universitas Tohoku mengembangkan teknik baru untuk mendeteksi spin inti seperti Gallium dan Arsenic yang terkurung di sumur potensial selebar 20 nanometer. Alih-alih menggunakan koil untuk mendeteksi spin inti, kami menggunakan domain elektron yang terbentuk di quantum Hall ferromagnet filling 2/3. Angka 2/3 merujuk pada jumlah quantum states yang terisi oleh elektron di Landau level terendah. 2/3 ini memiliki sifat yang unik. Pertama, 2/3 memiliki dua konfigurasi spin yakni 0% polarisasi dan 100% polarisasi, bergantung pada medan magnet dan kerapatan electron dalam sumur kuantum. Kedua, pergantian

buletin

konfigurasi spin elektron dari 0% ke 100% diikuti oleh transisi fasa orde pertama. Transisi inilah yang membuat keadaan elektron menjadi “special” karena terbentuknya domaindomain elektron di sumur kuantum. Transisi ini terlihat dengan terlihatnya puncak di longitudinal resistance Rxx (lihat kurva garis-garis di gambar 1). Dengan terbentuknya domain-domain tersebut, interaksi antara elektron dan spin inti menjadi kuat sehingga dimungkinkan terjadinya pertukaran momentum spin inti dan elektron di sekitar domain walls. Dengan begitu “jejak” spin inti bisa kita dapatkan seperti terlihat di inset gambar 1 (panah merah) terlacak di frekuensi 54.20 Mhz. Lembah yang ditunjukkan oleh panah biru di frekuensi 54.18 MHz merupakan “ekses” dari domain elektron dengan polarisasi 100%. Dalam terminologi NMR, “ekses” tersebut dinamakan Knight shift. Bagaimana spin inti terpolarisasi? Pertanyaan ini yang penulis coba jawab di paper yang dipublikasi di Applied Physics Letters. Walaupun proses transfer momentum antar

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

Gambar 1. Sinyal NMR dari spin inti Arsen.


kilas riset 14

spin di sepanjang domain terjadi secara acak, namun penulis menemukan bahwa spin inti “up” terpolarisasi lebih banyak di sekitar domain 0%, sedangkan spin inti “down” lebih banyak terpolarisasi di sepanjang domain 100%. Hasil ini memungkinkan kita untuk mendepolarisasi salah satu spin inti. Sebagai penutup, teknik NMR yang dikembangkan grup kami membuka jalan untuk mempelajari lebih lanjut eksotisme elektron di quantum Hall system seperti kristalisasi

spin elektron di filling 1 yang masih menjadi perdebatan hangat hingga sekarang, atau dinamika spin inti dan elektron secara umum. Kedepan dengan teknik yang terus disempurnakan, dimungkinkan untuk mengontrol ensemble spin inti untuk dijadikan salah satu basis quantum bits. M. Hamzah Fauzi Link full paper: http://dx.doi.org/10.1063/1.4761955 Kontak penulis: hamzahfauzi@gmail.com

Pengontrolan konduktansi senyawa asymmetricdiarylethene dengan cahaya. Arramela, T.C. Pijperb, T. Kudernacb,c, N. Katsonisb,c, M. van der Maasd, B. L. Feringab, B. J. van Weesa. “Reversible Light Induced Conductance Switching of Asymmetric Diarylethenes on Gold: Surface and Electronic Studies” Nanoscale, (2013), DOI: 10.1039/C3NR00832K a Physics of Nanodevices, Zernike Institute for Advanced Materials,University of Groningen, Belanda; bStratingh Institute for Chemistry, University of Groningen, Belanda; cMESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente, Belanda; d Institute for Molecules and Materials, University of Nijmegen, Belanda.

Seiring komponen elektronik yang terus mengecil ukurannya, maka alternatif pengganti material silikon sebagai pondasi dasar industri Complementary Metal Oxide semiconductor (CMOS) menjadi target utama para ilmuwan. Molekul organik menjadi daya tarik tersendiri sebagai alternatif salah satu elemen elektronik. Dilihat dari segi ukurannya yang sangat kecil berkisar antara 1-4 nm, proses integrasi pada permukaan yang terjadi secara spontan, serta tingkat kesediaannya yang tinggi. Khususnya, senyawa yang memiliki fungsionalitas sebagai switchable electronic device telah memiliki daya tarik tersendiri dalam komunitas “molecular electronics”. Tujuan dari riset molecular electronic adalah bagaimana mengintegrasikan satu atau beberapa switchable molecules menjadi komponen aktif di alat elektronik dapat direalisasikan. Sehingga, harapan ke depan adalah adanya output berupa alat elektronik berbasis molekul yang memiliki perfomansi sepadan dengan alat elektronik berbasis silikon, dan efisien karena ditunjang oleh “hanya” satu atau beberapa molekul organik. Molekul photochromic adalah molekul yang dapat diubah dari satu state ke state lainnya secara selektif dengan penerapan cahaya tertentu. Tiap state ini dibedakan oleh fitur spektrum absorpsi ketika molekul disinari oleh sinar UV atau tampak. Alhasil, perbedaan sifat dan karakter fisik molekul dapat dikategorikan menjadi dua: ON state dan OFF state (Gambar 1(a)). Kondisi ON dinyatakan apabila elektron terkonjugasi dapat dihantarkan dari satu bagian molekul ke sisi lainnya. Sedangkan OFF state diasosiasikan sebagai “jembatan penghubung”. Sehingga, arus elektron tidak dapat mengalir apabila konfigurasi molekul berada pada state ini. Salah satu contoh photochromic molecule adalah assymetric-diarylethene (As-DE). Molekul ini memiliki

keunikan dimana fitur cross-conjugation dapat diamati pada kedua state. Modifikasi alur konjugasi elektron ini dapat disintesis menggunakan pendekatan strategi bottom up molecular architecture yang bertujuan untuk menguji apakah pengamatan fitur photo-switching dapat dibandingkan dengan molekul symmetric-Diarylethene terdahulu. Pada paper ini, kami telah menunjukkan bahwa aktivitas photo-switching As-DE dapat diamati dan direkam dalam beberapa siklus konversi ON-OFF states menggunakan scanning tunneling microscopy (STM) pada suhu ruang. Konfigurasi eksperimen dapat diamati pada gambar 1(b) dimana molekul insulator (Dodecanethiol) digunakan sebagai “matrix” untuk menahan As-DE selama pengukuran STM. (a)

(b)

Gambar 1. Molekul Diarylethene dan Dodecanethiol. (a) Definisi kondisi ON dan OFF dari molekul diarylethene. (b) Skema geometri pengukuran Self-assembled monolayers dari molekul Diarylethene dan dodecanethiol menggunakan STM.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 15

Keberadaan As-DE molekul dapat dibedakan dari molekul dodecanethiols fitur intrinsik pada ON state teramati oleh STM sebagai “bright spot” yang dapat distimulasi ke OFF state dengan sinar tampak. Proses kebalikan dapat dilakukan dengan menyinari molekul dengan sinar UV. Esensi perubahan ini disebabkan adanya perubahan alur konjugasi elektron sesuai dengan penggunaan cahaya tertentu yang menyiratkan bahwa sifat photochromic molekul sangat spesifik untuk panjang gelombang tertentu. Salah satu hasil percobaan ini dapat dilihat pada gambar 2. Scanning tunneling spectroscopy digunakan untuk mempelajari karakter elektronik dari molekul As-DE. Pengukuran ini menghasilkan nilai HOMO- LUMO) gap AsDE sebesar 2.24 eV. Studi ini menunjukkan bahwa STM dapat berfungsi bukan hanya sebagai alat karakterisasi, namun juga sebagai alat ukur untuk single molecule dengan skala akurasi pada level nano. Arramel Gambar 2. Perubahan fitur cahaya-terkontrol konduktansi assimetrik diarylethene diamati secara real time menggunakan teknik STM. Runutan (a)-(r) menunjukkan keberadaan fitur molekul yang terdeteksi pada gambar STM dengan penggunaan sinar cahaya tertentu. (s) Skema perubahan apparent height sebagai fungsi waktu.

Link full paper: http://pubs.rsc.org/En/content/articlelanding/2013/NR/C3N R00832K Kontak penulis: arramel@nims.go.jp

Ambipolar Transistor dari Jejaring Carbon Nanotubes yang murni S.Z. Bisri, J. Gao, V. Derenskyi, W. Gomulya, I. Iezhokin, P. Gordiichuk, A. Herrmann, M. A. Loi. “High Performance Ambipolar Field-Effect Transistor of Random Network Carbon Nanotubes” Advanced Materials, (2012), DOI: 10.1002/adma.201202699 Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, Belanda.

Field-effect transistor (FET) berbasiskan single-walled carbon nanotubes semikonduktor (sSWNT) adalah salah satu komponen yang paling menjanjikan untuk generasi perangkat elektronik baru yang supercepat. Di antara bahan berbasiskan nanocarbon yang memiliki mobilitas pembawa muatan yang sangat tinggi, sSWNT adalah satu-satunya yang berkarakter semikonduktor. Bandgap energy sSWNT (~ 0,7 eV) sangatlah kompatibel untuk diintegrasi dalam rangkaian logika, karena memungkinkan FET sSWNT untuk dimatikan (switch-off). Hal ini yang tidak bisa dimiliki oleh graphene yang bersifat metallic. Namun, proses pembuatan sSWNT FET adalah tantangan besar. Sampai saat ini, kinerja tinggi devais ambipolar yang menggabungkan mobilitas dan rasio on/off yang tinggi hanya dapat dicapai oleh sSWNT yang ditumbuhkan langsung oleh proses chemical vapor deposition (CVD) pada suhu tinggi (~ 900K) di atas substrat konvensional. Selain itu, electron beam lithography harus digunakan untuk membuat elektroda pada sSWNT tersebut (baik nanotube tunggal atau jejaring nanotube). proses ini mahal, boros energy, dan tidak cocok untuk pembuatan devais berskala banyak dan integrasi pada flexible electronics.

buletin

Gambar 1. Transistor jejaring carbon nanotube dengan nanotube yang disortir menggunakan polimer. Kemampuan untuk memdispersikan SWNTs dalam air dan pelarut organik memungkinkan untuk membuat devais menggunakan proses berbasiskan larutan. Teknik-teknik berbasiskan larutan seperti drop-cast, self-assembly

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


kilas riset 16

(a)

(b)

Gambar 2. (a) Sifat output dari transistor tersebut dan citra mikroskopi atomic dari jejaring nanotube tersebut. (b) Perbandingan kinearja devais yang dihasilkan dengan devais-devais nanotube lainnya yang berbasiskan jejaring nanotube juga.

(evaporated, Langmuir-Blodgett, DNA-assisted), dan inkjet printing, bisa digunakan untuk membuat devais berskala banyak dan besar pada suhu ruang sehingga memudahkan proses integrasi. Namun, masih banyak tantangan untuk mencapai kinerja yang sebanding dengan yang bisa dicapai oleh FET sSWNT "ideal" yang dibuat dengan metode CVD. Secara umum, devais yang dihasilkan oleh proses berbasiskan larutan memiliki mobilitas pembawa rendah karena sedikitnya SWNT pada channel FET dan orientasi jejaring nanotube yang acak. Meskipun beberapa mobilitas muatan bisa ditingkatkan dengan menambah kepadatan nanotube atau dengan meluruskan SWNTs pada ďŹ lm, devais tersebut memiliki rasio on/off yang rendah karena keberadaan sisa nanotube yang bersifat metallic. Dan hal ini sangat serius terlebih pada devais transistor yang sangat pendek. Oleh karena itu, memurnikan larutan sSWNT dari nanotube lain yang bersifat metallic yang tersisa sangatlah penting.

Beberapa laporan terbaru menunjukkan bahwa polimer terkonjugasi (misalnya poli-9,9-di-n-oktyl-ďŹ&#x201A;uorenyl-2,7-diyl (PFO)) dapat digunakan secara efektif untuk menyeleksi sSWNT, karena struktur terkonjugasinya dapat berinteraksi kuat dengan nanotube. Namun, untuk membuat perangkat berkinerja tinggi dari dispersi sSWNT yang disiapkan seperti ini masih sangatlah sulit. Hal tersebut dikarenakan sisa polimer baik yang membungkus nanotube tersebut, maupun yang tersisa di larutan akan mempengaruhi kinerja devais tersebut. Sehingga konsentrasi polimer harus ditekan seminimal mungkin. Paper ini menunjukkan metode yang scalable dan eďŹ sien untuk mempersiapkan dispersi sSWNT dengan kemurnian yang tinggi, di mana polimer yang berlebih dapat dibuang secara efektif. Devais FET sSWNT yang dihasilkan memiliki kinerja yang sangat tinggi yaitu, bersifat ambipolar sehingga dua jenis pembawa muatan hole dan electron bisa dimanfaatkan, memiliki mobilitas elektron mencapai 3 cm2/V.s, dengan rasio on/off mencapai 106. Kinerja ini dicapai walaupun jejaring nanotube dalam FET dengan panjang channel transistor ini sangat pendek (5 mikrometer). Jika dilakukan perbandingan kinerja FET ambipolar kami dengan transistor nanotube lainnya, bisa terlihat betapa tingginya kinerja yang dicapai, seperti bisa dilihat pada gambar 2b. Di situ bisa dibandingkan nilai mobilitas hole dan on/off rasio. Sebagian besar devais yang dibuat oleh peneliti lain jarang menunjukkan karakteristik transpor ambipolar. Dari Gambar. 2b, jelas terlihat bahwa FET (ditandai dengan titik merah) yang dihasilkan menunjukkan kinerja yang sangat baik dengan menggabungkan rasio on/off yang tinggi dengan nilai-nilai mobilitas yang tinggi untuk hole dan elektron, menempatkan devais ini termasuk yang tertinggi untuk transistor berbasiskan jejaring nanotube yang acak. Dari perbandingan ini, menjadi jelas bahwa kedua pengayaan dan teknik pemurnian untuk sSWNT menggunakan polimer terkonjugasi adalah cara yang paling eďŹ sien untuk menghasilkan devais SWNTs berkinerja tinggi dari proses berbasiskan larutan. Pemanfaatan tinta nanotube ini masih dapat dioptimalkan dengan mengkombinasikan berbagai teknik proses fabrikasi devais yang lebih baik (misalnya meluruskan nanotube dalam jejaring, penyortiran panjang, teknik gating yang lebih maju seperti ionic liquid gating atau high-k, teknik pasivasi untuk melindungi devais dari pengaruh lingkungan, ink-jet printing, dll) di masa yang akan datang. Satria Zulkarnaen Bisri & Widianta Gomulya Link full paper: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202699 /abstract http://wp.me/a2ugw-2Q (full text gratis - author privilege) Kontak penulis: s.z.bisri@rug.nl

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 17

Simulasi Material dengan Quantum Espresso 1

2

Muhammad Haris Mahyuddin dan Listra Yehezkiel Ginting 1 2

Program Studi Teknik Fisika-Energi, Surya University, Indonesia. Laboratorium Komputasi Desain Material, Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

Kontak penulis: haris.mahyuddin@surya.ac.id

Menentukan perangkat lunak yang tepat sebelum memulai kalkulasi untuk menyelesaikan permasalahan mekanika kuantum adalah sangat penting agar kalkulasi yang dilakukan dapat berjalan dengan cepat dan hasilnya akurat. Dalam tutorial kali ini akan dijelaskan salah satu perangkat lunak berbasiskan density functional theory (DFT), plane wave (PW) atau gelombang bidang, dan pseudopotential (PP), yaitu Quantum Espresso. Quantum Espresso (QE) adalah alat hitung struktur elektronik suatu sistem/model material. Kelebihan yang dimiliki QE adalah basis DFT yang tidak secara langsung memecahkan mekanika kuantum sehingga kalkulasi akan lebih efisien, basis PW yang memungkinkan sebuah sistem besar diwakilkan pada sebuah sistem kecil (memanfaatkan sifat periodik gelombang bidang) sehingga kalkulasi akan semakin cepat, dan basis pseudopotential yang tidak menyertakan perhitungan energi potensial inti atom tapi kulit atomnya saja sehingga memungkinkan kalkulasi yang semakin cepat. I. INSTALASI Dengan menggunakan prosesor Intel dan sistem operasi Linux Ubuntu, cara instalasi QE adalah sebagai berikut: 1. Pastikan komputer anda terhubung dengan internet. 2. Download versi terbaru QE di http://www.quantum-espresso.org/download 3. Buka terminal konsol dengan cara mencari dan mengklik program “terminal” pada menu utama Ubuntu 4. Instal intel fortran compiler (ifort) dan intel C++ compiler (icc)  Ketik perintah berikut sudo apt-get update sudo apt-get install build-essential

Download ifort dan icc (Intel® Fortran Composer XE 20** for Linux dan Intel® C++ Composer XE 20** for Linux) versi terbaru dari halaman berikut http://software.intel.com/en-us/articles/non-commercial-software-development/  Masuklah ke direktori tempat file icc dan ifort tersebut disimpan dengan mengetik perintah cd Desktop misalnya.  Ketik perintah 

tar -xzvf l_fcompxe_*.tgz cd l_fcompxe_* sudo ./install.sh

Pada layar yang ditampilkan, tekan tombol enter berkali-kali hingga anda ditanya mengenai licence agreement. Ketik accept kemudian tekan tombol enter.  Jika anda ditanya activation code, masuklah ke laman https://registrationcenter.intel.com/RegCenter/remoteactivation.aspx, kemudian masukan serial number yang dikirimkan ke email anda ketika anda mendownload file installer tersebut. Setelah anda menekan tombol generate activation code, activation code akan diberikan dan ketikanlah 22 digit kode tersebut ke dalam terminal. 

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 18

Tekan tombol q untuk selesai dan keluar dari proses instalasi Ulangi prosedur yang sama untuk menginstal icc (file l_ccompxe_*.tgz).  Di terminal ketik perintah

gedit ~/.bashrc

dan tulis baris berikut ke dalam akhir baris file .bashrc export PATH=$PATH:/opt/intel/bin/

Save file terbut, lalu keluar dari program gedit kemudian di terminal ketik perintah source ~/.bashrc

5. Ketik perintah sudo apt-get install liblapack-dev fftw-dev

6. Masuklah ke direktori tempat file installer QE berada dengan mengketik perintah cd Desktop misalnya, lalu ketik perintah tar -xzvf espresso-*.tar.gz cd espresso-* ./configure make all gedit ~/.bashrc

7. Pada file yang telah terbuka, ketikan baris berikut di akhir baris file tersebut export PATH=$PATH:/path_lenkap_ke_direktori_espresso-*/bin/

Save file tersebut, kemudian keluar dari program gedit. 8. Di terminal, ketik perintah source ~/.bashrc. Selesai. 9. Jika ingin menginstal QE dengan menggunakan MPI pada komputer paralel, instal MPI terlebih dahulu sebelum menginstal icc, ifort, dan QE. II. MEMBUAT MODEL/STRUKTUR MATERIAL Dalam bagian ini akan dijelaskan tentang bagaimana plane wave (PW) yang dipakai dalam QE ini sangat baik dalam menghitung sistem material berstruktur kristal. Karena kristal memiliki struktur yang berulang (periodik), maka sangat cocok dengan karakteristik PW yang juga memiliki sifat periodik, sehingga struktur yang besar bisa diwakilkan pada struktur terkecilnya saja. Meskipun PW memiliki karakteristik periodik, bukan berarti material dengan struktur non-periodik seperti molekul tidak bisa dihitungnya. Dengan menambahkan ruang kosong di sisi sebelah kiri, kanan, atas, dan bawah, sistem periodik seolah-olah seperti sistem non-periodik karena keperiodikannya dipisahkan oleh ruang kosong yang cukup besar. Untuk lebih jelasnya, mari kita coba buat tiga buah sistem, yaitu sistem kristal bulk, sistem molekul non-periodik, dan sistem kristal surface (pembaca diasumsikan sudah memahami dasar-dasar struktur kristal). 1. Kristal body-centered cubic (BCC) dari elemen besi Fe

Gambar 1 (a) Sel unit dan (b) Sel primitif

Dalam ilmu kristalografi, kita menngenal istilah sel unit dan sel primitif. Pada hakikatnya, keduanya adalah sama. Yang sedikit membedakan adalah pada pemilihan vektor kisinya. Sebagai contoh, pada gambar 1 (a) vektor kisi yang digunakan adalah A(1) = a X + 0 Y + 0 Z, A(2) = 0 X + b Y + 0 Z, dan A(3) = 0 X + 0 Y + c Z dimana konstanta kisi a=b=c untuk tipe kristal kubus seperti BCC. Sedangkan pada gambar 1 (b) vektor kisi yang digunakan adalah

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 19

B(1) = - ½ a X + ½ b Y + ½ c Z, B(2) = + ½ a X - ½ b Y + ½ c Z, dan B(3) = + ½ a X + ½ b Y - ½ c Z. Vektor kisi yang terakhir ini jelas lebih kecil daripada vektor kisi yang awal sehingga gambar 1 (b) disebut sel primitif atau sel terkecil yang bisa mewakili sel yang lebih besar. Pada sel primitif BCC, hanya ada satu buah atom karena atom yang mana pun jika ditranslasikan sesuai dengan arah vektor kisi B(1), B(2), atau B(3), maka akan menghasilkan atom di tempat yang sesuai dengan periodisitasnya. Sedangkan jika anda menggunakan sel unit atau vektor kisi A(1), A(2), dan A(3), maka anda harus mendefinisikan dua buah atom, yaitu atom yang berada di sudut dan atom yang berada di tengah-tengah sel satuan, sehingga jika kedua atom ini ditranslasikan ke semua arah yang sesuai dengan vektor-vektor kisinya, maka kedua atom ini pun akan membentuk periodisitas yang sama persis dengan periodisitas yang dibuat oleh vektor kisi B(1), B(2), dan B(3). Ditinjau dari segi waktu kalkulasi, penggunaan jumlah atom yang lebih sedikit (penggunaan sel primitf) jelas akan lebih efisien. Dengan menggunakan sel primitif, jumlah atom yang harus dituliskan dalam input file QE untuk merepresentasikan kristal bulk BCC Fe hanyalah satu atom seperti yang dituliskan di bawah ini. Sedangkan banyaknya periodisitas (pengulangan atom-atom ke arah vektor-vektor kisi) akan ditentukan melalui parameter k-point yang akan dijelaskan pada bab berikutnya. ibrav = 0, celldm(1) = 5.357

! konstanta kisi a=b=c untuk tipe kristal kubus

ATOMIC_POSITIONS crystal Fe 0.00000 0.00000 0.00000

! satu buah atom Fe

CELL_PARAMETERS alat -0.5 0.50 0.50 0.50 -0.5 0.50 0.50 0.50 -0.5

atau ibrav = 3, celldm(1) = 5.357 ATOMIC_POSITION Fe 0.00000

crystal

0.00000

! karena ibrav=3, CELL_PARAMETERS sudah otomatis disediakan QE

0.00000

2. Molekul H2O

Gambar 2 Molekul H2O dalam box/sel unit besar Kebanyakan molekul tidaklah berstruktur periodik seperti kristal, sehingga anda perlu memperbesar ukuran kisi vektor anda agar tercipta ruang kosong yang cukup besar. Dengan begini molekul hasil periodik di sebelah kiri, kanan, atas, dan bawahnya tidak akan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap molekul yang akan anda kalkulasi. Vektor kisi ini bisa dibuat dengan ukuran yang sebesar-besarnya dengan bebas, namun anda tetap harus memperhatikan kemampuan komputer anda. Sebagai contoh adalah molekul H2O berikut.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 20

ibrav = 0, celldm(1) = 2.0

! konstanta kisi bebas

ATOMIC_POSITIONS crystal 

! lokasi molekul berada di tengah-tengah sel/box

H 0.57000 0.57000 0.57000 H 0.43000 0.43000 0.43000 O 0.50000 0.50000 0.50000 CELL_PARAMETERS alat

! sel/box berukuran {kons. kisi (101010) Å} = 202020 Å

10.0 0.00 0.00 0.00 10.0 0.00 0.00 0.00 10.0

3. Surface (111) yang dibentuk dari kristal FCC Membuat struktur surface atau permukaan dari sebuah kristal bulk sangatlah penting ketika anda hendak menganalisis sifat permukaan suatu material untuk aplikasi katalisis seperti fuel cell atau sel bahan bakar, bahan bakar diesel (solar) sintetik berbasis Fischer-Tropsch Synthesis, dan lain-lain. Sebagai contoh, mari bangun permukaan (111) dari kristal FCC. 1. Untuk memudahkan dalam menentukan permukaan (111), kita mulai dengan menarik garis [111] dari titik acuan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 (a).

Gambar 3 Struktur kristal FCC 2. Gambarlah sebuah bidang yang tegak lurus dengan garis [111] yang telah anda buat tadi, seperti yang ditunjukkan oleh bidang segitiga berwarna hitam di atas. Kemudian buatlah bidang kedua yang juga tegak lurus dengan garis [111] seperti yang ditunjukkan oleh bidang segitiga berwarna hijau di atas. Kedua bidang atau permukaan ini dipisahkan oleh jarak 1/3 a. Bidang bergaris hitam dan hijau ini selanjutnya ditulis sebagai layer pertama dan layer kedua. 3. Langkah berikutnya adalah bagaimana cara menentukan vektor kisi. Sama seperti sebelumnya, anda harus menentukan sel primitif dari permukaan FCC(111) ini. FCC pada keadaan bulk dan pada keadaan surface memiliki vektor kisi yang berbeda karena sel primitifnya pun berbeda. Sel primitif FCC(111) adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Bidang segitiga yang sudah kita dapatkan pada step 2 ditunjukkan pada Gambar 4 (b) dengan vektor kisi sebagai berikut. C(1) = ½2 a X C(2) = (-1/8) a X + (3/8) b Y 4. Karena permukaan bersifat dua dimensi, maka kisi vektor yang bisa ditentukan dari Gambar 4 hanya dua buah, sedangkan kisi vektor ketiga ditentukan bebas sesuai dengan jumlah layer (N) dan panjang vakum (V) pada model slab yang akan dibuat. Sehingga kisi vektor untuk bidang FCC(111) adalah sebagai berikut. C(1) = ½2 a X C(2) = (-1/8) a X + (3/8) b Y C(3) = ((V/c) + (N-1)/ 3) c Z Atom B dan C pada Gambar 4 (c) adalah posisi atom untuk dua buah layer di bawah layer pertama, yaitu atom B pada koordinat posisi 1/3C(1), 2/3C(2), Z1 C(3) dan atom C pada koordinat posisi 2/3C(1), 1/3C(2), Z2 C(3) dimana Z1 dan Z2 adalah suatu konstanta yang jika dikalikan dengan vektor kisi C(3), akan menghasilkan nilai 1/3 untuk Z1 dan 2/3 untuk Z2. Sedangkan posisi atom untuk layer keempat dst. berulang dari layer pertama yaitu 0,0,Z (seperti dari layer pertama kembali, hanya berbeda posisi Z).

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 21

Gambar 4 Proses pembuatan bidang FCC(111) 5. Jika diinginkan sistem slab dengan besar permukaan 3×3 dan jumlah layer sebanyak 2 layer dengan vakum sebesar 10 Å, maka vektor kisi C(1) dan C(2) harus dikalikan dengan 3, N = 2, dan V=10, sehingga posisi atom-atom yang dituliskan ke dalam input file QE adalah sebagai berikut. ibrav = 0, celldm(1) = 7.413 ATOMIC_POSITIONS crystal Pd 0.000000 0.000000 0.00000000 Pd 0.333333 0.000000 0.00000000 Pd 0.666666 0.000000 0.00000000 Pd 0.000000 0.333333 0.00000000 Pd 0.333333 0.333333 0.00000000 Pd 0.666666 0.333333 0.00000000 Pd 0.000000 0.666666 0.00000000 Pd 0.333333 0.666666 0.00000000 Pd 0.666666 0.666666 0.00000000 Pd 0.222222 0.111111 0.18328578 Pd 0.555555 0.111111 0.18328578 Pd 0.888888 0.111111 0.18328578 Pd 0.222222 0.444444 0.18328578 Pd 0.555555 0.444444 0.18328578 Pd 0.888888 0.444444 0.18328578 Pd 0.222222 0.777777 0.18328578 Pd 0.555555 0.777777 0.18328578 Pd 0.888888 0.777777 0.18328578 CELL_PARAMETERS alat 2.12132 0.00000 0.00000 -1.0607 1.83712 0.00000 0.00000 0.00000 3.15000

Gambar 5 Sistem Slab dari permukaan Pd(111) 3×3 dengan 2 buah layer dan vakum setinggi 10 Å.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 22

III. MEMBUAT INPUT FILE Sebelum membuat input file, marilah kita memahami struktur dan beberapa parameter penting yang terdapat dalam input file QE sebagai berikut: &CONTROL ... / &SYSTEM ... / &ELECTRONS ... / &IONS ... / &CELL ... / ATOMIC_SPECIES X

Mass_X

PseudoPot_X

Y

Mass_Y

PseudoPot_Y

Z

Mass_Z

PseudoPot_Z

ATOMIC_POSITIONS { alat | bohr | crystal | angstrom } X 0.0

0.0

0.0

Y 0.5

0.0

0.0

Z O.0

0.2

0.2

K_POINTS { tpiba | automatic | crystal | gamma | tpiba_b | crystal_b | tpiba_c | crystal_c } if (gamma) nothing to read if (automatic) nk1, nk2, nk3, k1, k2, k3 if (not automatic) nks xk_x, xk_y, xk_z,

wk

CELL_PARAMETERS { alat | bohr | angstrom } v1(1) v1(2) v1(3) v2(1) v2(2) v2(3) v3(1) v3(2) v3(3)

PARAMETER

KETERANGAN

NILAI

&CONTROL calculation

jenis kalkulasi yang hendak dilakukan

‘scf', 'nscf', 'bands', 'relax', 'md', 'vc-relax', 'vc-md'

restart_mode

kalkulasi awal atau lanjutan

‘from_scratch', 'restart'

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 23

nstep

Jumlah step maksimum untuk iterasi ionic dan iterasi electronic

def: 1 for scf, nscf, bands, 50 for other calculation types

outdir

Direktori dimana output file akan dituliskan

pseudo_dir

Direktori dimana psuedopotential file disimpan

prefix

Penambahan kata depan pada nama output file

tprnfor

Tampilkan nilai gaya pada output file

.true. or .false.

tstress

Kalkulasi stress atau tidak

.true. or .false.

forc_conv_thr

Nilai threshold konvergensi ionic yang dinyatakan dalan satuan gaya

def: 0.001

ibrav

Bravais lattice index

0 untuk free structure, 1 untuk simple cubic, 2 untuk fcc, 3 untuk bcc, dll.

celldm(i)

Konstanta kisi dalam satuan Bohr

i=1 untuk kubus (a), i=1 (a) dan i=2 (c) untuk heksagonal, dll.

nat

Jumlah atom/ion

ntyp

Jumlah tipe atom/ion

ecutwfc

Energi cut-off untuk waevfunction dalam satuan Ry

ecutrho

Energi cut-off untuk charge density dan potensial dalam satuan Ry

def: 4*ecutwfc, use 8 to 12 times ecutwfc for ultrasoft PP

occupations

Okupansi pada fermi level

gunakan 'smearing' untuk sistem metal, gunakan 'fixed' untuk sistem insulator

smearing

Metode untuk mengatasi permasalahan okupansi pada fermi level metal

'gaussian'=gaussian, 'mp'=MethfesselPaxton 1st order, 'mv'=MarzariVanderbilt, dll

degauss

Lebar spreading pada smearing dalam satuan Ry

Def: 0 Ry

nspin

Pilihan untuk polarized calculation (PC) atau bukan

1 = Non-PC, 2=PC colinear, 4=PC noncolinear

start_ magnetization(i)

Nilai awal magnetisasi untuk kalkulasi dengan polarisasi spin

-1 untuk spin ke bawah, 1 untuk spin ke atas

&SYSTEM

&ELECTRONS electron_maxstep

Jumlah iterasi maximum pada iterasi scf

conv_thr

Nilai threshold konvergensi elektronik (scf) dalam satuan Ry

Def: 0.000001

diagonalization

Algoritma untuk integrasi equation of motion

'david'=Davidson, 'cg'=Conjugatedgradient Method

mixing_beta

Mixing factor untuk scf

Def: 0.7

startingpot

Nilai potensial awal

'atomic'→diambil dari atoic charge, 'file'→diambil dari charge density file (*.xml file)

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 24

startingwfc

Nilai wavefunction (wfc) awal

‘'atomic'→dari atomic orbital, 'atomic+random'→dari atomic orbital & randomisasi, 'random'→dari wfc random (lebih aman), 'file'→dariwfc file (restart calc.)

tqr

Real space algoritm

.false.→lebih cepat, .true.→lebih akurat

Relaksasi ionic

'bfgs'→Quasi-Newton, 'damp'→Quick-Min Verlet

&IONS ion_dynamics ATOMIC POSITION alat

Kordinat kartesian dalam unit parameter kisi a atau celldm(1)

bohr

Kordinat kartesian dalam unit bohr

angstrom

Kordinat kartesian dalm unit Angstrom

crystal

Kordinat yang sesuai dengan CELL_PARAMETERS

CELL_PARAMETERS (digunakan hanya jika ibrav=0, untuk ibrav != 0 cell_parameters sudah otomatis disediakan) alat

dalam unit parameter kisi a atau celldm(1)

bohr

dalam unit bohr

angstrom

dalam unit angstrom

Sekarang marilah kita memahami algoritma kalkulasi untuk memudahkan dalam memahami maksud dari parameterparameter di atas. Pada dasarnya QE melakukan dua kelompok iterasi yaitu iterasi untuk kalkulasi elektronik (scf) dan iterasi untuk kalkulasi ionik/atomik seperti yang diilustrasikan dalam skema pada Gambar 6 di bawah ini. Ketika input file sudah dibaca oleh QE, yang akan pertama dihitungnya adalah many-body problem, yaitu interaksi antara elektron-elektron atau yang sering disebut sebagai metode Hartree–Fock atau kalkulasi self-consistent field (scf). Pada kalkulasi scf, QE akan melakukan iterasi terus-menerus hingga ambang (conv_thr atau threshold konvergensi dan jumlah iterasi maksimum) terpenuhi. Ketika ambang ini terpenuhi, kalkulasi scf pertama telah selesai dihitung. Jika kalkulasi yang hendak dihitung hanyalah kalkulasi scf atau nscf atau band saja, maka seluruh kalkulasi sudah selesai dan hasilnya bisa langsung dilihat dan dianalisis. Namun, jika posisi atom-atom yang paling optimum ingin dihitung juga, maka QE akan membaca apakah ambang energi (etot_conv_thr) dan ambangan gaya (forc_conv_thr) sudah terpenuhi atau belum. Jika sudah, maka seluruh kalkulasi selesai dan hasil kalkulasi pertama itulah hasilnya. Tapi jika belum tercapai, posisi atom-atom akan digeser oleh QE dan kemudian kalkulasi scf kedua dimulai. Dan begitu seterusnya hingga ambang energi dan ambang gaya terpenuhi. Saat itulah anda bisa mendapatkan hasil berupa posisi optimum atom-atom beserta nilai energi minimumnya.

Gambar 6 Algoritma kalkulasi yang dilakukan Quatum Espresso Untuk memudahkan dalam menjelaskan algoritma di atas, ada baiknya kita langsung mengambil sebuah contoh kasus. Misalnya, buatlah input file sistem molekul H2S dengan nama inputfile.in seperti berikut ini.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 25 &CONTROL calculation = 'relax', restart_mode = 'from_scratch', nstep = 50 outdir = './' pseudo_dir = '/home/user/QEspresso/espresso-5.0.1-GPU/pseudo/PBE/', tprnfor = .true. tstress = .true. etot_conv_thr = 1.0D-4, forc_conv_thr = 1.0D-2 / &SYSTEM ibrav = 0, celldm(1) = 2.0, nat = 3, ntyp = 2, ecutwfc = 30, ecutrho = 240, occupations = 'fixed', nspin = 1 / &ELECTRONS electron_maxstep = 100 conv_thr = 1.0D-4 diagonalization = 'david', mixing_beta = 0.5, startingpot = 'atomic', startingwfc = 'atomic+random', tqr = .true. / &IONS ion_dynamics = 'bfgs' / ATOMIC_SPECIES H 1.0079 H.pbe-van_bm.UPF S 15.999 S.pbe-van_bm.UPF ATOMIC_POSITIONS crystal   H 0.50000 0.50000 0.56500 H 0.50000 0.43500 0.50000 S 0.50000 0.50000 0.50000 K_POINTS automatic 111000 CELL_PARAMETERS alat 10.0 0.00 0.00 0.00 10.0 0.00 0.00 0.00 10.0

Pada input file di atas, calculation='relax' artinya adalah selain kalkulasi scf, QE akan menghitung juga kalkulasi ionik. Kalkulasi akan dimulai dari awal (restart_mode = 'from_scratch') dengan jumlah maksimal step ionik adalah 50 iterasi (nstep = 50). Pseudopotential file akan dibaca dari direktori yang telah didefinisikan ('./pseudo/PBE/'). Pada output file akan ditampilkan hasil kalkulasi gaya (tprnfor = .true.) dan stress (tstress = .true.). Kalkulasi ionik akan berhenti jika selisih energi antara dua iterasi ionik etot_conv_thr <= 1.0D-4 dan selisih gaya yang bekerja pada semua atom antara dua iterasi ionik forc_conv_thr <= 1.0D-2 tercapai. Sistem yang akan dihitung menggunakan free bravais lattice (ibrav = 0) dengan konstanta kisi 2 Bohr (dalam sistem ini celldm(i) adalah faktor pengali karena molekul tidak memiliki konstanta kisi). Dalam sistem H2S ini terdapat 3 buah atom (nat = 3) dan 2 jenis atom (ntyp = 2). Wavefunction yang digunakan dalam kalkulasi ini adalah hingga 30 Ry saja (ecutwfc = 30) dan charge density dan potensial hingga 240 Ry saja (ecutrho = 240). Karena sistem ini bukanlah sistem metal/konduktor dan bukan pula sistem magnetik, digunakan occupations = 'fixed' dan nspin = 1.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 26 Pada

dan &IONS, kalkulasi elektronik dan ionik dikontrol. Jika jumlah iterasi elektronik maksimal (electron_maxstep = 100) atau ambang konvergensi (conv_thr = 1.0D-4) sudah tercapai tapi etot_conv_thr <= 1.0D-4 dan forc_conv_thr <= 1.0D-2 belum tercapai, maka posisi atom yang baru akan dihasilkan oleh QE dengan menggunakan metode Quasi-Newton (ion_dynamics = 'bfgs'). Karena sistem H2S ini kecil sehingga waktu kalkulasi akan relatif cepat, maka sistem ini mungkin untuk dihitung pada real space (tqr = .true.) agar hasil kalkulasinya lebih akurat. Pada ATOMIC_SPECIES anda hanya harus menuliskan inisial untuk elemen/atom yang hendak didefinisikan, massa dari elemen tersebut, dan nama file potensial yang terdapat pada direktori pseudo_dir. tersebut, dan nama file potensial yang terdapat pada direktori pseudo_dir. Cara yang paling mudah dalam pemilihan inisial elemen ini adalah dengan menggunakan inisial aslinya seperti inisial untuk atom Carbon adalah C atau inisial untuk atom Besi adalah Fe, dll. Massa suatu elemen bisa anda dapatkan di sistem periodik unsur atau periodic table of elements, sedangkan file pseudopotensial (file *.UPF) bisa anda dapatkan di website QE, http://www.quantum-espresso.org/pseudopotentials. Pada ATOMIC_POSITIONS dipilih opsi crystal karena kita hendak membuat koordinat sendiri yang sesuai dengan tiga vektor lattice yang akan didefinisikan pada CELL_PARAMETERS. Posisi atom-atom ini dipilih secara bebas, namun sebisa mungkin mendekati bentuk molekul H2S yang sebenarnya agar kalkulasi semakin cepat konvergen dan yang paling penting adalah agar kalkulasi tidak menghasilkan data yang melenceng. k-points menggunakan pilihan automatic sehingga anda cukup mendefinisikan besar kpoint yang diinginkan. Karena sistemnya berupa molekul dengan fakta bahwa periodisitas bukanlah hal yang penting, maka dengan k-point sebesar 1×1×1 sudah sangat cukup (k-point sebesar 1×1×1 sama dengan pilihan 'gamma'). Tiga angka nol pada k-point adalah nilai pergeseran k-point (pada kasus ini, kita tidak menginginkan adanya pergeseran tersebut). Pada CELL_PARAMETERS digunakan opsi alat, artinya sel yang didefinisikan dikalikan dengan parameter kisi (celldm(1)) &ELECTRONS

IV. RUNNING KALKULASI Untuk memulai kalkulasi dengan QE, anda cukup menyiapkan input file yang sudah dijelaskan dan disiapkan pada bagian sebelumnya dan file pseudopotential yang sudah disimpan di direktori yang sesuai dengan yang didefinisikan pada pseudo_dir. Berikut adalah detail cara melakukan running: 1. Buka terminal konsol, lalu masuklah ke direktori dimana input file berada dengan mengetikan perintah cd Desktop misalnya. 2. Ketik perintah ./pw.x < inputfile.in > output.out & 3. Untuk mengecek apakah kalkulasi sudah selesai atau belum, ketikan perintah job 4. Sambil menunggu kalkulasi selesai, anda bisa mengecek jumlah iterasi scf yang sudah berjalan, nilai energi, dan nilai gaya yang sudah direkam ke dalam output file dengan mengetikan grep iteration output.out (jika ada prefix, nama file output menjadi prefix_output.out), grep ! output.out, dan grep force output.out. V. MENGHIMPUN DAN MENGANALISA DATA OUTPUT Telah selesai atau belumnya sebuah kalkulasi ditandai dengan hilangnya daftar job ketika anda mengetikan perintah job pada terminal konsol anda. Untuk memudahkan mengecek dan menganalisa file output yang dihasilkan QE, ikuti langkah-langkah berikut: 1. Cek apakah kalkulasi sudah benar-benar selesai dengan mengetikan perintah grep JOB output.out. Jika kata JOB DONE ditampilkan oleh layar terminal anda, maka kalkulasi sudah selesai dengan baik. Tapi jika sebaliknya, kemungkinan ada error yang terjadi sehingga kalkulasi terpaksa dihentikan (buka file output untuk melihat detail error yang terjadi). 2. Ketik perintah grep iteration output.out untuk mengetahui jumlah iterasi yang dilakukan komputer. Hasilnya akan seperti berikut. iteration # 1

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

iteration # 2

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

iteration # 3

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

iteration # 4

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

iteration # 1

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

iteration # 2

ecut=

30.00 Ry

beta=0.50

kalkulasi scf pertama

kalkulasi scf kedua

dst...

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


tutorial 27

Artinya adalah kalkulasi scf pertama selesai dalam 4 kali iterasi. Ketika kalkulasi scf pertama selesai dilakukan, maka atomatom akan bergeser untuk mendapatkan posisi baru yang lebih baik, kemudian kalkulasi scf kedua dilakukan.

3. Ketik perintah grep ! output.out untuk mengetahui nilai energi total pada setiap kalkulasi scf. ! total energy

=

-19.51995368 Ry

--> energi total yang dihasilkan kalkulasi scf pertama

! total energy

=

-22.56203193 Ry

--> energi total yang dihasilkan kalkulasi scf kedua

! total energy

=

-22.65738684 Ry

--> energi total yang dihasilkan kalkulasi scf ketiga

! total energy

=

-22.73766554 Ry

--> dst

! total energy

=

-22.78656127 Ry

! total energy

=

-22.80632394 Ry

! total energy

=

-22.81502208 Ry

! total energy

=

-22.81909755 Ry

! total energy

=

-22.82227027 Ry

! total energy

=

-22.82378850 Ry

! total energy

=

-22.82392576 Ry

! total energy

=

-22.82392559 Ry

Artinya adalah kalkulasi scf dilakukan sebanyak 12 kali hingga posisi atom-atom yang optimal didapatkan. Posisi atom-atom yang optimal adalah ketika selisih energi total saat ini dengan energi total yang dihasilkan kalkulasi scf sebelumnya adalah kurang dari 0.0001 Ry (etot_conv_thr = 1.0D-4) dan gaya yang dilakukan pada setiap atom kurang dari 0.01 Ry/a.u. (forc_conv_thr = 1.0D-2). 4. Ketik perintah berikut untuk menganalisis gaya yang dilakukan pada setiap atom. grep force output.out

5. Koordinat posisi atom-atom hasil kalkulasi diberikan di bagian akhir file output, namun untuk memudahkan dalam visualisasinya digunakan software Xcrysden. Ikuti langkah-langkah berikut.  Pastikan Xcrysden sudah terinstall dengan baik. Baca laman di bawah ini untuk cara instalasi. http://www.xcrysden.org/doc/install.html  Ketik perintah di bawah iniuntuk membuka output file yang dihasilkan QE. xcrysden --pwo output.out

Dengan Xcrysden, panjang ikatan dan sudut ikatan dapat dilihat dengan mudah.

Gambar 7 Hasil visualisasi dan analisis dengan bantuan software Xcrysden 6. Hasil utama dari kalkulasi molekul H2S ini yaitu energi yang diperlukan untuk membentuk ikatan molekul H2S adalah 22.8239 Ry = 310.4 eV, panjang ikatan S—H adalah 2.56 Bohr = 1.35 Å, dan sudut yang diberntuk oleh H—S—H adalah 91.6°. Hasil ini sangat cocok dengan data hasil eksperimen, sehingga membuktikan bahwa first-principles calculation khusunya QE cukup akurat bahkan untuk sistem non-kristal seperti molekul.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


serba-serbi 28

Ilmuwan Indonesia di Materials Research Society Meetings San Francisco 2013 ekstrim, pendidikan material science, dan juga mengenai Setiap tahunnya, Material kebijakan yang berhubungan dengan riset material. Selain itu, Research Society (MRS) di ada beberapa sesi tutorial yang ditujukan bagi ilmuwanAmerika Serikat mengadakan ilmuwan muda yang sedang menempuh S2 atau S3, yaitu pertemuan besar sebanyak dua kali, mengenai thin-film compound semiconductor photovoltaics, yaitu Spring Meetings di San film silicon science and technology, nanostructure metal Francisco dan Autumn Meetings di oxides, nanoscale heat transport, piezoelectric and B o s t o n . Ti a p - t i a p m e e t i n g s piezotronics, emerging materials for nonvolatile memories, memiliki keunikan tersendiri phase-change materials, dan tentang oxide thin films and dimana untuk Spring Meetings oxide heterostructures. Di masing-masing symposium, mayoritas peserta berasal dari terdapat banyak invited presentation dari berbagai ilmuwan institusi-institusi yang berada di pantai Barat Amerika, seperti terkenal di bidangnya termasuk beberapa pemenang nobel UC Berkeley, Stanford University, UC Santa Barbara, yang masih aktif di risetnya. Sebagai pengisi plenary session Caltech, dll., serta institusi-institusi dari Asia Pasifik, yang yang berlangsung pada malam hari, Arun Majumdar dari didominasi oleh Jepang, Korea Selatan dan China. Sementara Google, Inc membawakan presentasi mengenai “A New untuk Autumn Meetings, tentunya mayoritas pesertanya Industrial Revolution for a Sustainable Energy Future”. berasal dari institusi-institusi di Pantai Timur Amerika, Selain itu, ada juga presentasi special (Fred Kavli seperti MIT, Harvard, Princeton, Cornell, Rutgers, dan Distinguished Lectureship in Nanoscience) dari Younan Xia, tentunya peserta dari Uni Eropa. April lalu bertempat di Moscone Center San Francisco, Georgia Tech. yang berjudul “Colloidal Metal Nanocrystals pada MRS Spring Meetings 2013, lebih dari 10000 peserta – Shape Control, Symmetry Breaking and Niche mengikuti konferensi ini, dimana sebanyak lebih dari 6000 Applications”. Pada MRS-Meetings, kegiatan berlangsung makalah dipresentasikan dalam bentuk presentasi oral penuh sepanjang lima hari dari pagi hingga malam, yang maupun presentasi poster, serta pameran dari 140 perusahaan mana sesi presentasi poster selalu diadakan pada malam hari. peralatan riset dan juga penerbit. Konferensi ini terdiri dari 57 simposium paralel yang berlangsung selama lima hari, baik simposium yang membahas materialmaterial yang berkaitan dengan: energy seperti organic and hybrid photovoltaic Suasana MRS Spring Meetings 2013 materials, materials Dari ribuan pemakalah yang ada, terdapat setidaknya for vehicular and grid energy storage, nanoscale tujuh orang ilmuwan Indonesia yang datang dari berbagai thermoelectrics, dll; nanomaterials seperti graphene, material institusi di seluruh dunia. Walaupun sedikit, jika beyond graphene (2D atomic layers from layered materials), dibandingkan dengan jumlah ilmuwan dari Korea Selatan, piezotronics, dll; electronics/photonics seperti material untuk Jepang, China, atau bahkan Vietnam dan Thailand, kontribusi spintronics, material untuk nonvolatile memory, singleilmuwan Indonesia yang ada cukup terasa. dopant semiconductor optoelectronics, dll; biomaterials Dr. Oki Gunawan, peneliti di IBM Watson Laboratory, seperti material untuk imaging dan sensing, material untuk New York, mendapatkan kehormatan untuk membawakan electronic skins, nanomaterial untuk mengatasi kanker, invited talk pada simposium C (Thin-Film Compound bioelektronik, dll; dan bahkan hal-hal yang berhubungan Semiconductor Photovoltaics). Peraih medali Indonesia dengan material untuk sustainable development, material

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


serba-serbi 29 pertama olimpiade Fisika tahun 1993 ini membawakan presentasi yang berjudul “High Performance CZTSSe: Device Physics and Materials”, dimana ditunjukkan sel surya ramah lingkungan berbasiskan material tersebut yang telah barhasil mencapai efisiensi 11.1%, rekor dunia untuk system material ini. Beberapa penghargaan juga didapatkan oleh ilmuwan Indonesia lainnya. Dr. Satria Z. Bisri, ilmuwan Indonesia dari University of Groningen, mendapatkan MRS Travel Grant Award, dimana ia membawakan presentasi pada symposium B (Organic and Hybrid Photovoltaic Materials and Devices) yang berjudul “Colloidal Quantum Dots based High Performance Ambipolar Transistors”. Pada presentasi tersebut didemonstrasikan transistor yang dibuat dari nanokristal/quantum dots yang mana transistor ini digunakan untuk menginvestigasi sifat-sifat transport elektronik pada material tersebut yang berguna untuk pengembangan sel surya nanokristal yang berprospek menghasilkan efisiensi yang sangat tinggi karena adanya proses multiple exciton generation. Selain itu, Widianta Gomulya, peneliti S3 Indonesia dari University of Groningen menjadi runner-up poster award untuk symposium P (Graphene and Related Carbon Nanomaterials). Posternya yang berjudul “Selective Dispersion of Wide Diameter-range Semiconducting Carbon Nanotubes by Polyfluorene Derivatives” menunjukkan kemampuan untuk memilih secara spesifik carbon nanotubes yang bersifat semikonduktor dengan membungkusnya menggunakan polimer, sehingga dapat menghasilkan transistor berperforma tinggi yang difabrikasi dengan metode yang sangat murah.

Dari kiri ke kanan: Satria Zulkarnaen Bisri, Oki Gunawan, Widianta Gomulya, Teuku M. Roffi

Salahsatu ilmuwan Indonesia lainnya juga mendapatkan highlight pada MRS Meeting Scene, yaitu Aloysius Gunawan, peneliti S3 Indonesia di University of Minnesota. Presentasinya di symposium L (Nanoparticle Manufacturing and Functionalization) yang berjudul “Probing New Electronic and Plasmonic Interactions in Oleic Acid-capped PbSe Nanocrystal Arrays” dianggap sangat penting oleh panitia sehingga mendapatkan publisitas lebih. Ilmuwan Indonesia lainnya, Dr. Fatwa Abdi dari TU Delft mendemonstrasikan “Efficient Solar Water Splitting with a Silicon PV-biased Gradient-doped

buletin

Publikasi kegiatan MRS-Id diantara yang lainnya

Oxide Homojunction Photoanode”, yang ia bawakan pada simposium D (From Molecules to Materials – Pathways to Artificial Photosynthesis). Dr. Arief C. Wibowo, peneliti Indonesia di Argonne National Laboratory, Amerika, menjelaskan mengenai karyanya yang membuat detektor radiasi yang bekerja pada suhu ruang. Ia membawakannya dalam presentasinya yang berjudul “Antimony Chalcohalide Semiconductors as New Candidates for Radiation Detection at Room Temperature” pada symposium WW (Nuclear Radiation Detection Materials). Pada MRS meeting ini, juga diikuti oleh Teuku Muhammad Roffi, yang masih menjadi mahas is w a S 2 (mas ter) di U nivers ity of ElectroCommunication, Jepang. Ia membawakan poster yang berjudul “Effect of O2/Ni Gas Ratio on the Epitaxial Growth of NiO Films by Metalorganic Chemical Vapor Deposition”. Hadirnya ia di konferensi sebesar ini disaat masih sangat muda akan menjadi pengalaman yang sangat penting untuk karir saintifiknya ke depan karena dari situlah semangat akan tumbuh. Ketujuh ilmuwan Indonesia yang hadir tersebut menyempatkan disela-sela waktu konferensinya untuk berkumpul, berdiskusi dan saling bertukar pengalaman mengenai kehidupan risetnya. Didapati celetukan-celetukan menarik seperti “Kapan yaa orang Indonesia bisa sebanyak orang Korea hadir di acara sebesar ini? Bahkan sekarang orang Vietnam pun sudah lebih banyak”. Sayangnya ilmuwan Indonesia yang hadir berafiliasi bukan dengan institusi di Indonesia. Dari hasil diskusi makan malam tersebut, saling menyimpulkan bahwa sebenarnya esensi riset itu bukan sematamata hasil risetnya, melainkan pengembangan sumber daya manusia yang didapati dari proses melakukan riset tersebut. Dengan mengikuti konferensi sebesar ini, kita bisa menyadari bahwa Indonesia sebagai negara keempat dengan populasi terbanyak masih belum menjalankan tanggungjawabnya untuk lebih berkontribusi terhadap pengembangan riset material yang mana pada akhirnya akan meningkatkan taraf hidup manusia dimanapun ia berada. Karena pada saat itu pun dibicarakan tentang MRS-Indonesia, yang hadir di situ berharap suatu saat MRS-Id bisa seperti MRS-MRS lain yang telah sukses menstimulus riset material di negaranya.

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


serba-serbi 30

Arah Penelitian Magnet Permanen di Indonesia dan Terbentuknya Konsorsium Magnet Magnet permanen merupakan salah satu dari materialal fungsional yang sangat lekat dengan berbagai teknologi modern di abad ke-21 ini. Contohnya, mulai dari earphone yang sangat kecil hingga alat penghasil fluks magnetik pada motor hibrida. Dalam konteks konversi energi kinetik ke energi listrik maupun ataupun sebaliknya, keberadaan magnet permanen dengan performa yang handal sangatlah penting, terlebih lagi dengan adanya tuntutan penggunaan energi (listrik) yang lebih efisien dalam berbagai perangkat. Hal inilah yang “masih” mendorong pencarian dan riset magnet permanen berperforma tinggi dan ekonomis hingga saat ini, di tengah stagnasi yang juga mengikuti. Berbagai jenis material magnet permanen dengan performa yang belum pernah ada sebelumnya telah ditemukan dan dikembangkan selama beberapa dekade ini (Gambar 1). Beberapa di antaranya adalah magnet permanen berbasis ferrite (Fe-O), alnico (Al-Ni-Co), dan elemen tanah jarang (rare earth) seperti Sm-Co ataudan Nd-Fe-B. Adapun tingkat performa (figure of merit) dari berbagai material magnet permanen yang biasa diekspresikan sebagai (BH)max (semakin besar nilainya menunjukkan semakin besarnya energi yang dimiliki oleh suatu magnet tersebut) diperlihatkan pada Gambar 2 di bawah. Di antara semuanya, magnet berbasis elemen tanah jarang, khususnya Nd-Fe-B, yang juga merupakan magnet terkuat mengalami lonjakan produksi yang sangat tinggi. kebutuhan yang terus meningkat terhadap magnet permanen, misalnya NdFeB, yang banyak digunakan sebagai motor penggerak (VCM) piringan pada hard disk drive atau motor berperforma tinggi pada kendaraan otomotif, telah menimbulkan kekhawatiran terutama mengenai ketersediaan elemen tanah jarang yang sangat terbatas dan terkonsentrasi di beberapa negara saja. Situasi inipun mendorong berbagai inisiasi riset pengurangan penggunaan element tanah jarang pada magnet jenis ini di beberapa negara seperti AS, Jerman, dan Jepang. Tak jarang, kegiatan ambisius untuk mencari material baru magnet permanen tanpa elemen tanah jarang pun ditempuh, meskipun hingga saat ini belum ada satupun laporan saintifik yang menggembirakan. Ironisnya, Indonesia yang dibanjiri berbagai produk teknologi yang menggunakan magnet permanen masih cukup tertinggal jauh baik dari segi penelitian maupun kemandirian produksi, bahkan untuk material magnet yang old-fashioned seperti berbasis ferrite. Padahal di sisi lain, Indonesia

Gambar 1. Data produksi magnet Nd-Fe-B (atas) dan prediksi penjualan magnet permanen pada tahun 2010 (bawah). (sumber data : paper O. Gutfleisch et al yang diterbitkan oleh Advanced Materials, 2011, vol 23)

memiliki persedian mineral bahan baku pembuatan magnet berbasis ferrite, biasa disebut pasir besi, yang cukup melimpah ataupun potensi ketersediaan mineral tanah jarang seperti monazite yang merupakan hasil sampingan dari pengolahan timah. Berdasarkan situasi ini, pengembangan riset magnet permanen berbasis ferrite dan logam tanah jarang (Nd-Fe-B) menjadi bidang penelitian yang sangat strategis untuk digarap di Indonesia baik dari segi riset materialnya maupun dari segi teknik skala industrinya. Penelitian material magnet permanen di lembaga-lembaga

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


serba-serbi 31

coba produksi skala industri kecil. Pada awal pendeklarasiannya, Juli 2012, Konsorsium Magnet terdiri dari empat lembaga riset, satu universitas, dan satu mitra industri. Mereka adalah Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI (Koordinator), Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (PPET) LIPI, Pusat Teknologi Bahan dan Industri Nuklir (PTBIN) BATAN, Departemen Fisika UI, dan PT. Sintertech sebagai mitra industri. Seiring berjalannya waktu, pada tahun 2013 ini keanggotaan Konsorsium Magnet telah mengalami sedikit ekspansi (penambahan-red) dengan bergabungnya Pusat Penelitian Teknologi Listrik dan

Gambar 2. Tingkat performa, (BH)max, dari berbagai material magnet permanen (bagan atas) dan perbandingan volume kualitatif dari material yang berbeda untuk memperoleh ďŹ&#x201A;uks magnetik yang sama besar. (sumber data : paper O. GutďŹ&#x201A;eisch et al yang diterbitkan oleh Advanced Materials, 2011, vol 23)

riset dan perguruan tinggi Indonesia sampai saat ini telah berjalan hampir lebih dari 20 tahun dengan beberapa pemain utamanya antara lain Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), dan Universitas Indonesia. Namun sayangnya, hasil yang telah diperoleh masih belum mencapai tahap implementasi produk akhir. Diseminasi hasil penelitian yang telah dicapai pun masih belum terarah dengan baik untuk menghilirkannya ke industri nasional yang ada. Melihat tantangan dan permasalahan yang ada, beberapa badan penelitian, perguruan tinggi, dan pelaku industri menginisiasi terbentuknya Konsorsium Magnet sebagai suatu wadah sinergisasi kepakaran dan infrastruktur yang mereka miliki untuk mengembangkan penelitian magnet permanen hingga uji

Gambar 3. Tugas/fungsi dari masing-masing badan/institusi yang terlibat di dalam Konsorsium Magnet

buletin

Gambar 4. Kurva Histeresis dari serbuk Barium Hexaferrite yang dibuat pada kondisi optimum (atas) dan prototipe magnet berbentuk cincin untuk komponen alat ukur debit air (bawah).

Mekatronika (PPTelimek) LIPI dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batu Bara (TekMIRA) â&#x20AC;&#x201C; Kementerian ESDM. Bergabungnya dua anggota baru ini diharapkan dapat memperkuat kapabilitas yang telah ada dan memperluas ruang lingkup program sehingga berbagai sasaran yang direncanakan di awal terbentuknya konsorsium magnet dapat terwujud dan berdampak lebih luas. Adapun tugas/fungsi dari masing-masing badan/institusi yang terlibat diringkas dalam bagan pada Gambar 3. Sumber dana yang biasa menjadi masalah utama dalam penelitian material maju di Indonesia mungkin menjadi pertanyaan pertama terhadap keberadaan Konsorsium Magnet ini. Seluruh kegiatan Konsorsium Magnet didukung penuh oleh program Insentif Ristek - Sistem Inovasi Nasional (SINAS) dari Kementerian Negara Riset dan Teknologi (KNRT) dalam bentuk pendanaan riset tunai (dana dicairkan

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


serba-serbi 32

Gambar 6. Road map penelitian magnet permanen

sejak awal program berjalan) dengan skema penelitian tahun jamak (multi-years). Penggunaan kata konsorsium pun tidak lain berangkat dari nama klasiďŹ kasi program SINAS yang memperoleh sokongan dana lebih dari 500 juta rupiah dalam

1 tahun. Di tahun pertama berjalannya Konsorsium Magnet ini, fokus penelitian diarahkan pada pengembangan proses pembuatan magnet permanen Barium Hexaferrite dan Nd-FeB dari serbuk (powder) komersial. Saat ini, telah berhasil diperoleh serbuk Barium Hexferrite yang diproses dari bahan baku komersial BaCO3 dan Fe2O3 dengan sifat remanansi 1.51 kGauss, koersivitas 4.11 kOe, (BH)max 0.47 MGOe, dan rapat

Gambar 5. Alat kompaksi magnet

ďŹ&#x201A;uks magnetik 700 Gauss. Dan pada tahap selanjutnya, di pabrik milik PT. Sintertech, telah diujicobakan produksi 1000 buah magnet permanen isotropik berbentuk cincin untuk komponen sensor alat ukur debit air yang berasal dari 2 kg serbuk Barium Hexaferrites dengan spesiďŹ kasi optimum di atas. Sedangkan untuk Nd-Fe-B, telah berhasil dibuat pada skala laboratorium bonded-magnet dari serbuk isotropik komersial dan epoxy resin yang memiliki sifat magnetik dengan remanansi sebesar 5.95 kGauss, koersivitas 7.99 kOe, dan (BH)max 7.13 MGOe. Performa dari magnet permanen yang telah dihasilkan pada umumnya masih sedikit di bawah

magnet komersial yang dijual di pasaran. Oleh karena itu, peningkatan kualitas pemrosesan material berdasarkan data karakterisasi material akan terus dilakukan untuk memperoleh magnet permanen yang memenuhi standar produk. Selain penelitian materialnya, di tahun pertama juga telah dilakukan pengembangan prototipe infrastruktur untuk proses produksi magnet permanen berupa alat kompaksi magnet dengan orientasi tunggal dilengkapi kuat medan pemagnetisasi 0.8 Tesla dan sistem pendinginan air (water cooling). Tentunya, beberapa infrastruktur pelengkap lainnya ditargetkan untuk terealisasi dalam waktu dekat. Inisiasi di tahun pertama yang juga cukup banyak diisi proses konsolidasi internal dan komunikasi dengan berbagai pihak luar yang memiliki kepentingan terkait pengembangan magnet permanen telah memberikan banyak umpan balik untuk penajaman road map penelitian magnet permanen baik dalam jangka pendek (2013-2015), jangka menengah (20152020), maupun jangka panjang (2020-2025) seperti yang teringkas pada Gambar 6. Road map yang disusun pun diselaraskan dengan Master Plan Percepatan Pembangunan Indonesia (MP3I) untuk membawa Indonesia menuju salah satu kekuatan ekonomi dunia di tahun 2025 khususnya dalam industri magnet. Setidaknya, beberapa langkah strategis, selain yang telah disebutkan di atas, telah dan akan segera ditempuh oleh Konsorsium Magnet dalam mencapai sasaran-sasaran pada jangka pendek seperti pengembangan sumber daya manusia (peneliti) melalui serangkaian focus group discussion (FGD) ataupun intensive short-course, pembuatan prototipe magnet permanen untuk aplikasi motor pada mobil listrik, penelitian dan pengembangan bahan baku berbasis sumber daya lokal, hingga studi kelayakan industri magnet nasional. Besar harapan bahwa sasaran-sasaran yang ditentukan dapat tercapai dengan baik dan akan menjadi pondasi bagi keberlangsungan road map untuk jangka menengah dan akhir. Penulis : Candra Kurniawan (Peneliti Pertama LIPI) Deni S. Khaerudini (Peneliti Muda LIPI, sedang studi PhD di Hirosaki University) Ikhtiar (Kontributor Tsukuba)

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


liputan 33

Liputan Konferensi Internasional â&#x20AC;&#x153;Nanotechnology Application in Energy and Environmet (NAEE) 2012â&#x20AC;? Ferry Iskandar

Suasana konferensi NAEE2012

Konferensi Internasional Nanotechnology Application in Energy and Environment (NAEE) 2012 ini telah diadakan di kampus Institut Teknologi Bandung (ITB) pada hari Kamis dan Jumat, 20-21 September 2012. Konferensi ini diselenggarakan oleh Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik ITB bekerja sama dengan Material Research Society of Indonesia (MRS-id). Konferensi ini telah dihadiri oleh para peneliti baik dari dalam negeri maupun dari luar negeri yang bergerak pada penelitian di bidang nanoteknologi dan aplikasinya, para dosen, dan mahasiswa serta masyarakat umum. Konferensi yang diselenggarakan di Aula Timur ITB ini secara resmi dimulai pada Jumat (21/09/2012) dengan Kamis malam merupakan pertemuan komite pelaksana. Acara konferensi ini dibuka oleh ketua komite pelaksana, Prof. Mikrajuddin Abdullah. Prof. Mikrajuddin mengharapkan konferensi ini dapat menjadi tempat pertukaran pikiran baik antar peneliti maupun antara peneliti dan industri, khususnya dalam bidang nanoteknologi terkait energi dan lingkungan. Selain itu, konferensi ini diharapkan dapat memberikan alternatif penyelesaian berbagai masalah energi dan lingkungan di Indonesia sebagai negara berkembang serta berbagai aplikasi inovatif di bidang nanoteknologi lainnya. Penulis kebetulan juga diminta untuk menjadi

buletin

pembicara tamu pada konferensi ini. Tema presentasi yang penulis sampaikan adalah terkait dengan pengembangan material terkait aplikasi energi dan lingkungan. Adapun fokus bahasannya dititikberatkan pada pengembangan fosfor material, porous partikel, dan pengembangan katalis untuk Enhance Oil recovery (EOR) yang diharapkan dapat membantu memecahkan masalah bangsa saat ini. Setelah presentasi pembicara tamu, sebanyak 35 hasil penelitian dipresentasikan oleh para presenter yang dating dari berbagai negara di tiga ruangan presentasi yang berbeda secara parallel. Berbeda dengan kebanyakan konferensi lainnya di Indonesia, pada konferensi ini, setelah makalah penelitian dipresentasikan, makalah tersebut ditulis dalam bentuk paper kemudian ditelaah oleh sedikitnya 2 reviewer. Di antara paper yang terkumpul, sebanyak 32 paper berhasil dipublikasikan di jurnal berskala internasional yaitu Material Science Forum dengan penerbit Trans Tech Publication. Jurnal ini diindeks oleh Scopus, Ei Compendex (CPX), Cambridge ScientiďŹ c Abstracts (CSA), Chemical Abstracts (CA), Google and Google Scholar, ISI (ISTP, CPCI, Web of Science), Institution of Electrical Engineers (IEE), dan lain-lainnya. Berikut ini adalah alamat link dari Material Science Forum edisi NAEE http://www.ttp.net/978-3-03785-622-2.html.

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


liputan 34

Padjadjaran International Physics Symposium (PIPS) 2013

Dari kiri ke kanan : salah satu sesi presentasi oral, pemberian plakat penghargaan kepada invited speakers, dan suasana sesi presentasi poster

Padjadjaran International Physics Symposium (PIPS) 2013 telah terselenggara dengan sukses pada 7-8 Mei 2013 di Kampus Universitas Padjadjaran Jatinangor, Jl. Bandung Raya Sumedang km-21. Perhelatan yang diselenggarakan oleh Jurusan Fisika Fakultas Matematikan dan Ilmu Pengentahuan Alam (FMIPA) Unpad ini mengambil tema “kontribusi Fisika untuk lingkungan dan konservasi energy” (contribution of physics on environmental and energy conservation). Simposium ini mencakup berbagai bidang fisika dan aplikasinya seperti ilmu material, instrumentasi, geofisika, dan fisika teori. PIPS 2013 yang disponsori oleh Material Research Society of Indonesia(MRS-Id), Himpunan Fisika Indonesia (HFI) dan Himpunan Optika Indonesia menghadirkan 13 pembicara tamu yang berasal dari berbagai Negara yaitu Indonesia, Malaysia, Singapura, Jepang, Amerika Serikat, dan Perancis. Para pembicara yang merupakan peneliti atau akademisi dari berbagai institusi atau universitas terkemuka tersebut menyajikan berbagai topik penelitian yang sebagian besar masih cukup jarang dilakukan oleh peneliti di Indonesia. Terlepas dari hal itu, antusiasme peserta yang hadir sangat jelas terlihat dari beragamnya pertanyaan yang diajukan kepada masing-masing pembicara. Di samping sesi pembicara tamu, terdapat pula sesi presentasi oral dan sesi presentasi poster yang diikuti oleh puluhan peneliti dan mahasiswa dari berbagai perguruan tinggi yang berada di pulau Jawa. Terdapat kurang lebih 43 penyaji pada presentasi oral dan 67 penyaji pada presentasi

poster yang membawakan berbagai topik penelitian. Berbagai pertanyaan yang disodorkan oleh sesama peserta dan pengunjung non-penyaji memperlihatkan antusiasme penonton dan pengunjung yang hadir. Diskusi panjang dan menarik pun seringkali terjadi, menambah meriahnya kedua sesi ini. Pada PIPS 2013 kali ini, artikel dari para penyaji di sesi presentasi oral dan poster yang memenuhi syarat kualitas akan diajukan untuk publikasi sebagai jurnal conference proceeding yang diterbitkan oleh American Institute of Physics (AIP). Hal ini erat kaitannya dengan usaha panitia untuk menginternasionalisasikan paper-paper dari peneliti Indonesia yang ikut serta pada PIPS 2013 ini agar dapat diakses oleh peneliti luar negeri melalui jejaring penerbitan milik AIP. Pada penghujung rangkaian acara, dihelat suatu sesi khusus yang dipersembahkan kepada guru besar Program Fisika Unpad, Dr. Rustam E. Siregar, yang akan segera memasuki masa pensiun. Sungguh besar jasa dan dedikasi beliau dalam membesarkan Program Fisika Unpad dan juga pengembangan berbagai topik penelitian yang terkait kelimuan Fisika. Pada akhir acara, ketua panitia, Dr. Risdiana, menutup seluruh rangkaian acara PIPS 2013 kali ini. Dalam pidato penutupan, ketua panitia mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah mendukung kesuksesan penyelenggaraan acara ini. Besar harapan bahwa PIPS dapat diselenggarakan kembali di waktu yang akan datang.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


liputan 35

Seminar Nasional Material 2013

Suasana Seminar Nasional Material (SNM) 2013 Teknologi material saat ini berkembang sangat cepat dalam berbagai bidang dari teknologi kedokteran, elektronika, perminyakan, dan banyak bidang yang lain sehingga berdampak luar biasa dalam berbagai aspek kehidupan manusia. Oleh karena itu, negara-negara maju berlomba-lomba mengalokasikan dana untuk berinvestasi mengembangkan teknologi material. Sejumlah terobosan penting yang terjadi di dalam teknologi material diharapkan muncul dalam rangka untuk memperluas wawasan dan memperdalam pemahaman manusia terutama paling penting adalah mampu memberi manfaat untuk hajat hidup orang banyak. Dengan latar belakang ini, Kelompok Keilmuan (KK) Fisika Material Elektronik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA-ITB) menyelenggarakan Seminar Nasional Material (SNM) 2013 pada Sabtu, 16 Februari 2013. SNM 2013 merupakan seminar nasional yang kedua. Seminar SNM 2013 ini mengusung tema: “Kontribusi Penelitian Material dan Aplikasinya untuk Menjawab Kebutuhan Masyarakat, Industri, dan Kemajuan Bangsa”. Tujuan seminar yang ingin memberikan manfaat bagi masyarakat ini pun terlihat dari cakupan bidang yang dibahas sangat luas, yaitu material elektronik, material magnetik, material optik, material katalis, nanomaterial, komputasi material, dan aplikasinya sebagai sumber energi, kesehatan, dan lingkungan. Acara ini dibuka dengan sambutan dari dekan FMIPA ITB, Prof. Dr.rer.nat Umar Fauzi yang menyatakan antusiasmenya terhadap acara seminar ini. Prof. Dr. Toto

buletin

Winata, Ketua KK Fisika Material Elektronik, dalam sambutannya turut mengungkapkan apresiasinya atas terselenggaranya acara ini. Beliau mengatakan, "SNM 2013 merupakan seminar nasional yang kedua dan untuk kedepannya diharapkan menjadi seminar dengan taraf internasional sehingga bisa menjadi tempat bertukar informasi/ilmu atau perkembangan teknologi material terkini dari peneliti-peneliti di seluruh penjuru dunia". Salah satu pembicara tamu, Dr. Eng. Muhammad Miftahul Munir (Fisika ITB), memaparkan materi mengenai “Sintesis material nanofiber dengan elektrospinning dan aplikasinya”. Beliau memaparkan, “Elektrospinning (electrospinning) adalah salah satu metode untuk mensintesis bahan berstruktur nano yang merupakan teknik sederhana dan serbaguna untuk fabrikasi serat berukuran nano (nanofiber). Membran nanofiber yang diperoleh dari teknik elektrospinning memiliki potensi yang besar untuk diaplikasikan pada berbagai bidang. Nanofiber sendiri mempunyai aplikasi yang sangat luas, meliputi komponen organ buatan, teknik jaringan, bahan implan, dressing luka, bahan tekstil medis, filter ULPA, udara, minyak, filter bahan bakar untuk otomotif, filter untuk minuman, farmasi, sel membran bahan bakar, dye-sensitized solar cell dan yang lainnya.”. Kemudian, beberapa pembicara memaparkan hasil penelitian mereka sampai acara ini ditutup pada pukul 13.00, dan dilanjutkan dengan sesi foto bersama dan pembagian sertifikat.

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


liputan 36

Liputan 8th Indonesian Zeolite Seminar, 4-5 June 2013, ITB Campus Bandung Seminar Zeolit Indonesia ke-8 telah diadakan di Aula Timur ITB, Bandung pada 4-5 Juni 2013. Seminar ini diadakan oleh Ikatan Zeolit Indonesia dan telah berhasil menghadirkan pakar-pakar international maupun nasional sebagai pembicara plenary, keynote dan oral. Prof. Lynne McCusker dari ETH Zurich, Swiss memaparkan presentasi tentang sejarah penemuan zeolit sintetik beserta teknik karakterisasinya seperti difraksi sinar X. Prof. Valentin Valtchev dari Universitas Caen, Perancis memaparkan teknik-teknik untuk mendapatkan kristal zeolit dalam ukuran nanometer. Pada hari ke-2, Prof. Svetlana Mintova dari Universitas Caen, Perancis menunjukkan sintesis yang bebas templat dan aplikasi dari zeolit. Dikarenakan kestabilan termal yang tinggi, luas permukaan dan volume mikropori yang tinggi, zeolit dapat digunakan sensor pada devais optik. Pembicara plenary selanjutnya dalam seminar ini adalah Prof. Suryadi Ismadji dari Univesitas Katolik Widya Mandala, Surabaya. Dr. Ng Eng-Poh dari Universitas Sains Malaysia dan Dr. Wong Ka-Lun dari National Institute of Education, Singapura serta Prof. Aishah Abdul Jalil dari Universiti Teknologi Malaysia bertindak menjadi pembicara keynote. Dalam seminar ini juga dipamerkan poster dari kalangan mahasiswa, peneliti dalam balai penelitian. Selain itu terdapat pameran produk saintiďŹ k instrumen dan zeolit yang diabadikan dalam kain batik. Seminar zeolite ke-8 dihadiri lebih dari 100 peserta dari berbagai negara seperti Indonesia, Malaysia, Singapura, Taiwan, Perancis dan Swiss.

Gambar 1. Suasana seminar zeolite ke-8 di Aula Timur ITB. Presentasi dari Prof. Lynne McCusker.

buletin

Gambar 2. Batik Zeolit diperkenalkan dari kerjasama antara FMIPA dan FSRD.

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


agenda 37

24-25 Juni June2013 2013 1ST INDONESIAN STUDENT CONFERENCE ON SCIENCE AND MATHEMATICS Bandung, Indonesia 7-12 Jul Juli2013 2013 17th International Zeolite Conference

The 5th Nanoscience and Nanotechnology Symposium

Moscow, Russia 11-16 Agustus Aug 20132013

Surabaya, 23-25 Oktober 2013

Gordon Research Conference on Nanoporous Materials and Their Applications Holderness, NH, USA 2-4 Sep September 2013 2013 3rd ITB Catalysis Symposium Bandung, Indonesia 3-6 Sep September 2013 2013 International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibition - PPM 2013 Izmir, Turkey 6-9 Sep September 2013 2013 5th International Symposium on Advanced Micro- and Mesoporous Materials Golden Sands, Bulgaria 8-12 Sep September 2013 2013 1st International Symposium on Mesoporous Zeolites, ACS National Meeting Indianapolis, IN, USA 11-14 September 2013 Workshop on Layered Materials: Challenges in layered materials: synthesis, characterization, properties Liblice Castle, Czech Republic 17-18 September 2013 The 2013 International Conference on Advanced Materials Science and Technology Yogyakarta, Indonesia

Nanoscience and Nanotechnology Symposium merupakan konferensi ilmiah internasional dengan kualitas akademik tinggi yang diselenggarakan setiap dua tahun sekali. Konferensi ini diselenggarakan dibawah dukungan Material Research Society of Indonesia (MRS-Id), Physics and Applied Physics Society of Indonesia dan Indonesian Vacuum Society. The 5th Nanoscience and Nanotechnology Symposium (NNS 2013), bersamaan dengan The 2nd Japan Powder Technology Forum, akan diselenggarakan di Surabaya pada tanggal 23-25 Oktober 2013 dan diorganisir oleh Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) dan Institut Teknologi Bandung (ITB). Tujuan dari simposium ini adalah untuk memberikan gambaran terkini bidang riset yang luas yang berkaitan dengan nanosains dan nanoteknologi. Para ahli diseluruh dunia akan berbagi pengetahuan baru dan saling bertukar pengetahuan dan gagasan dalam bidang tersebut. Topik yang akan dibahas dalam simposium ini antara lain meliputi: nanoteknologi untuk industri minyak dan gas, nanomaterial, bio-nanoteknologi, nanoelektronika, nano-optik, komputasi nanosains dan nanoteknologi, nanomanufaktur dan nanoteknologi dalam masyarakat, kesehatan dan lingkungan. Semua makalah lengkap yang dikirim ke NNS 2013 akan direview oleh peer reviewer untuk menjaga standar kualitas kontribusi ilmiah. Makalah yang diterima akan diterbitkan dalam prosiding internasional yang terindeks di Scopus. Info lebih lanjut mengenai NNS 2013 dapat diperoleh di: http://nns2013.org.

21-25 April 2014 MRS Spring Meeting & Exhibit San Francisco, CA, USA 30 Nov-5 Dec 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit Boston, MA, USA

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


liputan 38

Keanggotaan Berdasarkan AD/ART MRS-Id, anggota MRS-Id adalah mereka yang telah memperoleh pendidikan formal di bidang yang berkaitan dengan riset material (setara sarjana ke atas) yang bekerja di dalam bidang pengembangan, pengajaran atau penyebarluasan pengetahuan tentang ilmu dan rekayasa material, dan mereka yang secara professional bekerja di dalam bidang riset material. Keanggotaan MRS-Id terdiri dari empat kategori yaitu Anggota Biasa, Anggota Utama, Fellow, dan Anggota Mahasiswa: 1.

Anggota Biasa adalah warga negara Republik Indonesia yang memperoleh pendidikan formal sekurang-kurangnya S1 di dalam bidang yang berkaitan dengan riset material, atau mereka yang secara professional bekerja di dalam bidang yang terkait dengan riset material.

2.

Anggota Mahasiswa adalah warga negara Republik Indonesia yang sedang menempuh pendidikan formal S1 di bidang yang berkaitan dengan ilmu material.

3.

Anggota Utama dan Fellow ditentukan berdasarkan skor penelitian di bidang riset material yang telah dipublikasikan di jurnal ilmiah internasional, jurnal ilmiah nasional, prosiding pertemuan ilmiah internasional, dan prosiding pertemual ilmiah nasional dan keterlibatan aktif dalam kegiatan ilmiah internasional dan nasional. ď&#x201A;&#x;

Anggota Utama adalah warga negara Republik Indonesia yang telah mencapai skir penelitian dan kegiatan di bidang material minimum sebesar 100 poin.

ď&#x201A;&#x;

Fellow adalah warga negara Republik Indonesia yang telah mencapai skor penelitian dan kegiatan di bidang material minimum sebesar 250 poin; dan warga negara asing yang memiliki reputasi luar biasa dalam bidang riset material dan diakui secara internasional.

Adapun penentuan skor penelitian untuk menjadi Anggota Utama dan Fellow dihitung berdasarkan: 1.

Satu makalah yang terbit di jurnal ilmiah internasional memiliki poin 4.

2.

Satu makalah yang terbit di jurnal ilmiah nasional memiliki poin 1.

3.

Satu makalah yang terbit di prosiding pertemuan ilmiah internasional memiliki poin 0,75.

4.

Satu makalah yang terbit di prosiding pertemuan ilmiah nasional memiliki poin 0,5.

5.

Menjadi ketua atau anggota dewan editor jurnal ilmiah internasional tentang material dan bidang terkait memiliki poin 2 per tahun masa jabatannya.

6.

Menjadi ketua atau anggota dewan editor jurnal ilmiah nasional tentang material dan bidang terkait per tahun memiliki poin 1 per tahun masa jabatannya.

7.

Menjadi ketua atau anggota komite pertemuan ilmiah internasional tentang material dan bidang terkait per pertemuan memiliki poin 1. Menjadi ketua atau anggota komite pertemuan ilmiah nasional tentang material dan bidang terkait per pertemuan memiliki poin 0,5 per pertemuan.

8.

buletin

|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org


Buletin MRS-id Vol 1 No. 1  

Buletin MRS-id Vol 1 No. 1 Bulan Juli-September 2013

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you