Pengaruh Hfek Sinter Pada Sifat Magnetoresistance Bahan Paduan (Sm.La)Mn2Ge2 (Setyo Purwanto)

PENGARUH EFEK SINTER PADA SIFAT MAGNETORESISTANCEBAHAN P ADUAN (Sm,La)Mn2Gez

Setyo Purwantol, Wagiyol, Teguh Yulius Surya P.PI, Wisnu Ari Adil, Y. Yamaguchi2IPuslitbang Ilmu Pengetahuan Bahan, BATAN, Puspiptek

2 Institute for Materials Research, Tohoku Univ. Japan

ABSTRAK

PENGARUH EFEK SINTER PADA SIFAT MAGNETORESISTANCE BAHAN PADUAN(Sm,La)Mn2Ge2. Makalah ini memaparkan basil penelitian pada bahan (Sm,La)Mn2Ge2 yang memiliki sifatmagnetoresistance pada suhu ruang. Bahan yang menjadi objek pengamatan memiliki komposisi unsur La 10,20dan 30% berat yang dibuat dalam bentuk pelet dari cuplikan ingot yang sudah mengalami proses sinter selama 1,8dan 16 jam pada suhu 900 °C. Dari basil pengukuran sit'at magnetoresistance dengan metoda/our point probedengan medan magnet sampai sekitar 1 Tesla, diketahui terjadi peningkatan sifat magnetoresistance yang amatberarti pada cuplikan dengan komposisi La 30% yang telah dianil selama 8 jam, daTi hanya sekitar 7 % menjadilebih daTi 66%. Pengamatan secara sistematis terhadap struktur mikro bahan memperlihatkan bahwa peningkatansit'at tersebut berkaitan dengan pertumbuhan/growth daTi populasi pola seperti domain magnetik yang ditandaidengan citra pola abu-abu putih pada basil foto mikroskop elektron.

Kata kunci : Magnetoresistan, sinter, lantanum, paduan (Sm, La)Mnpe2' domain magnetik.

ABSTRACT

THE EFFECT OF SINTERING ON MAGNETORESISTANCE PROPERTIES OF(Sm,La)Mn1Ge1COMPOUND. This paper present about the magnetoresistance (MR) behaviour of(Sm,La)Mn2Ge2 compound at room temperature The samples have 10,20 and 30% weight La composition inpellet made from ingot after sintering process at 900 .C for I, 8 and 16 hours. The magnetoresistance measurementresults obtained using a four point probe under external magnetic field up to I Tesla have shown an increase ofMR from 7% up to more than 66% for sample with 30% La after sintering 8 hour. The systematic study onmicrostructure shows that the increase of MR is strongly related to the growth of population of magneticdomain like indicated by grey and white images or patterns at the microscope electron photos.

Key words: Magnetorisistance, sinter, lantanum, (Sm, La)Mn2Ge2 compound, magnetic domain.

PENDAHULUAN

Pada makalah ini akan disampaikan hasil-hasi! daripengamatan terhadap ke!akuan sifat magnetoresi.~tancerasio (MR) pada paduan (Sm,La)Mn2Ge2 denganmenggantikan sebagian atom Sm dengan atom La padakonsentrasi atom La antara 10-30%. Diketahui bahwadengan menggantikan sebagian Sm dengan atom La akanmenyebabkan terjadinya kompetisi interaksi pertukarandaTi rasa Mn antiferomagnetik pada paduan SmMn2 Ge2dengan rasa Mn feromagnetik pada paduan LaMn2 Ge2yang pada gilirannya akan memperluas rasa tengah(intermediate phase)[l]. Teramati bahwa rasa inicenderung 'un,~table' sehingga sangat mudahdipengaruhi oleh perubahanjarak kisi pada arab sumbua krista! dan juga oleh medan magnet sehinggadiharapkan sifat magnetoresistance yang dimiliki olehpaduan SmMn2Ge2 akan tetap 'exist' dan menCakUPdaerah suhu kerja yang bertambah luas. Sifat-sifattersebut tadi pada cuplikan pelet setelah dianil dandipress telah diamati dan dilaporkan pada maka.lah lain[2]. Dari basil studi awal tersebut dapat diduga bahwa

sifat magnetoresistance bahan khususnya sangatbergantung pada rasa primer daD densitas bahan,Sedangkan makalah kali ini akan lebih menyorotipengaruh perlakuan lama sintering pada cuplikan peletdaD melaporkan bahwa waktu sintering sangat erathubungannya dengan pertumbuhan domain daD polapenyebaran domain magnetik, Faktor-faktor tadi akansangat menentukan terjadinya peningkatan sifatmagnetoresistance bahan,

TATA KERJA

Bahan dan Metode

Pada penelitian ini bahan yang dipakai adalahSamarium ingot 99.9%, lanthanum ingot 99,9%, Mn flakes99,9%, germanium 9,999%, Dari bahan-bahan tersebutdibuat paduan SmM~ Ge2 dan ~ Ge2 terlebih dahuludengan metoda Tri Arc Melting. Setelah itu paduandicampur dengan perbandingan persen be rat antara

21

Jurnal Sa ins Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Vol. 2 No.1, Oktober 2000, hal: 21 -24ISSN.. 1411-1098

SrnMn2Ge2 daD LaM~Ge2 90: 10,80:20 daD 70:30 laludilebur kembali pacta kondisi gas Argon. Kemudianpaduan dengan komposisi tersebut di atas diperiksarasa yang telbentuk dengan difraksi sinal-X. Sedangkansebagian bahan lain dianil didalam vakum dengandibungkusTantalumfoilpadasuhu900°C selama 100jam. Setelah dianil cuplikan diperiksa kembali dengandifraksi sinal -X untuk mengetahui kondisi rasa yang acta.Dan cuplikan tadi beberapa dibuat bubuk lalu dipeletisasidengan tekanan P=lO ton per sentimeter persegi.Kemudian cuplikan tadi di sinter dalam furnace vakumpacta suhu 900°C dengan belbagai variasi waktu yaitu 1jam, 8 jam dan 16 jam. Setelah itu dilakukan pengukuransifat magnetoresistance dengan metoda empat titik daDjuga dilakukan pengamatan terhadap struktur mikrobahan dengan peralatan SEM di P3 IB dan LIPI.

dan perlakuan sintering 8 jam (AS-8h). Pengamatandilakukan dengan menggunakan peralatan SEM di P3 IBdan LIP!. Pacta bagian ini hanya akan dibahas lebih dalampacta sifat struktur mikro bahan setelah mengalami efeksintering 8 jam (AS-8h).

Pengamatan pada Cuplikan Sesudah Miling (AM)

Seperti sudah dilaporkan pada makalah lain[2],diketahui bahwa cuplikan dengan konsentrasi atom Lalebih tinggi memiliki ukuran butiran lebih besar sepertidiperlihatkan pada Tabe12, dengan kerapatan yang lebihrendah dibandingkan pada cuplikan dengan konsentrasiatom La lebih sedikit.

Table 1. Sifat Mikrostruktur Paduan (Sm,La)Mfi,Gez PascaTekan Oingin

BASIL DAN PEMBABASANDensity(gr/cc)

Grnnular dianleter(1J.nt)

CompoundPengukuran Difraksi Sinar-X

Hasil analisis pola difraksi dengan programRIETAN[3] menunjukkan bahwa untuk paduan inidiketahui fraksi rasa Smo9Lao1Mn2Ge2 sekitar 91,13%sedangkan fraksi rasa impuritas Lap:- sekitar 8,87%.

Sedangkan pacta paduan dengan komposisiSmo,sLao.2Mn2Ge2 daD Smo,7Lao,:-Mn2Ge2 basil analisisRIET AN menunjukkan bahwa rasa utamaSma sLaG 2Mn2Ge2 daD Sma 7Lao lMn2Ge2 besarnyabertambah menjadi 99,93% sedangkan fraksi rasaimpuritasnya menurun menjadi hanya 0,7%. Kemudianefek dari penggantian atom Sm dengan atom Lamengakibatkan parameter kisi bertambah panjang baikuntuk arab sumbu a maupun arab sumbu c kristal.Sebagai akibatnyajarak Mn-Mn di dalam satu kisi (inplane di.5tance) maupun antar kisi (interplane distance)bertan1bah, seperti diperlihatkan pacta Tabell. Diketahuibahwa besaran jarak Mn-Mn di dalam satu kisi yangsarna atau 'in plane distance' berpengaruh pacta rasamagnetik yang muncul.

Smo.9LaO.IMIl2Ge2 7,08 <5-10

Snlo.8LaO.2M~Ge2 5,85 5-10

Smo.,Lao,3Mfi2Gez 6,13 >10

Pengamatan Struktur Mikro Pada Cuplikan SetelahSinter 8 jam

Pengamatan struktur mikro difokuskan pactacuplikan yang telah mengalami proses sinter 8 jam yaituL3(La=30%),L2(La=20%) dan LI(La=IO%), karenadiketemukan gejala menarik pacta peningkatan sifatmagnetoresistan bahan yang sangat tajam.

Dari Gambar 1, 2, dan 3 terlihat bahwa pola seperti'domain magnetik' abu-abu berseling putih telahdianalisa rasa-rasa dengan SEM/EDAXS. Diketahuibahwa rasa utama untuk daerah putih dan abu-abu pactaumurnnya memiliki fa sa yang sarna, yaitu rasa(Srn,La)Mn2Ge2. Sedangkan daerah abu-aburnengandung kadar oksigen yang lebih banyak, Didugaberasal daTi paduan irnpuritas La2O,. Hal ini sesuaidengan analisis dengan RlET AN seperti dilaporkan pactarnakalah sebelumnya oleh Setyo. P. dkk[l ].

Table 1. Hasil refinement/penghalusan hasil pol a difraksi

sinar-X

Pengukuran Sifat Magnetoresistance

Pengukuran sifat magnetoresistance dilakukandengan peralatan yang dibuat sendiri di P3IB-BATAN,yaitu jour point probe dc'. Sampel yang diukur adalahcuplikan hasil milling dan sintering selama 1, 8 dan 16jam yang berbentuk pelet dengan ketebalan sekitarO,30mm dan ditempatkan dengan penampang tegak lurusterhadap medan magnet luar, Medan magnet luar optimalarouah sekitar 1,0 Tesla, Dan beberapa sampel diperoleh

Pengamatan Struktur Mikro Bahan

Pengamatan struktur mikro bahan dilakukanterhadap sampel yang mengalami perlakuan mi ling(AM)

22

Pengaruh Efek Sinter Pada Sifat Magnetoresistance Bahan Paduan (Sm.La)Mn2Ge2 (Setyo Purwanto)

Tabel 3. Hasil pengukuran magnetoresistance pasca sinter clanmiling

Rasio Magl.,toresistan (%)

PaduanSillterillg

16jwIl

1,05

4,55

26,6

SilltelillgIjanl

1,98

6,87

6,4

SinteriJlg8 janl

0,68

1,92

Milillg

S~9l.ao.1Mnl.Ge2

S~sl.ao.2Mn1.Ge2

S~7l.aQ,3Mn1.Ge2

0,60

1,4

7,0 66,6

diperoleh data bahwa ukuran granular pada paduanmeningkat dengan penambahan La [2]. Hal ini dapatdipahami jika proses hamburan elektron yang terjadimengikuti model granular magnetik seperti pada kasus(Sm, Y)Mn2Ge2 [4]. Dalam model tersebut, hargaresistivitas dari proses elektron yang terhamburtergantung pada dua hal, yaitu potensial penghamburyang berkait dengan ukuran/diameter granular danpotensial magnetik momen dipol magnetik antar spinmagnet di dalam granular [5]. Kemudian akibat prosessinter dengan variasi waktu pada umumnya terjadipeningkatanharga rasio magnetoresistan. Terlihat bahwacuplikan dengan komposisi La=30% mengalami

peningkatanyang sangatdramatis sampai sebesar66,6%dari harga sekitar 6~ 7% setelah disinter selama 8 jam,tetapi kemudian mengalami penumnan menjadi 26,6%ketika waktu sinter diperpanjang menjadi 16 jam.Sedangkan untuk cuplikan dengan kadar La= 10 dan 20%pada umumnya mengalami kenaikan hanya 2 sampai 3kali lebih besar dibanding dengan harga magnetoresistanpada cuplikan pelet hasil miling. Pengamatan denganSEM/EDAXS pada beberapa cuplikan pelet hasil sinter8 jam menunjukkan adanya perbedaan stmktur mikrobahan, yaitu pacta pola 'magnetic domain like' citraabu-abu putih berseling. Dimana pada cuplikan L3 setelahsinter 8 jam(AS-8h) yang memiliki sifatmagnetoresistancetertinggi memiliki pola tersebut yang lebih padat danteratur. Sedangkan pada cuplikan L 1 dan L2 setelah sinter8 jam, dijumpai pola tersebut tidak padat dan tidak teratur.Dugaan sementara ini adalah pola tersebutlah yangbertanggung jawab mengapa sifat magnetoresistancepada cuplikan L3(AS-8h) begitu tinggi, dimanakontribusipotensial hamburan elektron tidak sekedar dari potensialbutiran/ grain seperti pada kasus cuplikan pelet sesudahdigerus, tetapi pola 'domain magnetic like' tadiberkontribusi sebagai potensial hamburan dipol

magnetik.

Gambar I. Hasil t'oto struktur mikro cuplikan L3 setelah dis-inter selama 8jam pada suhu 900 'C. Terlihat adanya polagelap (abu-abu) dan putih yang memanjang dengan ukuranmasing-masing sekitar 10 mm untuk alur putih dan 20 mmuntuk alur abu-abu,

Gambar 2. Hasil roto struktur mikro cuplikan L2 setelah dis-inter selama 8jam pada suhu 900 'C. Terlihat pola alur abu-abuclan putih kurang jelas clan lebih acak dibanding pola padacuplikan L3.

Gambar 3, Hasil foto struktur mikro cuplikan Ll setelah dis-inter selama 8jam pada suhu 900 "C. Terlihat pola alur abu-abuclan putih kurang jelas clan lebih acak dibanding pola padacuplikan L3 clan L2.

KESIMPULAN

Dari basil-basil yang telah dikemukakan di atasdapat disimpulkan bahwa penggantian atom Sm denganLa sampai pacta konsentrasi La=30% telah membuatpeningkatan sifat magnetoresistance. Efek sinter pactapaduan mempengaruhi proses pertumbuhan butiranlgrain. Pacta perlakuan sinter 8 jam diketahui mampu

hasil pengukuran yang dicantumkan pada Tabel 3.Dari Tabel3 terlihat bahwa peningkatall harga rasio

magnetoresistan pada cuplikan sesudah milling adahubungannya dengan peningkatan komposisi La didalam paduano Ternyata dari hasil studi struktur mikro

23

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal o/Materials Science

Vol. 2 No.1. Oktober 2000, hal: 21 -24ISSN: 1411-1098

DAFTARACUANmenaikkan sifat magnetoresi.5tance bahan, khususnyaL3(La=300/0) hingga 66,6%dari hanya ~tar 76/0. Teramatiadanya pola 'domain magnetic like' yang lebih padat

daD teratur pada cuplikan L3(AS-8h) dibandingkandengan paduan dengan kadar La lebih sedikit yaituLI(La=IO%) dan U(La=20%). Diduga pola tersebutadalah pola seperti domain magnetik (domain magneticlike) yang memberi kontribusi hamburan elektron selaku

potensial dipol-dipol magnetik,

[1]. SETYO P., et,al, Prosiding Simposium FisikpNasional XVIII, Serpong 25-27 April 2000, p.18-23

[2]. SETYO P., et,al, Submitted to Asia Pasific on

electronMicroscopy-7, Singapore.[3]. H, FURl, Manual Rietan-94, Japan (1994).[4]. SETYOP., Laporan Kemajuan RUT-6, Nov, 1999[5]. JU. H. KIM et.al, Solid State Commun., 89, 2 (t994)

157.

UCAPAN TERIMAKASm

Penulis utama (SP) mengucapkan terimakasihkepada Prof, H. Yamauchi dan Prof. Y. Yamaguchi dariInstitute for Materials Research-Sendai,Jepang untukpengukuran sifat magnetik dengan VSM. Ucapanterimakasihjuga disampaikan kepada DR Ridwan selakuKepala Bidang Fisika Zat Mampat -P3 IB alas kesempatanpenelitian yang diberikan kepada penulis.

24