Studi Kemagnetan Material Berlapis Dua Dimensi (2D) Dengan Kisi Heksagonal

Ristiani, Deril (2022) Studi Kemagnetan Material Berlapis Dua Dimensi (2D) Dengan Kisi Heksagonal. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 01111960010008-Disertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2025. Download (20MB) | Request a copy

Abstract

Material dua dimensi (2D) telah menjadi topik riset yang menarik sejak penemuan pertama grafena (2D) dari grafit (3D) pada tahun 2004 dan pengelupasan kristal 2D lainnya dari berbagai bahan berlapis yang berikatan van der Waals (vdW). Material 2D sangat potensial untuk devais elektronik dan optoelektronika generasi berikutnya. Bagian pertama dari penelitian ini membahas penyelidikan sifat kemagnetan secara eksperimental pada material grafena oksida tereduksi (rGO) berbasis biomassa yang diinduksi oleh cacat. Ditemukan bahwa cacat dapat diatur dengan proses pemanasan rGO hingga temperatur 1000°C. Proses interkalasi atom non karbon (Natrium/Na) juga diperkenalkan untuk memberikan gangguan pada struktur rGO. Penambahan atom Na dalam struktur rGO dengan perbandingan mol rGO dan Na yaitu 1: 2 dapat meningkatkan nilai magnetisasi saturasinya hingga dua kali daripada rGO murni. Mekanisme kemagnetan yang diinduksi oleh atom pengotor ini dijelaskan menggunakan pendekatan prinsip interaksi Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida (RKKY), dimana interaksi antara pengotor dalam sistem grafena dimediasi oleh elektron konduksi dari inang grafena. Interaksi jarak jauh ini memungkinkan momen pengotor pada grafena merasakan kehadiran satu sama lain dan merespons gangguan atau eksitasi magnetik di situs pengotor lainnya. Selain itu, teknik PLD juga digunakan untuk mendapatkan film rGO. Ditemukan bahwa cacat dapat dikontrol dengan mengontrol tingkat tekanan parsial oksigen (OPP) yang digunakan saat proses penumbuhan film. Film rGO dengan kondisi penumbuhan pada OPP sekitar 2mTorr menunjukkan tingkat cacat yang paling tinggi dan menginduksi magnetisasi saturasi paling besar. Konsep induksi kemagnetan dengan proses pemanasan dan eksfoliasi juga diterapkan pada material boron nitrida heksagonal (hBN). Hasilnya, dengan pemanasan hBN hingga temperatur 950°C, nilai magnetisasi meningkat secara signifikan. Diketahui bahwa dengan pemanasan dapat menginduksi menurunnya mode vibrasi E2g yang berkaitan dengan mode vibrasi dalam bidang pada situs sp2 dan diduga tingkat ketidakteraturan meningkat. Pada akhirnya, semua kemagnetan yang muncul berasal dari cacat struktural pada situs sp2 pada bahan berbasis grafena. Sehingga dalam penelitian ini disimpulkan bahwa kemagnetan pada bahan berbasis grafena dengan kisi heksagonal dapat diinduksi oleh cacat struktur yang dapat dikontrol dengan pemanasan, penambahan atom pengotor, dan pemberian tingkat tekanan parsial oksigen/ OPP yang bervariasi.
==============================================================================================================================
Two-dimensional (2D) materials have attracted research interest since the first discovery of graphene (2D) from (3D) graphite in 2004 and the exfoliation of other 2D crystals from various layered materials with van der Waals (vdW) bonds. 2D materials have great potential for the next generation of electronic and optoelectronic devices. The first aspect of this study discusses experimental investigations of defect-induced magnetism in biomass-based reduced graphene oxide (rGO) materials. It was found that the defects could be tuned by increasing the heating temperature of rGO up to 1000°C. The non-carbon atom (Natrium/Na) intercalation process was also introduced to give pertubation in the structure of rGO. The addition of Na atoms in the rGO structure with a mole ratio of rGO to Na of 1: 2 can increase the saturation magnetization value up to two times that of pristine rGO. The mechanism of magnetism induced by impurity atoms is approached by the principle of the Ruderman–Kittel–Kasuya–Yoside (RKKY) interaction, in which the interaction between impurities in the graphene system is mediated by conduction electrons from the graphene host. This long-range interaction allows impurity moments in graphene to sense each other's presence and respond to magnetic disturbances or excitations at other impurity sites. In addition, the PLD technique was also used to obtain rGO films. Defects can be controlled by controlling the oxygen partial pressure (OPP) that is used during the film growth process. rGO films with growth conditions at OPP of around 2 mTorr showed the highest defect level and induced the greatest saturation magnetization. The concept of defect-induced magnetism by heating and exfoliating processes is also applied to hexagonal boron nitride (hBN) materials. As a result, by heating the hBN to 950°C, the magnetization value increased significantly. It is known that heating the hBN at 950°C can induce a decrease in the E2g vibrational mode associated with the in-plane vibrational mode at the sp2 site, and it is suggested that the level of disorder is increased. Lastly, all of the emergent magnetism originates from structural defects at the sp2 sites in the graphene-based material. So in this study, it was concluded that the magnetism of graphene-based materials with a hexagonal lattice can be induced by introducing defects, which can be controlled by heating, adding impurity atoms, and varying the oxygen partial pressure.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	berlapis, grafena, hBN, magnetik, 2D, ayered, graphene, magnetic,
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC765 Magnetic materials
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Anis Wulandari
Date Deposited:	19 Jan 2023 04:42
Last Modified:	19 Jan 2023 04:42
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/95480

Actions (login required)

View Item