Volume A6 No. 0106 ISSN 0854-3046
Reprint dari
JURNAL FISIKA
Himpunan Fisika Indonesia
Studi pantulan inframerah terhadap transisi isolator-logam-isolator
(IMI) yang terinduksi oleh tekanan pada Pt(bqd)2.
Hasanudin, T. Kuwayama, N. Kuroda dan I. Shirotani , J. Fis. HFI A6 (2005) 0106
Diterima editor: 17 Juli 2004; Disetujui untuk publikasi: 4 Mei 2005
H F I F
Diterbitkan oleh
Himpunan Fisika Indonesia
http://hfi.fisika.net
Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia
Jurnal yang mencakup Fisika Terapan (Vol. A), Fisika Pendidikan (Vol. B), dan Fisika Teoritik (Vol. C)
URL : http://jf.h . sika.net
Editor
Laksana Tri Handoko (Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia) Terry Mart (Universitas Indonesia)
Mitra Djamal (Institut Teknologi Bandung)
Editor Kehormatan
Muhamad Barmawi (Institut Teknologi Bandung) Tjia May On (Institut Teknologi Bandung)
Pramudita Anggraita (Badan Tenaga Atom Nasional Yogyakarta) Muslim (Universitas Gajah Mada)
Makalah
Makalah yang dapat dipublikasikan dalam jurnal ini adalah karya ilmiah orisinal dan termasuk ke dalam kriteria di atas
( sika terapan, sika pendidikan, dan sika teoritik). Lima bentuk makalah yang diterima editor adalah:
1. Letter : makalah singkat untuk hasil penelitian spektakuler yang belum sepenuhnya rampung, namun membutuhkan
komunikasi dengan dunia ilmiah secara cepat (maks. 4 hlm). Laporan lengkap dari hasil penelitian tersebut dapat
dipublikasikan sebagai artikel reguler setelah Letter terbit.
2. Regular : makalah yang merupakan laporan lengkap dari hasil sebuah penelitian.
3. Comment : Makalah yang mengajukan kritik terhadap makalah (reguler) yang telah dipublikasikan di jurnal ini
(maks. 4 hlm).
4. Review : makalah yang mereview satu topik sika tertentu secara komprehensif. Makalah jenis ini hanya dapat
dipublikasikan atas undangan editor jurnal.
5. Prosiding : prosiding simposium-simposium yang diadakan oleh Himpunan Fisika Indonesia diterbitkan sebagai
bagian yang utuh dari jurnal ini.
Pengiriman Makalah
Makalah dapat dikirimkan ke redaksi Jurnal Fisika dalam bentuk :
1. LATEX: bentuk ini sangat dianjurkan karena dapat mempermudah dan mempercepat proses publikasi. File LATEX
serta gambar yang menyertai makalah dapat dikirimkan melalui sarana pengiriman online di situs di atas.
2. MS-Word : le makalah dalam MS-Word dapat dikirimkan melalui sarana pengiriman online di situs di atas.
Biaya publikasi serta informasi lebih lengkap dapat dilihat di situs jurnal di atas. Seluruh proses komunikasi sesudahnya
dilakukan melalui situs.
Penjurian
Setiap makalah yang masuk akan diperiksa oleh seorang juri (referee) yang ditunjuk oleh editor. Hanya makalah yang
telah disetujui oleh juri dapat diterbitkan di jurnal ini. Penulis yang makalahnya ditolak oleh seorang juri berhak meminta editor untuk mencarikan editor lain, jika penulis tersebut dapat berargumentasi bahwa juri pertama tidak obyektif dalam menilai makalahnya. Keputusan editor atas suatu makalah tidak dapat diganggu-gugat. Editor berhak menolak makalah yang jelas-jelas tidak memenuhi kriteria ilmiah.
Reprint
Reprint versi elektronik lengkap dengan sampul depan dapat didownload secara cuma-cuma dari situs jurnal. Reprint versi cetak dapat juga dipesan pada redaksi jurnal. Informasi tentang biaya cetak serta biaya pengiriman reprint dapat dilihat pada situs jurnal.
Himpunan Fisika Indonesia
Ketua : Masno Ginting Wakil Ketua : Pramudita Anggraita
Sekretaris : Edi Tri Astuti, Maria Margaretha Suliyanti Bendahara : Diah Intani
Alamat Sekr : Dynaplast Tower 1st Floor, Boulevard MH Thamrin #1, LIPPO Karawaci 1100
Tangerang 15811, Banten, Indonesia
URL : http://h . sika.net E-mail : info@h . sika.net
c 2005 Himpunan Fisika Indonesia ISSN 0854-3046
Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia Volume A6 (2005) 0106 Letter
Studi pantulan inframerah terhadap transisi isolator-logam-isolator (IMI)
yang terinduksi oleh tekanan pada Pt(bqd)2.
Hasanudin1, T. Kuwayama2, N. Kuroda2 dan I. Shirotani3
1Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura, Pontianak 78124, Indonesia
2Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Kumamoto University,
Kumamoto 860-8555, Japan
3Faculty of Engineering, Muroran Institute of Technology, Muroran 050-8585, Japan
Intisari : Telah dilakukan studi pantulan inframerah di bawah tekanan tinggi yang dihasilkan dengan diamond anvil cell (DAC) terhadap kristal tunggal Pt(bqd)2. Perubahan spektrum pantulan oleh tekanan menunjukkan terjadinya transisi isolator-logam pada tekanan 1,0 GPa serta transisi logam-isolator pada tekanan 1,5 GPa. Transisi isolatorlogam ditandai oleh penurunan celah tenaga secara signi kan, namun pada transisi logam-isolator tidak diamati adanya perubahan pada celah tenaga. Transisi logam-isolator ditandai oleh perubahan populasi elektron pada tingkat tenaga di dalam celah tenaga.
Kata kunci : Kompleks platina, spektroskopi inframerah, tekanan tinggi
E-mail : hasan@msre.kumamoto-u.ac.jp
Diterima editor: 17 Juli 2004; Disetujui untuk publikasi: 4 Mei 2005
1 PENDAHULUAN
Transisi dari isolator/semikonduktor ke logam adalah salah satu topik menarik dalam penelitian bahan di bawah tekanan tinggi. Secara umum dapat dikatakan bahwa bahan akan mengalami transisi menjadi logam bila ditempatkan di bawah tekanan yang sesuai. Namun
pada rentang tekanan yang terbatas seringkali yang terlihat adalah proses kebalikannya, yaitu transisi dari logam ke isolator/semikonduktor. Beberapa bahan bahkan menunjukkan beberapa kali perubahan fase pada rentang tekanan yang tidak terlalu besar.
Pengukuran hambatan listrik sering digunakan untuk mengamati fenomena ini. Namun, seperti pernah dibahas sebelumnya[1], metode ini punya banyak kelemahan. Turunnya hambatan listrik secara drastis sering dianggap sebagai tanda terjadinya transisi menjadi logam, padahal sesungguhnya tidak demikian adanya. Banyak bahan yang tetap berperilaku sebagai
semikonduktor meskipun nilai hambatan listriknya pada temperatur kamar setara dengan logam. Untuk memastikan hal ini setidaknya diperlukan pengukuran hambatan listrik sebagai fungsi temperatur.
Pengukuran pantulan optik adalah salah satu metode yang berguna dalam kajian atas fenomena
ini. Spektrum pantulan menunjukkan perbedaan yang tegas antara fase logam dan bukan logam suatu bahan.
Lebih dari itu, analisa dengan model Drude memberikan informasi mengenai frekuensi plasma, yang dapat digunakan untuk menghitung konsentrasi pembawa muatan. Besaran yang terakhir ini sangat penting artinya dalam memutuskan status logam/bukan logam suatu bahan.
Dalam tulisan ini dilaporkan hasil pengukuran terhadap pantulan optik pada Pt(bqd)2. Pt(bqd)2 adalah salah satu bahan d8 logam kompleks dari beberapa jenis 1,2-dinoe dioximes yang terkristal dalam struktur berkolom. Struktur kristal Pt(bqd)2 ditunjukkan pada Gb. 1. Molekul-molekul Pt(bqd)2 membentuk bidang-bidang sejajar yang tegal lurus terhadap sumbu kolom
dengan jarak antar bidang molekul bervariasi antara 3,6 sampai 3,2 A. Bahan ini menunjukkan karakter hantaran listrik rendah satu dimensi, sepanjang arah kolom molekul. Namun hantaran listrik beserta sifat-sifat optiknya sangat sensitif terhadap perubahan jarak antar atom logam sepanjang kolom. Karenanya bahan jenis ini sangat sensitif terhadap tekanan eksternal[2,3].
Pt(bqd)2 adalah bahan dengan jarak antar atom Pt 3,17 angstrom, paling kecil dibandingkan dengan bahan lain yang satu kelompok. Bahan ini adalah semikonduktor dengan celah tenaga termal 0,25 eV c 2005 Himpunan Fisika Indonesia 0106-1
Hasanudin, T. Kuwayama, N. Kuroda, I. Shirotani J. Fis. HFI A6 (2005) 0106
Gambar 1: Struktur kristal Pt(bqd)2 pada muka ab
(a) dan pada arah sumbu krsital satu-dimensi
(b). pada tekanan atmosfer.
Pengukuran hambatan listrik di bawah tekanan tinggi menunjukkan bahwa hambatan listrik bahan ini menurun drastis seiring dengan naiknya tekanan. Pada tekanan 1,4 GPa nilai hambatan listriknya menurun 4 digit dibanding nilainya pada tekanan atmosfer. Pada tekanan yang lebih tinggi nilai hambatan meningkat dengan laju
yang hampir sama pada penurunan hambatan tadi.
Pada tekanan sekitar 4 GPa nilai hambatan listrik
kembali setara dengan nilai pada tekanan atmosfer[2].
Hal ini ditafsirkan sebagai terjadinya transisi isolatorlogam- isolator pada bahan ini akibat tekanan.
Sebagaimana umumnya terjadi pada isolator/ semikonduktor, transisi ini diduga erat kaitannya
dengan perubahan struktur pita tenaga. Namun sejauh ini belum ada data eksperimen yang mendukung dugaan ini. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki kaitan antara transisi ini dengan struktur pita tenaga.
2 EKSPERIMEN
Bahan ini disintesis dan dikristalisasi oleh grup penelitian di Muroran Institute of Technology yang metodenya telah dijelaskan sebelumnya[2,3]. Kristal tanpa perlakuan lanjutan berukuran 150x100 m digunakan sebagai sampel
Gambar 2: Spektrum pantulan pada beberapa nilai tekanan.
Pantulan inframerah diukur dengan spektrometer FI/IR yang dilengkapi dengan
mikroskop. Tekanan dihasilkan dengan diamond anvil cell (DAC) dan ourinert (FC-40) digunakan sebagai medium penerus tekanan. Fluoresensi ruby digunakan untuk mengukur tekanan di dalam DAC. Keterangan detil mengenai spektrometer dan DAC telah dijabarkan
pada tulisan-tulisan terdahulu[1].
3 HASIL DAN DISKUSI
Gb. 2 menunjukkan spektrum pantulan Pt(bqd)2 pada beberapa nilai tekanan. Spektrum pada tekanan rendah disertai oleh pola interferensi karena pada tekanan rendah sampel tidak menempel sempurna pada permukaan intan sehingga terbentuk ruang terbuka antara
sampel-intan. Pantulan ganda pada celah ini menimbulkan interferensi seperti yang tampak pada spektrum.
Spektrum pada tekanan 0 GPa ditandai oleh pantulan rendah, sekitar 25 persen pada tenaga foton rendah, dan ini berlanjut hingga tenaga sekitar 0,5 eV.
Pada tenaga foton yang lebih tinggi spektrum menunjukkan peningkatan pantulan. Titik di mana pantulan mulai meningkat ini diperkirakan adalah awal dari dari pita transisi elektron dengan tenaga teren-0106-2
Studi pantulan inframerah terhadap transisi ... J. Fis. HFI A6 (2005) 0106
0 1 2 3
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
Energy gap
Pressure (GPa)
Energy gap (eV)
Resistivity
10
2
10
1
10
0
10
-1
Resistivity (W cm)
Gambar 3: Ketergantungan celah tenaga dan hambatan listrik pada tekanan. Garis pada gra k adalah panduan untuk mata. Data hambatan listrik diambil dari Ref. 2.
dah yang setara dengan transisi dari pita valensi ke pita konduksi. Dengan kata lain, titik ini dapat dianggap sebagai ujung serapan (absorption edge) yang biasa dijadikan pedoman untuk menentukan lebar celah tenaga. Dari spektrum ini dapat diperkirakan bahwa
celah tenaga optik bahan ini adalah sekitar 0,4 eV.
Celah tenaga ini mengecil seiring dengan meningkatnya tekanan. Pada tekanan mendekati 1 GPa terbentuk pita trasisi baru dengan puncak pada tenaga 0,21 eV. Pada tekanan yang lebih tinggi juga diamati adanya puncak baru pada tenaga 0,51 eV. Ketergantungan celah tenaga pada tekanan ditunjukkan pada Gb. 3 dan ditampilkan bersama data ketergantungan hambatan listrik pada tekanan dari pengukuran yang telah terlebih dahulu dilaporkan[2]. Seperti terlihat
pada gambar, celah tenaga mengecil bersama peningkatan tekanan, dan bersamaan dengan itu hambatan listrik juga menurun drastis. Pada tekanan di atas 1,0 GPa celah tenaga cenderung tetap, sementara hambatan listrik kembali meningkat. Hal ini mengindikasikan bahwa transisi dari isolator ke logam terjadi pada tekanan 1,0 GPa. Pengukuran hambatan
0 1 2 3
20
30
40
50
60
insulator metal insulator
Reflektivity at 0.21 eV (%)
Pressure (GPa)
Gambar 4: Ketergantungan intensitas pantulan pada tenaga 0,21 eV terhadap tekanan. Garis pada gra k adalah panduan untuk mata.
listrik menunjukkan bahwa pada tekanan ini bahan sudah berkarakter logam meskipun hambatan minimum diamati pada tekanan yang sedikit lebih tinggi.
Meskipun dilaporkan memiliki fase logam, pada seluruh nilai tekanan tidak terlihat adanya pantulan Drude sebagaimana lazim diamati pada logam. Pada seluruh pengamatan eksperimen ini kita tetap mengamati adanya celah tenaga. Ada dua kemungkinan sebabnya.
Pertama, bahwa keadaan logam pada kasus ini berbeda dengan yang ditemui pada logam secara
umum. Untuk keadaan ini sebenarnya lebih tepat bila dikatakan bahwa keadaan logam tidak tercapai, dan bahan ini mempertahankan sifat semikonduktornya.
Antaran listrik meningkat drastis mendekati keadaan logam karena tingginya konsentrasi pembawa muatan.
Kemungkinan kedua, bahwa fase logam hanya terjadi pada rentang tekanan yang sangat kecil. Hal ini telah diduga sebelumnya dari hasil pengukuran hambatan listrik[2]. Artinya pengukuran pada nilai tekanan yang diskret tidak berhasil menjumpai bahan dalam keadaan logamnya.
Menarik untuk diperhatikan bahwa penurunan 0106-3
Hasanudin, T. Kuwayama, N. Kuroda, I. Shirotani J. Fis. HFI A6 (2005) 0106
celah tenaga tidak terlalu besar dibandingkan dengan penurunan hambatan listrik. Namun perlu diingat bahwa pada tekanan mendekati fase logam di bawah celah tenaga muncul puncak baru yaitu pada tenaga 0,21 eV. Puncak ini mungkin mengindikasikan adanya tingkat tenaga baru semacam tingkat tenaga donor di bawah tenaga terendah pita konduksi. Transisi elektron
dari tingkat tenaga ini boleh jadi berperan besar pada penurunan hambatan listrik. Selanjutnya
menarik pula untuk diperhatikan bahwa celah tenaga tidak berubah di atas tekanan 1,5 GPa di mana hambatan naik drastis. Tapi naiknya hambatan ini diiringi dengan menurunnya intensitas puncak tadi. Ini bisa ditafsirkan sebagai penurunan populasi elektron pada tingkat tenaga tadi. Intensitas pantulan pada tenaga 0,21 eV ditampilkan pada Gb. 4.
4 KESIMPULAN
Pada penelitian ini telah diamati pantulan optik pada Pt(bqd)2 yang mengalami transisi isolator-logamisolator terinduksi tekanan. Secara keseluruhan hasil pengukuran optik ini mereeksikan dengan baik transisi tersebut. Transisi dari isolator ke logam dire-eksikan dengan baik oleh perubahan celah tenaga oleh tekanan, sedangkan intensitas pantulan pada tenaga 0,21 eV mere
eksikan transisi isolator-logam dan logam-isolator.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hasanudin, F. Fujihara, N. Kuroda dan T. Kagayama,
J. Fis. HFI A4 (2003) 0213.
[2] I. Shirotani, A. Kawamura, K. Suzuki dan W.
Utsumi, Bull. Chem. Soc. Jpn. 64 (1991) 1607.
[3] K. Takeda, I. Shirotani dan K. Yakushi, Chem.
Mater. 12 (2000) 912.
0106-4
Tidak ada komentar:
Posting Komentar