MATERIAL BERBASIS La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x=0; 0.3; 0.5; 0.7)
Skripsi
(S.Si)
Oleh:
2019 M/ 1440 H
MATERIAL BERBASIS La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x=0; 0.3; 0.5; 0.7)
Skripsi
Sains
(S.Si)
2019 M/ 1440 H
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu
persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya
cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam
Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau
merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia
menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif
Hidayatullah Jakarta.
Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat – sifatnya
yang menarik seperti CMR, MCE, dan absorbansi. La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0, 0.3,
0.5, 0.7) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel. Karakterisasi
menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor
pada seluruh sampel. Transisi stuktur kristal, perubahan parameter kisi, volume unit
sel, ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O), seta sudut ikatan <Mn-O-Mn> terjadi akibat
subtitusi ion Ca2+. Konsentrasi dopan x = 0 – 0.5 meunjukan bahwa sampel memiliki
struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal
orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 0.7. Hasil
karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan
ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+.
Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang
bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+.
Kata kunci : LSCMO, sol-gel, grain, resistivitas
vi
ABSTRACT
Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its
interesting properties such as CMR, MCE, and absorben. La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x =
0, 0.3, 0.5, 0.7) has been successfully synthesized using by sol-gel method.
Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without
impurities peak in all samples. Transition of crystal structure transition, lattice
parameters, cell unit volume, crystal size, bond length (Mn-O), and <Mn-O-Mn> bond
angles caused by Ca2+ ion substitution. Dopant concentration x = 0 - 0.5 shows that
the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and
orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =
0.7. The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show
difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution. Cyrogenic
Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity
value caused by the substitution of Ca2+ ions.
Keywords: LSCMO, sol-gel, grain, resistivity
vii
Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu
wa Ta’ala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di
Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta. Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu
wa Ta’ala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad
Shallallahu ‘alaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat. Pada kesempatan
ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita , tiada hal yang
dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini.
2. Ibu Dr. Sitti Ahmiatri Saptari, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika
dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono, M.Si selaku pembimbing II
yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini.
3. Ibu Prof. Dr. Lily Surraya Eka Putri, M. Env.Stud selaku Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
4. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
6. Bapak Edi Sanjaya, M.Si selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar
M.Si selaku penguji II.
7. Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika, Kak Adawiyah selaku
laboran Lab Kimia, Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI
yang telah banyak membantu penulis
8. Kakak senior yang saya banggakan, Ikhwan Nur Rahman M.Si, Ryan
Ryzaldi M.Si, dan Agung Sedayu S.Si atas supportnya selama ini.
9. Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi, Desty Adella Pratiwi,
Juli Hartati, dan, teman-teman Fisika Material, Fisika angkatan 2015,
Himpunan Mahasiswa Fisika, dan teman KKN Lentera Madani.
10. Special Thank’s kepada sahabat-sahabat saya, M. Umar Faruqi, Agung
Beny S, M. Rizki Hifdzia Fahmi, Dhimas Harjanto, Syaiful Salam
Izzudin, Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan
inspirasi kepada penulis.
diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis, karenanya penulis
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat
memperbaiki kesalahan di kemudian hari. Akhir kata, semoga Allah SWT
memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu, dan diharapkan
skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang.
Jakarta, 7 Juli 2019
1.2 Rumusan Penelitian ........................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 4
1.4 Batasan Masalah ............................................................................................. 5
1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................... 6
2.1 Perovskite Manganat ...................................................................................... 7
2.2 Sol Gel .......................................................................................................... 12
2.3 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect ..................................... 14
2.4 Double Exchange ......................................................................................... 15
2.6 Resistansi dan resistivitas ............................................................................. 19
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................. 20
3.1 Waktu dan Tempat ....................................................................................... 20
3.2 Alat dan Material .......................................................................................... 20
3.2.1 Alat ........................................................................................................ 20
3.5 Karakterisasi ................................................................................................. 27
3.5.2 Scanning Elektron Microscope (SEM) ................................................. 29
3.5.3 Cyrogenic Magnetometer ...................................................................... 30
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 50
5.2 Saran ............................................................................................................. 51
DAFTAR REFERENSI .............................................................................................. 52
Gambar 2.2 Grafik Pola XRD dari Material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3…………………………11
Gambar 2.3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect….……14
Gambar 2.4 Interkasi Double Exchange….……………………………………………..…...16
Gambar 2.5 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3………………………………………………....…17
Gambar 2.6 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3……………………………………………………18
Gambar 3.1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)……………………………………21
Gambar 3.2 Tahapan penelitian……………………………………………………………...22
Gambar 3.3 Proses pembuatan gel La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3(Dokumentasi Pribadi)….……….27
Gambar 3.4 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)…………………………………...28
Gambar 3.5 Prinsip kerja SEM.………………………………………………………………30
Gambar 3.6 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)…………………………………...31
Gambar 4.1 Grafik pola difraksi XRD dari material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3…………...……32
Gambar 4.2 Grafik pola difraksi XRD La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 2 diperkecil…..……………34
Gambar 4.3 Pola difraksi sinar X pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0………….....….34
Gambar 4.4 Pola difraksi sinar X pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.3.……….....….35
Gambar 4.5 Pola difraksi sinar X pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.5.……….....….35
Gambar 4.6 Pola difraksi sinar X pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.7.……….....….36
Gambar 4.7 Visualisasi struktur kristal La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 …………..….………………39
Gambar 4.8 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel…….…….…40
Gambar 4.9 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal………..41
Gambar 4.10 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond angle……...……...42
Gambar 4.11 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidth………………………...……...42
Gambar 4.12 Hasil pengujian SEM pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0-0.7….……...44
xii
Gambar 4.18 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La0.7(Sr1_xCax)0.3MnO3………..48
xiii
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Material Dasar…………………………………………………...24
Tabel 3.2 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x…………….……………………24
Tabel 3.3 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material…………………...25
Tabel 4.1 : Hasil analisis parameter struktural La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3..…………..…37
Tabel 4.2 Nilai rata-rata grain pada material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3………………..45
Tabel 4.3 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer…………………………..47
1
Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah
Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur
perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena
sifat kemagnetan dan kelistrikanya, yang berpotensi dapat diterapkan dalam
spintronics, random access memory (RAM), sensor medan magnet dan perangkat
magnetoelectric. Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara
berbagai interaksi yang kuat antara muatan, kisi, orbit dan spin dalam mangan,
biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR), di mana induksi medan magnet
membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1].
Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek
magnetoresistensi kolosal (CMR), sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik
mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh
medan magnet terapan. Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas,
banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari
fenomena ini. Secara umum, mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi
pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn. Namun, diskusi
tentang mekanisme ini, dalam banyak kasus, didasarkan pada jumlah makroskopis
seperti resistivitas dan magnetisasi, dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen
2
dan teori tersebut. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme, perlu untuk
memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda
juga [2].
Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =
La, Pr, dan Nd) dan B2+ = Ca, Sr, dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun.
Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya, minat senyawa ini tetap tinggi dan
mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir. Beberapa
sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik,
magnetoresistansi kolosal, dan efek Jahn – Teller. Sifat-sifat ini timbul dari variasi
keadaan fasa yang terbentuk, transisi, dan korelasi intrinsik dari struktur kristal, dan
karakteristik magnetik. Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi
teknologi, seperti transduser, nonvolatile perangkat memori dan sebagai material
katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3].
Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal, sifat fisik perovskite
manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang
kompleks. Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat
suhu ruang, di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama. Meskipun perubahan
entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd
panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka
relatif lebih kecil. Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi. Pada
3
material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena
memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=0.33 [4].
Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat
antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para
peneliti. Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan
yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu. Ion mangan di lanthanum manganites
memiliki elektron valensi campuran: Mn3+ dan Mn4+. Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller
dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi. Ini menimbulkan distorsi
kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal. Setiap fase memiliki rentang konsentrasi
yang pasti ion Mn4+. Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada
pemecahan orbital order, meningkatkan simetri kristal [5].
Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian
material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat.
Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur
perovskite. Dalam lanthanum manganat, logam transisi utama berada di Mn3+. Setelah
dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+, Ba2+, atau Sr2+) pada site tanah jarang,
jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang. Selain itu, perovskite manganat dikenal
sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan
sebagai sensor medan magnet [6]. Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis
material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 x = (0; 0.3; 0.5; 0.7) dengan metode sol-gel untuk
mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan.
4
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan
variasi x = (0; 0.3; 0.5; 0.7) ?
2. Bagaimana hasil morfologi La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 yang dihasilkan pada tiap
variasi subtitusi ?
3. Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 ?
1. Mensintesis material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7) dengan
menggunakan metode sol-gel.
2. Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter
kisi pada material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7).
3. Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7).
4. Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7).
5
1. Sintesis material perovskite La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+
dengan variasi konsentrasi (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7) menggunakan metode sol-gel.
2. Analisia struktur kristal pada material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 menggunakan X-
Ray Diffractometer (XRD).
Microscope (SEM).
Magnetometer.
dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari.
6
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab, yang secara
umum diuraikan sebagai berikut:
Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini. Teori
dasar yang akan dibahas antara lain:
BAB III METODE PENELITIAN
Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian,
peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil
sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang
telah diperoleh.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan
penelitian. Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya
berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini.
7
Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3
(dimana A = La, Pr, Nd; dan B = Sr, Ca, Ba, Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar
2.1 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial. Berbagai
percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang
kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM), serta keadaan
isolator di atas temperatur kritis (Tc). Penampilan feromagnetik pada suhu rendah
dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE).
Namun, model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang
diamati secara eksperimental. Sebagai contoh, pasangan foton - elektron mungkin
penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc. [7].
Baru-baru ini, ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena
karakteristik yang menarik. Senyawa induk, LaMnO, memiliki keadaan dasar
antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin,
misalnya T2g 3 eg
1. Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen, ion Mn4+ dapat
terbentuk. Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T), senyawa menunjukkan
beberapa fenomena yang menarik, termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa
transisi struktural bergantung pada medan magnet [8].
8
Gambar 2. 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)
dan A2+ = Logam divalent (Sr, Ca) [9]
Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q.
Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi
LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan
panas sampel yang berbeda. Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi:
(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =
55.7385 (3), b = 57.7024 (3), c =55.5378 (2) Å, diproduksi oleh annnealing dalam
reduksi atmosfer. Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang
digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di
sepanjang b, dengan arah spin sepanjang a. Volume fase ini meningkat secara monoton
dengan meningkatnya suhu. (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan
yang lebih kecil, serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =
9
55.4954 (3), b = 57.7854 (4), c = 55.5355 (3) Å, diproduksi oleh annealing dalam
oksigen atau udara atmosfer. Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K,
dengan arah spin di sepanjang c. (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121/a
dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 55.4660 (4), b = 57.7616 (7), c = 55.5241
(5) Å, γ= 90.909 ° (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K. (iv) Fasa
rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K
bernilai a = 55.5259 (2), c513.3240 (4) Å, yang hanya diamati di atas suhu kamar [10].
Penelitian yang telah dilakukan oleh K.P.Llim et al menunjukan bahwa
mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika
diberikan dopan yang berbeda. Dalam karya ini, upaya yang telah dilakukan untuk
menyelidiki pengaruh substitusi Ca, Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa
manganit polikristalin dari La0.67A0.33MnO3 di mana A = Ba, Sr dan Ca telah disiapkan
melalui metode konvensional reaksi solid-state. Hasilnya Spektrum XRD
menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan
LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral. Hasil SEM menunjukkan bahwa
LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO.
Namun, untuk LCMO, tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua
grain terhubung dengan baik.
Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A
yang berbeda dalam pertumbuhan grain. Suhu Curie, Tc dari LBMO dan LSMO adalah
masing-masing 343,0 dan 363,5 K. Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K.
10
Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik. MR yang lebih
tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan
penurunan suhu. Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain
ketika kation berbeda disubtitusi. Oleh karena itu, suhu transisi listrik dan magnetik
Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11].
Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance
La0.67Sr0.33MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses
perlakuan panas yang berbeda. Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850°C selama
10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850°C selama 10 jam serta
disintering pada suhu 1200°C selama 2 jam (LSMO2). Hasil XRD menunjukkan bahwa
kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur
rombohedral dengan space group R-3c. Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1
memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2. Hasil pengukuran resistivitas
menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa
orde besarnya lebih besar dari LSMO2. Sementara LSMO2 memiliki puncak
resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12].
Investigasi sistematis sifat struktural, magnetik dan listrik dari serangkaian
nanocrystalline material La0.7SrxCa0.3-xMnO3 yang dilakukan oleh T.D. Thanh [13] ,
disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada
suhu 900°C. Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan
peningkatan konsentrasi ion Sr.
11
Gambar 2. 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 [13]
Senyawa La0.7SrxCa0.3-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke
monoklinik pada x = 0,15. Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu
curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-
masing untuk La0.7Ca0.3MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K. Dikatakan bahwa jari-
jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi
double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati.
Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada
material tersebut, perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width
at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut :
12
= .
(2.1)
Dimana D adalah ukuran kristal, K konstanta 0.9 (shape factor), adalah panjang
gelombang sinar X yang diradiasikan, β adalah nilai FWHM dan, adalah sudut
bragg [14].
Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena
efektif dalam pembentukan material. Selain itu, metode sol-gel dapat dilakukan pada
suhu ruang dan mudah untuk dikontrol, serta tidak memerlukan banyak biaya. Proses
dopan pada sintesis material berbasis nitrat, dengan metode sol-gel, bertujuan untuk
mengubah atau memperbaiki sifat material, seperti peningkatan luas permukaan,
keasaman dan kristalinitas. Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis
material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat
homogenitas yang tinggi, luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi
ukuran pori yang merata [15].
Pada tahun 2013, S. Ravia dan A. Karthikeyan melakukan penelitian dengan
menggunakan metode sol-gel. La0.7Sr0.3MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel
dengan modifikasi pada prekursor nitrat. Massa Lanthanum Nitrat, Strontium Nitrat
dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan
pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen. Larutan ini dikenal sebagai
stock solution. Dalam proses lain, asam oksalat yang setara dengan empat kali logam
13
nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml. Untuk larutan
ini, 0,02% asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk
mendapatkan larutan yang padu. Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat
pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat. Stock solution
sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 °C dengan
pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam. Begitu larutan ditambahkan, larutan
berubah menjadi putih mengendap. Setelah 3 jam, endapan putih ini berubah menjadi
warna coklat pucat. Pada saat ini, suhu meningkat hingga 100 ° C dengan pengadukan
berkurang (400 rpm). Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam, yang dikeringkan
untuk mendapatkan powder. Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator
untuk semalam, yaitu dipertahankan pada 90 °C. Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 °C,
600 °C, 700 °C dan 800 °C selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari
ukuran partikel yang berbeda [16].
Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal
China bernama Danyan Cao et al. Thin film La0.7(Ca0.3-xSrx)MnO3 dengan (x = 0, 0.1,
0.15, 0.25 dan 0.3) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm.
Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr. Pada seluruh
sampel menunjukan adanya transisi PM - FM. Dengan penambahan dopan Sr, Tc
meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K, dan sifat magnetik yang
ditingkatkan. Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr.
Bandwidth terkait dengan distorsi kisi, meningkatkan panjang lokalisasi [17].
14
Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan
orbital elektron, biasanya orbital d atau f, karena medan listrik statis yang dihasilkan
oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion). Teori ini telah digunakan untuk
menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi,
khususnya spektra optik (warna). CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik,
warna, entalpi hidrasi, dan struktur spinel kompleks logam transisi, tetapi tidak
mencoba menjelaskan ikatan. CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John
Hasbrouck van Vleck pada 1930-an. CFT kemudian dikombinasikan dengan teori
orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks
(LFT), yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam
transisi [18].
Gambar 2. 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]
15
Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan
oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller. Adanya
distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat
yang diinginkan dapat dicapai. Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite
ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi
Goldschimdt), sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut :
= +
√2(+ ) (2.2)
Dimana rA, rB, dan ro masing – masing adalah jari-jari ion A, jari-jari ion B, dan jari-jari
ion O. Perovskite manganite mempunyai range nilai 0.96 ≤ ≥ 1.02. Bila = 1 maka
kisi akan berbentuk kubus, dan saat nilai = 0.96 − 1 akan terdistorsi menjadi struktur
rhombohedral. Sedangkan saat nilai < 0.96 kisi akan terdistorsi menjadi struktur
orthorombik [21].
timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi. Pertama kali dikemukakan oleh
Clarence Zener, teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu
elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk
apakah material bersifat feromagnetik, antiferromagnetik, atau menunjukkan magnet
spiral. Sebagai contoh, perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn
"misalnya" secara langsung berinteraksi dengan orbital O "2p", dan salah satu ion Mn
16
memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain. Dalam keadaan dasar, elektron pada
setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22] :
Gambar 2. 4 Interkasi Double Exchange [23]
Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+, orbitalnya yang kosong kemudian
dapat diisi oleh elektron dari Mn3+. Pada akhir proses, sebuah elektron telah bergerak
di antara ion-ion logam yang berdekatan, mempertahankan putarannya. Double
exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain
akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk
menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima. Kemampuan
melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik. Oleh karena itu, penghematan
energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion
tetangga. Model ini sangat mirip dengan super exchange. Namun, dalam super
exchange, penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom
dengan valensi yang sama (jumlah elektron); sedangkan dalam double exchange,
17
interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan
yang lain [24].
Gambar 2. 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]
Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan
Sr (0 ≤ ≤ 0.6). Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator, saat x
mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 0.17 material terdapat transisi dari
feromagnetik – isolator menjadi feromagnetik - metal. Nilai Tc tertinggi didapat pada
konsentrasi dopan x = 0.3 mendekati 400 K [25].
18
Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan
diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 ≤ ≤ 1). Saat x = 0
LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar
150 K.Saat 0 < < 0.2 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur
rendah dengan Tc sekitar 180 K. Saat = 0,2 sampai = 0,5 bahan bersifat
ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance. Serta
menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 0.3 sekitar 260 K [26].
19
listrik dalam melalui suatu material. Tetapi tidak seperti resistansi, resistivitas adalah
sifat intrinsik. Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi
struktur kristalinnya, dll.). Terlepas dari bentuk dan ukurannya, kawat tembaga
memiliki resistivitas yang sama, tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki
ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek. Setiap
bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri. Sebagai contoh, karet memiliki
resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga. Resistivitas listrik ρ (rho dari
Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillet's law [27] :
=
(2.3)
Dimana adalah resistivitas, adalah resistansi adalah luas penampang
adalah panjang material. Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan
panjang material, tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang. Dengan demikian
resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI "ohm meter" (Ω⋅m) (yaitu ohm
dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi
(untuk area penampang) [28].
Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019. Tempat
penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)
Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta,
Laboratorium Milling, Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas
Indonesia, serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan
PUSPITEK Serpong, Tangerang Selatan.
3.2 Alat dan Material
Pipet, Neraca Digital, Kertas Timbang, Magnetic Strirrer, Spatula, pH meter
digital, Alumunium Foil, Krusibel, Oven, Hot plate, Furnace, Termometer,
Mortar, Wadah stainless steel, Lemari Asam, X-Ray Diffractometer (XRD),
Cyrogenic Magnetometer, Scanning Elektron Microscope (SEM).
21
Amonia solution, Aquabidest, Alkohol.
22
Panaskan sambil diaduk sampai ± 80°C
Tambahkan ammonia solution sampai pH 7
Proses dehidrasi 120°C sampai gel mengering
Kalsinasi 650°C selama 6 jam
Kalsinasi ulang 1000°C
Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel
dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri
dengan total massa 12 gram. Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang, dilarutkan
dalam aquabidest. Larutan dicampur pada hotplate,. Setelah semua sampel lanthanum
manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk
menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan
untuk pembentukan kristal. Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray
Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel, dan
Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel.
3.4.1 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material
Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3, Sr(NO3)2,
Ca(NO3)2.4H2O, Mn(NO3)2.4H2O dan C6H8O7.H2. Spesifikasi material tersebut
disajikan pada tabel berikut ini.
24
(gr/mol) Produk Kemurnian
Sampel La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0, 0.3,
0.5, 0.7. Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x, berikut adalah nilai Mr
tiap komposisi :
Tabel 3.2 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x
X Senyawa Mr Senyawa
25
Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt%
dari komposisi material. Sehingga nilai wt% dapat diolah untuk dijadikan nilai massa
(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan. Di bawah ini merupakan
tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan.
Tabel 3.3 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material
Masa prekursor berdasarkan kemurnian
3.4.2 Proses Sintesis Pada Sampel
Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-
gel. Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai
dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat. Lalu material-material Sr(NO3)2;
Ca(NO3)2.4H2O Mn(NO3)2. 4H2O, C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest,
untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari
larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening. Selanjutnya material-
material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan
proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 – 80°C dengan rotasi 300
26
rpm. Ketika suhu mencapai 70°C, larutan diberikan Amonia Solution sampai pH
campuran bernilai 7 (netral). Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi
Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak.
Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi
menggunakan oven dengan suhu 120°C hingga sampel mengering. Lalu sampel
dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk
dilakukan proses kalsinasi dengan 600°C selama 6 jam menggunakan furnace, Lab.
Lingkungan, UIN Jakarta. Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan
dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000°C selama 12 jam menggunakan
furnace , Lab. Furnace, Universitas Indonesia. Sampel yang sudah di kalsinasi ulang
selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit. Kemudian sampel
memasuki proses sintering dengan suhu 1200°C selama 6 jam di Lab. Furnace,
Universitas Indonesia. Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya
untuk dapat dilakukan karakterisasi XRD,SEM dan CM.
27
3.5 Karakterisasi
menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk, parameter kisi,dan
mengetahui struktur kristal. Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa, lalu
karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan
menggunakan SEM. Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan
menggunakan Cyrogenic Magnetometer.
menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk, parameter kisi,dan
mengetahui struktur kristal [29] . Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan
berbentuk serbuk, sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali
hingga menjadi bentuk sebuk. Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan
Panalitycal X’pert Pro MPD dengan Fast Detector X’Celerator, dengan panjang
gelombang λ= 1.54056 ; 10° - 90° , di Lab. Panalitical, Universitas Indonesia.
Gambar 3.4 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)
29
Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang
menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron.
Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal
yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi, komposisi dan sifat
lainnya seperti daya konduksi listrik [30].
Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an,
SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan
dianalisis dimana, elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu.
Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk
merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan. Saat ini, pemindaian mikroskop
elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material, dan
banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron
sekunder dan resolusi yang berkisar antara 0.4 nanometer hingga 20 nanometer [31].
3.5.3 Cyrogenic Magnetometer
Alat ukur yang digunakan untuk pengujian nilai resistivitas yaitu cyrogenic
magnetometer dengan metode pengukuran four-point probe (probe 4 titik disingkat
FPP) adalah salah satu jenis alat yang biasa digunakan untuk mengukur nilai resistivitas
suatu lapisan material elektronika, yaitu material semikonduktor seperti Silikon (Si),
Germanium (Ge), Gallium Arsenide (GaAs), juga material logam dalam bentuk thin
film (lapisan tipis) yang dipergunakan dalam pembuatan piranti elektronika.
Seperti namanya, alat ukur ini didasarkan pada 4 buah probe dengan 2 probe
berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan 2 probe yang lain untuk mengukur
tegangan listrik sewaktu probe-probe tersebut dikenakan pada material (sampel).
31
parameter lain yang dapat diperoleh dari pengukuran material dengan menggunakan
peralatan ini antara lain adalah mengetahui jenis dopan suatu material semikonduktor
(positif atau negatif), mobilitas elektron dari suatu material, dan lain-lain [32].
Gambar 3.6 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM) [33]
32
4.1. Karakterisasi La0.7(Sr1xCax)0.3MnO3 menggunakan XRD
Fasa yang terbentuk dari hasil proses sintesis didapat hasil yang single phase
pada tanpa puncak pengotor pada masing - masing sampel, menandakan bahwa
material-material yang diolah tercampur dengan homogen. Agar mengetahui fasa yang
terbenuk dari sampel, struktur kristal, space grup, volume unit cell, ukuran kristal dan
lainnya, dilakukan pengukuran difraksi sinar-X menggunakan alat XRD (X-ray
Diffraction). Berikut adalah hasil yang diperoleh dari analisis menggunakan metode
Rietvield.
dengan variasi nilai ( = 0; 0.3; 0.5; 0.7)
33
Dari grafik diatas memperlihatkan pola difraksi sinar X dari masing-masing
nilai memiliki pola yang sama, dengan adanya pergeseran posisi puncak difraksi
terhadap sudut 2. Puncak difraksi diketahui bergeser ke arah kanan seperti terlihat
pada gambar 4.2, pergeseran ini terjadi dikarenakan adanya subtitusi ion Ca2+ pada
sampel. Substitusi ion Ca2+ yang memiliki jari-jari ion lebih kecil yaitu sebesar 0.99
dibandingkan jari-jari ion Sr2+ yang bernilai 1.44, menyebabkan jari-jari ion dan jarak
antar bidang kristal akan menurun, sehingga nilai theta akan lebih besar dan pola
difraksi X-ray Diffraction akan bergeser ke kanan, hal ini sesuai dengan rumus hukum
Bragg yaitu:
= 2 (4.1)
Untuk melihat pergerseran peak secara lebih jelas, disajikan pada gambar berikut ini
dengan range 2 sebesar 30 - 35°.
Gambar 4.2 Grafik pola difraksi XRD dari material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan nilai 2
diperkecil (30 - 35°).
34
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0, 0.3,
0.5 dengan x = 0.7, hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk.
Pada variasi x = 0, 0.3, 0.5 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan
space group R – 3c. Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 0.7 adalah
orthorombik dengan space group P n m a. Berikut ini adalah data selengkapnya
mengenai parameter struktural sampel.
Gambar 4.3 Pola difraksi sinar X La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0
35
Gambar 4.4 Pola difraksi sinar X La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.3
Gambar 4.5 Pola difraksi sinar X La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.5
36
Gambar 4.6 Pola difraksi sinar X La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0,7
Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth
pada Tabel 4.1 menggunakan persamaan (2.2) dimana nilai toleransi pada konsentrasi
dopan x = 0; 0.3; 0,5 berada pada nilai diatas 0.96 sehinga struktur kristal yang
terbentuk adalah rhombohedral. Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 0.7 nilai
toleransinya di bawah 0.96 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah
orthorhombik.
37
Rietveld
Struktur
a () 5,50300 5,49700 5,48200 5,46200
b () 5,50300 5,49700 5,48200 7,71400
c () 13,34200 13,33200 13,29800 5,48000
Volume sel () 349,91 348,43 346,09 230,89
Ukuran kristal
Bond length ()
1.961
Bond angle (°)
160.002
Bandwidth (u.a)
Toleransi Goldscmidth
38
parameter, sistem kristal, ukuran kristal, dll. Hasil analisis dari parameter diatas dapat
dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi
orthorhombik pada material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0,7. Hal ini dapat
terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan
stoikiometri, parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital
orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati
polikristal LCMO [34].
Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 1,3. Hal
ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan
kecocokan yang baik. Analisa ini diperkuat dari literatur M. Hikam yang menyatakan
bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 1.00 sampai
1.30 [35]. Pada Tabel 4.1 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan
nilai yang berkurang secara linear, hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi
yang diberikan kepada material berhasil dilakukan. Berikut adalah visualisasi struktur
kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA.
9
Gambar 4.7 Visualisasi struktur kristal La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3
dengan : (a) Rhombohedral pada x = 0; 0.3; 0.5, (b) Orthorombik pada x = 0.7
40
Gambar 4.8 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel
Gambar 4.9 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal
41
Gambar 4.10 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond
angle (θ)
Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring
dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami
perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori
efek Jahn Teller. Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih
mudah saat proses double exchange terjadi [36]. Dari pengukuran bond length dan
bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth. Di bawah ini adalah hubungan
antara bandwidth dengan bond length dan bond angle :
=
( − ) 3.5 (4.2)
Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan
double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+
melalui perantara oksigen. Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka
kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta
meningkat. Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka
interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan
penambahan variasi subtitusi ion divalent [37].
43
4.2 Karakterisasi La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 menggunakan SEM
Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI
Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)
serta perbesaran 500x dan 5000x.
(a) Grain pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0
(b) Grain pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.3
44
(c) Grain pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.5
(d) Grain pada La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.7
Gambar 4.12 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0; 0.3; 0.5; 0.7
Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+
membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier, dengan
rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55,355 μm, (b) 51,422 μm, (c) 34,133 μm, (d) 32,301
45
μm. Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar
dan sampel x = 0.7 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil.
Tabel 4.2 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 hasil
pengujian SEM.
0 55,355
0.3 51,422
0.5 34,133
0.7 32,301
Gambar 4.13 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain
Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran
grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM, yang mengakibatkan mengalami
pengecilan ukuran grain. Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer
46
elekton. Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga
proses transfer elektron menjadi terganggu [38].
4.3. Karakterisasi La0.7(Sr1xCax)0.3MnO3 menggunakan CM
Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan
metode four point probe (FPP), diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai
arus terhadap tegangan, seperti ditunjukan pada gambar berikut ini.
Gambar 4.14 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.3
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.5
-1.50E-03
-1.00E-03
-5.00E-04
ru s
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
A ru
La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 dengan x = 0.7
Konsentrasi dopan Keterangan
Masing – masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai
resistivitas dengan persamaan (2.3) dengan data luas penampang dan jarak sampel
sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas
sebagai beikut.
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
ru s
La0.7(Sr1_xCax)0.3MnO3 dengan x = 0; 0.3; 0.5; 0.7
Dari hasil karakterisasi CM, material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5;
0.7) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 0.3 sebesar 7.2973*10-1 .m
dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4.3544*10-4 .m. Subtitusi ion Ca2+
meningkatkan nilai resistivitas. Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring
penambahan dopan.
Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya, maka dapat
ditarik kesimpulan bahwa :
1. Telah berhasil dibuat material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7)
dengan menggunakan metode sol-gel.
2. Material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5; 0.7) terjadi perubahah ukuran
kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 0.7. Pada
subtitusi konsentrasi dopan x = 0; 0.3; 0.5 tidak ada perubahan struktur kristal
tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi.
3. Dari hasil karakterisasi SEM, material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5;
0.7) menunjukan adanya penambahan subtitusi Ca.mengakibatkan ukuran
grain menjadi semakin kecil.
4. Dari hasil karakterisasi CM, material La0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3 (x = 0; 0.3; 0.5;
0.7) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 0.3 sebesar
7.2973*10-1 .m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4.3544*10-4
.m. Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas.
51
morfologi dan nilai resistivitas pada material. Di masa depan diharapkan penelitian ini
dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R
terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto
resistance pada sampel.
DAFTAR REFERENSI
[1] Y. Xu, M. Meier, P. Das, and M. R. Koblischka, “Perovskite manganites:
potential materials for magnetic cooling at or near room temperature,” vol. 5,
pp. 383–389, 2002.
[2] L. Magnetic, M. La, C. Mno, W. Sato, N. Ochi, A. Taniguchi, T. Terai, T.
Kakeshita, A. Shinohara, and Y. Ohkubo, “W. Sato,* ,” vol. 8, no. 2, pp. 89–92,
2007.
[3] I. A. Lira-herna and C. A. Corte, “Crystal Structure Analysis of Calcium-Doped
Lanthanum Manganites,” vol. 3477, pp. 3474–3477, 2010.
[4] A. Rostamnejadi, M. Venkatesan, P. Kameli, H. Salamati, and J. M. D. Coey,
“Journal of Magnetism and Magnetic Materials room temperature,” J. Magn.
Magn. Mater., vol. 323, no. 16, pp. 2214–2218, 2011.
[5] Lezione, “Jahn-Teller distortion and coordination number four.”
[6] A. I. Tovstolytkin, V. M. Tsmots, L. I. Pan, P. G. Litovchenko, and I. S. Pan,
“Magnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum
manganites,” vol. 220, 2010.
[7] T. . Kaplan, “Physics of Manganites,” 1999.
[8] S. Winarsih, B. Kurniawan, A. Manaf, and D. Nanto, “compounds by sol-gel
method Investigation of Structural and Electrical properties of,” vol. 7, pp. 1–6,
2016.
[9] H.-S. Lee and H.-H. Park, “Band Structure Analysis of La 0.7 Sr 0.3 MnO 3
Perovskite Manganite Using a Synchrotron,” Adv. Condens. Matter Phys., vol.
2015, pp. 1–7, May 2015.
[10] Q. Huang and J. W. Lynn, “Structure and magnetic order in undoped lanthanum
manganite,” vol. 55, no. 22, 1997.
[11] K. P. Lim, “Effect of Divalent Ions ( A = Ca , Ba and Sr ) Substitution in
LaAMnO Manganite on Structural , Magnetic and Electrical Transport
Properties,” no. June, 2009.
[12] U. Widyaiswari, B. Kurniawan, and A. Imaduddin, “Study of La0 . 67Sr0 .
33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Method,” no.
November, 2016.
[13] T. D. Thanh, L. H. Nguyen, D. H. Manh, N. V Chien, P. T. Phong, N. V Khiem,
L. V Hong, and N. X. Phuc, “Structural , magnetic and magnetotransport
behavior of LSCMO compounds,” Phys. B Phys. Condens. Matter, vol. 407, no.
1, pp. 145–152, 2012.
[14] S. Miyamaru, “Properties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFC,” vol.
418, pp. 354–358, 2003.
[15] M. Aparicio and A. Jitianu, Advances in Sol-Gel Derived Materials and
Technologies. Springer, 2012.
[16] S. Ravi and A. Karthikeyan, “Effect of calcination Temperatur on LSMO
nanoparticles synthesized with modified sol-gel route,” Phys. Procedia, vol. 54,
53
no. 2004, pp. 45–54, 2014.
[17] D. Cao, Y. Zhang, W. Dong, J. Yang, W. Bai, and Y. Chen, “Structure ,
magnetic and transport properties of La0.7Ca 0.3-xSrxMnO3 thin films by sol–
gel method,” pp. 3–8, 2015.
[18] F. M. Fernandez, “Simple model for Crystal Field Theory,” no. March, 2016.
[19] N. Panwar and I. Coondoo, “Structural, Morphological, Magneto-Transport and
Thermal Properties of Antimony Substituted (La,Pr)2/3Ba1/3Mn1-xSbxO3
Perovskite Manganites,” 2011.
[20] Y. osry A. A. Ttia, Sol-Gel Processing and Applications. Springer, 1994.
[21] P. Innocenzi, Sol-Gel Methods for Materials. Springer, 2007.
[22] W. Wunderlich, Ceramic Material. SCIYO, 2010.
[23] B. Bechlars, D. M. D. Alessandro, D. M. Jenkins, A. T. Iavarone, S. D. Glover,
C. P. Kubiak, and J. R. Long, “High-spin ground states via electron
delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadium,” Nat. Chem.,
vol. 2, no. 5, pp. 362–368, 2010.
[24] J. M. B. Lopes, S. V. M. Pereira, A. H. Neto, and A. L. Videira, “Double
Exchange , Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances
in Physical Science: meeting in honour of Professor,” pp. 5–7.
[25] A. Urushibara, A. Asamitsu, and L. Sr, “Insulator-metal transition and giant
magnetoresistance in La1-xSrxMnO3,” vol. 51, no. 20, pp. 103–109, 1995.
[26] R. P. Schiffer, “Low Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase
Diagram ofLa1-x CaxMn03,” vol. 75, no. 18, pp. 3336–3339, 1995.
[27] B. Kurniawan, A. Manaf, and R. Ramadhan, “Effect of various sintering
temperature on resistivity behaviour and,” no. November 2017, pp. 1–6, 2016.
[28] D. N. H. Nam and N. V Khien, “Temperature memory and resistive glassy
behavior of a perovskite manganite,” no. February, 2008.
[29] A. Goktas, “Growth and characterization of La1 − xAxMnO3 (A = Ag and K, x
= 0.33) epitaxial and polycrystalline manganite thin films.” Elsevier Ltd, 2011.
[30] C. E. Lyman, D. E. Newbury, J. I. Goldstein, D. B. Williams, J. T. Armstrong,
C. E. Fiori, and D. C. Joy, Scanning Electron Microscopy , X-Ray Microanalysis
, and Analytical Electron Microscopy. New ork: Plenum Press, 1990.
[31] S. Winarsih, B. Kurniawan, and A. Manaf, “Effect of Ca-Doping on the
Structure and Morphology of Polycrystalline LBMO,” vol. 7, no. December,
2016.
[32] F. M. Smits, “Measurement of Sheet Resistivities with the FPP,” 1957.
[33] T. M. Hansen, K. Stokbro, and O. Hansen, “Resolution enhancement of
scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems
Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-
dimensional systems,” no. May 2014, 2003.
[34] R. Masrour, E. K. Hlil, M. Hamedoun, and A. Benyoussef, “Electronic Structure
and Magnetic Properties of LCMO,” no. February, 2015.
[35] M. Hikam, “Analisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis ),” 2000.
54
[36] Z. Duan, Y. Cui, X. Shi, and J. Wei, “Facile fabrication of micro-patterned
LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel
method on LaAlO 3 substrates,” Ceram. Int., vol. 42, no. 12, pp. 14100–14106,
2016.
[37] Z. J. Razi and S. A. S. A. Khajehnezhad, “Magnetoresistance temperature
dependence of LSMO and LBMO perovskite manganites,” J. Theor. Appl.
Phys., no. 0123456789, 2018.
[38] H. Lee and H. Park, “Band Structure Analysis of La0.7Sr0.3MnO3 Perovskite