Antiferromagnet dan Potensi Aplikasinya dalam Penyimpanan Data

Magnetisme adalah sifat material tertentu untuk menarik atau menolak material lainnya. Hal ini disebabkan oleh gerakan elektron dalam atom-atom material. Ada dua jenis magnetisme: feromagnetisme dan diamagnetisme. Bahan feromagnetik, seperti besi, nikel, dan kobalt, sangat tertarik pada magnet dan dapat dimagnetisasi sendiri. Bahan diamagnetik, seperti tembaga dan emas, ditolak secara lemah oleh magnet dan tidak dapat dimagnetisasi. Tidak ada yang namanya magnet anti besi atau magnet besi. Logam besi adalah logam yang mengandung besi, sedangkan logam non-besi tidak mengandung besi.

Konsep dasar antiferromagnetik

Antiferromagnetisme adalah jenis magnet di mana momen magnetik atom atau ion dalam suatu bahan sejajar dengan cara yang tidak sejajar, yang berarti mereka saling meniadakan satu sama lain dan bahan tersebut tidak memiliki momen magnetik bersih. Hal ini menyebabkan bahan tersebut menjadi non-magnetik. Bahan antiferromagnetik digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti spintronik, yang merupakan bidang elektronik yang menggunakan putaran elektron untuk menyimpan dan memproses informasi.

Pada bahan antiferromagnetik, momen magnetik atom yang berdekatan diorientasikan pada arah yang berlawanan. Pengaturan ini menyebabkan pembatalan efek magnetik makroskopik, sehingga menghasilkan magnetisasi bersih yang mendekati nol. Antiferromagnetisme muncul dari interaksi mekanis kuantum antara momen magnetik yang berdekatan. (Kevin, 2019)

Fenomena Titik Neel

Konsep utama di balik antiferromagnetisme adalah fenomena Néel, di mana spin pada sublattice yang berbeda secara anti-paralel membentuk struktur yang saling meniadakan gaya magnetik pada benda. Titik Néel adalah suhu di mana bahan antiferromagnetik mengalami transisi fase ke keadaan paramagnetik. Hal ini disebabkan oleh energi panas yang mengatasi interaksi magnetik antara atom atau ion dalam bahan, menyebabkan momen magnetik menjadi tidak teratur dan bahan kehilangan sifat antiferromagnetiknya.

Titik Neel merujuk pada suhu khusus yang dikenal sebagai suhu Neel di mana material antiferromagnetik kehilangan sifat magnetiknya. Pada suhu ini, momen magnetik dalam material menjadi lebih acak dan tidak terkunci dalam pola yang teratur. Kondisi ini terjadi karena suhu Neel adalah suhu di mana energi termal mulai mengatasi gaya-gaya kuantum yang mengarahkan momen magnetik atom-atom. Saat suhu dinaikkan melampaui suhu Neel, material antiferromagnetik akan mengalami perubahan fasa menjadi fase paramagnetik di mana momen magnetik atom-atom menjadi semakin acak. Dalam fase paramagnetik, material kehilangan sifat-sifat magnetiknya dan tidak menunjukkan magnetisasi bersih secara keseluruhan.

Pada dasarnya, Titik neel dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti susunan kristal, intensitas pertukaran, gangguan eksternal ( seperti medan magnetik dan tekanan) serta komposisi materialnya (yang notabenenya berpaku kepada komposisi bahan kimia pada material antiferromagnetic) (Lestari,2020).

Penyimpanan data, Keunggulan dan Kekurangan

Dalam penyimpanan data tradisional, seperti hard drive dan memori magnetik, bahan feromagnetik biasa digunakan. Namun demikian, bahan antiferromagnetik sudah mulai menarik minat karena sifatnya yang unik. Spintronik antiferromagnetik berupaya mengeksploitasi stabilitas yang melekat pada tatanan antiferromagnetik untuk berbagai aplikasi, termasuk penyimpanan data.

Salah satu aplikasi utama adalah dalam "memori spintronik," di mana orientasi momen antiferromagnetik merepresentasikan data biner. Keuntungan menggunakan antiferromagnet adalah kestabilannya terhadap medan magnet eksternal. Stabilitas ini sangat penting untuk memastikan penyimpanan data dan mencegah perubahan yang tidak diinginkan pada informasi yang disimpan.

Dilansir melalui Northwestern University, Bahan antiferromagnetik telah diidentifikasi sebagai solusi potensial untuk keterbatasan bahan feromagnetik dalam penyimpanan data. Berikut ini adalah beberapa keuntungan dan kerugian menggunakan antiferromagnet dalam penyimpanan data: .

Keunggulan

1. Bahan antiferromagnetik tidak memiliki medan magnet eksternal, yang memungkinkan bit yang dikemas lebih padat dan kapasitas penyimpanan yang lebih tinggi.
2. Bahan antiferromagnetik memiliki potensi skalabilitas, kecepatan tulis yang tinggi, dan kekebalan terhadap gangguan medan magnet eksternal, yang semuanya diperlukan untuk perangkat memori yang kuat untuk sistem AI.
3. Bahan antiferromagnetik memiliki stabilitas tinggi karena momen magnetiknya yang dapat meniadakan momen magnetik, sehingga tidak terlalu rentan terhadap medan magnetik eksternal dan sumber gangguan lainnya.

Kekurangan

1. Mengontrol orientasi magnetik bit antiferromagnetik adalah salah satu tantangan terbesar dalam antiferromagnet.
2. Para peneliti perlu mengetahui lebih banyak tentang bagaimana sifat antiferromagnet yang berbeda memengaruhi kapasitasnya.
3. Mengembangkan metode untuk memanipulasi momen magnetik bahan antiferromagnetik dengan cara yang terkendali masih menjadi tantangan bagi para pengguna antiferromagnet.

Singkatnya, bahan antiferromagnetik memiliki potensi untuk mengatasi keterbatasan bahan feromagnetik dalam penyimpanan data karena stabilitasnya yang tinggi dan potensi kapasitas penyimpanan yang lebih tinggi. Namun, masih ada tantangan yang harus diatasi dalam mengembangkan metode untuk mengontrol dan memanipulasi bit antiferromagnetik (Gerage, 2021)

Alasan mengapa spintronic antiferromagnetic memiliki kestabilan tinggi

Spintronika antiferromagnetik adalah bidang elektronik yang menggunakan putaran elektron dalam bahan antiferromagnetik untuk menyimpan dan memproses informasi. Bahan antiferromagnetik memiliki stabilitas tinggi karena momen magnetiknya yang meniadakan momen magnetik, sehingga tidak terlalu rentan terhadap medan magnetik eksternal dan sumber gangguan lainnya.

Berdassarkan informasi dari Cornell University New York, Berikut adalah beberapa alasan mengapa spintronik antiferromagnet memiliki stabilitas yang tinggi:

1. Bahan antiferromagnetik tidak menghasilkan medan nyasar, yang membuatnya kurang rentan terhadap medan magnet eksternal dan sumber gangguan lainnya.
2. Momen magnetik bahan antiferromagnetik saling meniadakan satu sama lain, yang membuatnya kurang rentan terhadap medan magnet eksternal dan sumber gangguan lainnya.
3. Bahan antiferromagnetik menampilkan dinamika sangat cepat, yang penting untuk penyimpanan dan pemrosesan data berkecepatan tinggi.

Singkatnya, spintronik antiferromagnetik memiliki stabilitas tinggi karena momen magnetik yang meniadakan dari bahan antiferromagnetik, yang membuatnya kurang rentan terhadap medan magnet eksternal dan sumber gangguan lainnya. Selain itu, bahan antiferromagnetik menampilkan dinamika yang sangat cepat, yang penting untuk penyimpanan dan pemrosesan data berkecepatan tinggi (Jungwirth, 2015)

Tantangan kedepan pada antiferromagnet

Manipulasi dan pembacaan arah spin dalam skala nanometer merupakan salah satu tantangan utama pada antiferromagnet. Tidak hanya itu saja, ada beberapa tantangan lain yang dapat dialami oleh material antiferromagnet di masa depan diantara lain :

1. Mengembangkan metode untuk memanipulasi momen magnetik bahan antiferromagnetik dengan cara yang terkendali. Hal ini diperlukan untuk membuat perangkat yang dapat menyimpan dan memproses informasi menggunakan bahan antiferromagnetik.
2. Mengembangkan metode untuk mengukur dan mengontrol suhu Néel bahan antiferromagnetik. Hal ini penting untuk mengoptimalkan kinerjanya dalam berbagai aplikasi.
3. Memahami bagaimana sifat antiferromagnet yang berbeda memengaruhi kapasitasnya. Para peneliti perlu mengetahui lebih banyak tentang bagaimana sifat-sifat antiferromagnet yang berbeda memengaruhi kapasitasnya untuk menyimpan dan memproses informasi.
4. Mengembangkan bahan baru dengan sifat antiferromagnetik yang lebih baik. Hal ini diperlukan untuk meningkatkan kinerja spintronik antiferromagnetik dan memperluas potensi aplikasinya.
5. Menyelidiki penggunaan bahan antiferromagnetik di bidang spintronik baru, seperti komputasi neuromorfik dan komputasi kuantum.

Singkatnya, tantangan masa depan dalam antiferromagnet termasuk mengembangkan metode untuk memanipulasi dan mengendalikan bahan antiferromagnetik, memahami bagaimana sifat-sifat yang berbeda mempengaruhi kapasitas mereka, dan menyelidiki bidang-bidang baru spintronika untuk aplikasi potensial mereka. (Manchon, 2018)

Kesimpulan

Bahan antiferromagnetik telah mendapatkan minat baru dalam beberapa tahun terakhir karena potensi penggunaannya dalam teknologi spintronik. Bahan ini menawarkan banyak fitur menarik, seperti ketahanan terhadap gangguan akibat medan magnet, tidak ada medan yang menyimpang, dinamika yang sangat cepat, dan efek magnetotransportasi yang besar. Namun, masih ada tantangan yang harus diatasi dalam mengembangkan metode untuk memanipulasi dan mengontrol bahan antiferromagnetik secara terkendali, memahami bagaimana sifat-sifat yang berbeda memengaruhi kapasitasnya, dan menyelidiki area baru spintronik untuk aplikasi potensial mereka. Terlepas dari tantangan-tantangan ini, spintronika antiferromagnetik menawarkan kemungkinan untuk konsep-konsep baru yang radikal untuk manipulasi spin dalam elektronik, yang dapat mengarah pada terobosan baru dalam penyimpanan dan pemrosesan data. Penelitian lebih lanjut dalam bidang ini diperlukan untuk sepenuhnya menyadari potensi bahan antiferromagnetik dalam teknologi spintronika.

Referensi

Bai, H., Zhou, X., Zhou, Y., Chen, X., You, Y., Pan, F., & Song, C. (2020). Functional antiferromagnets for potential applications on high-density storage and high frequency. Journal of Applied Physics, 128(21), 210901.

Beck, K. (2019,). How are magnets formed?. Sciencing. https://sciencing.com/magnets-formed-6329862.html

Lestari, K. (2020). Buku Ajar: Aplikasi Bahan Ferrit. Jakarta: Universitas Nasional.

Baltz, V, Manchon,. M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, (2018). Antiferromagnetic spintronics.

Hubalt, J. (2021). The difference between Ferrous & non-ferrous metals. Eclipse Magnetics. https://www.eclipsemagnetics.com/resources/the-difference-between-ferrous-and-non-ferrous-metals/

TTeadmin, L. (2023). The differences between ferrous and non-ferrous metal?. All Metals Fabrication.https://www.allmetalsfab.com/ferrous-non-ferrous-metals-whats-difference/

Emilio, M. D. P. (2022). Antiferromagnetic materials add value to memory storage. EE Times. https://www.eetimes.com/antiferromagnetic-materials-add-value-to-memory-storage/

Gerage, A. (2021). A more robust memory device for AI systems. Northwestern Engineering. https://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2021/06/a-more-robust-memory-device-for-ai-systems/

Gerage, A. (2021). A more robust memory device for AI systems. Northwestern Engineering. https://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2021/06/a-more-robust-memory-device-for-ai-systems/

Jungwirth, T., Marti, X., Wadley, P., & Wunderlich, J. (2015). Antiferromagnetic Spintronics. arXiv.org. https://arxiv.org/abs/1509.05296

Kabinet Thermics
Departemen KPB
KOMINFO BEMP Fisika FMIPA UNJ 2023