Artikel ini membahas penggunaan nanokristal semikonduktor inorganik sebagai material aktif dalam field effect transistor (FET). Nanokristal memiliki sifat baru yang menarik akibat ukuran kecilnya, seperti perubahan bandgap yang bergantung pada ukuran, namun aplikasinya dalam FET masih terbatas. Artikel ini menjelaskan prospek penggunaan nanokristal untuk FET karena proses fabrikasinya yang mudah dan murah, serta mob

1. buletin
volume1no.1,jul-sep2013
mrs-id.org
EDISI
PERDANA
Pandu Gelombang
Plasmon on-chip
kilas risettopik hangat
Field Effect Transistor Berbasis
Colloidal Nanocrystals

2. daftar isi
kata pengantar
topik hangat
Field Effect Transistor Berbasis Colloidal
Nanocrystals
3
kilas riset
Koherensi Fonon di dalam Carbon Nanotube
dan Graphene
8
Pengaruh Ion Plasma Pada Lapisan Tipis
SrRuO3: Metal-Insulator Transition (MIT)
8
Penumbuhan nanostruktur ZnO di atas
beberapa lembar graphene dengan
metode hidrotermal
9
Teknologi Inkjet Printing Sebagai Teknologi
Alternatif dalam Fabrikasi Terahertz
Metamaterial
10
Demonstrasi Pandu Gelombang Plasmon on-
chip berdasarkan platform silicon-on-
insulator
11
Strategi untuk membentuk hollow silica
nanoparticles tanpa keberadaan mesopore
menggunakan peran dari colloidal surface
charges, ketimbang surfaktan
12
Mencari “Jejak” Spin Inti 13
Pengontrolan konduktansi senyawa
assimetrikdiarylethene dengan cahaya
14
Ambipolar Transistor dari Jejaring Carbon
Nanotubes yang murni
15
tutorial
Simulasi Material dengan Quantum Espresso 17
serba-serbi
Ilmuwan Indonesia di Materials Research
Society Meetings San Francisco 2013
28
Arah Penelitian Magnet Permanen di
Indonesia dan Terbentuknya Konsorsium
Magnet
30
liputan
Liputan Konferensi Internasional
“Nanotechnology Application in Energy and
Environment (NAEE) 2012”
33
Padjadjaran International Physics
Symposium (PIPS) 2013
34
Seminar Nasional Material 2013 35
buletin
agenda 37
keanggotaan 38
dewan redaksi
Liputan 8th Indonesian Zeolite Seminar 36
 Pemimpin redaksi: Ferry Iskandar (Institut Teknologi Bandung)
 Staf editor: Satria Zulkarnaen Bisri (University of Groningen, Belanda), Rino Mukti (Institut Teknologi Bandung),
Miftakhul Huda (Gunma University, Jepang), Hadi Teguh Yudistira (Sungkyunkwan University, Korea Selatan)
 Tim desain: Dwi Prananto (Tohoku University, Jepang), Ikhtiar (University of Tsukuba, Jepang), Ahmad Ridwan
Nugraha (Tohoku University, Jepang)
Kredit gambar sampul: Landobasa Y. M. Tobing, Nanyang Technological University, Singapura

3. kata pengantar
Himpunan Riset Material Indonesia, disingkat HRMI, atau dalam bahasa Inggris disebut
Materials Research Society of Indonesia, disingkat MRS-Id, didirikan pada tanggal 9 Juni
2008, dengan bermodalkan semangat membara untuk menjadi wadah berkumpulnya
komunitas riset bidang material di Indonesia sehingga bisa mengakselerasi pengembangan dan
pemanfaatan ilmu dan rekayasa bidang tersebut. Pendirian tersebut bertepatan dengan
penyelenggaraan Seminar Fungsionalisasi dan Karakterisasi Nanomaterial di Hotel Karang
Setra,Bandung.
Secara legal, HRMI/MRS-Id telah disahkan dengan akte notaris No. 3, tanggal 1 Juli 2010.
Pengesahan dilakukan di kantor notaris Irma Rachmawati, SH, Jalan Dipati Ukur No 43
Bandung. Kegiatan organisasi ini mencakup seluruh wilayah Republik Indonesia serta
membuka kolaborasi dengan pihak luar negeri seluas-luasnya. Para pendiri HRMI atau MRS-Id
antara lain: Dr.Eng. Mikrajuddin Abdullah, Dr.Eng. Khairurrijal, Dr. Ferry Iskandar, Dr.
CamelliaPanatarani,danDr.EuisSustini.
Sejak berdirinya, HRMI/MRS-Id telah menyelenggarakan pertemuan ilmiah secara rutin
baik yang bersifat nasional maupun internasional. Untuk yang berskala nasional, telah
diselenggarakan antara lain: Seminar Nasional Fungsionalisasi dan Karakterisasi Nanomaterial
(9 Juni 2008) di Hotel Karangsetra Bandung, Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nano
Tanggal (3 Juni 2009) di Universitas Islam Bandung, Workshop Nanomaterial (29-30 Mei
2012) di ITB Bandung, dan Seminar Nasional Material (SNM) 2012 dan 2013 di ITB Bandung
(web: http://prosiding.papsi.org/index.php/SNM/index). Untuk kegiatan yang berskala
internasional, HRMI/MRS-Id telah mengadakan seri Nanoscience and Nanotechnology
Symposium (NNS) yang telah berlangsung sebanyak empat kali (2008, 2009, 2010 dan 2011),
yang terakhir berlangsung di Bali pada tahun 2011. Seri NNS berikutnya akan diadakan di
Surabaya pada bulan Oktober ini. Selain itu, HRMI/MRS-Id juga menjadi organizer seri Asian
Physics Symposium (APS) di Institut Teknologi Bandung pada Oktober 2011 dan 2012.
Kemudian pada September 2012 juga telah dilaksanakan Nanotechnology Applications for
Energy and Environment (NAEE) sebagai wujud untuk membawa lebih dekat lagi komunitas
riset material kepada aplikasi energi dan lingkungan. Selain itu, HRMI/MRS-Id juga menjadi
co-organizer dan co-sponsor dari beberapa pertemuan ilmiah lainnya pada bidang riset material
di Indonesia, untuk tahun ini seperti The 3rd ITB Catalysis Symposium di Bandung, 2-4
September 2013 (web: http://www.itbcatalysis.itb.ac.id/p/keynote-speaker.html),
International Conference on Advanced Materials Science & Technology (ICAMST 2013) di
Yogyakarta, 17-18 September 2013 (web: http://fismatel.fmipa.ugm.ac.id/icamst2013/), The
5th Nanoscience and Nanotechnology Symposium (NNS2013) di Surabaya, 23-25 Oktober
2013 (web: http://nns2013.itb.ac.id), Padjadjaran International Physics Symposium (PIPS
2013)diBandung,7-8Mei2013danIndonesianZeoliteSeminardiBandung,4-5Juni2013.
Selama ini HRMI/MRS-Id telah berkembang dengan dana mandiri, termasuk penerbitan
Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Pelaksanaan seminar dan simposium utama seperti seri
SNM, NNS, dan NAEE juga dilakukan "hampir" tanpa dukungan dana dari pihak komersial.
Karena kami membangun himpunan ini bukan atas tendensi apa pun, melainkan atas keinginan
untuk ikut berkontribusi bagi pengembangan riset di bidang ini. Walaupun untuk di masa-masa
awal perjuangan ini, kadang harus merogoh kocek sendiri untuk menjalankan beberapa
program.
Dr.Eng.MikrajuddinAbdullah.M.Si.
KetuaHRMI/MRS-Id
buletin
1

4. kata pengantar
Untuk ke depannya, HRMI/MRS-Id ingin memosisikan diri lebih sejajar dengan himpunan
riset material atau materials research society di negara-negara lain, seperti MRS, E-MRS,
MRS-Japan, MRS-Singapore, dan lainnya. Serta diharapkan setelah HRMI/MRS-Id lebih
mapan untuk dapat bergabung ke dalam International Union of Materials Research Society
(IUMRS), sehingga hasil-hasil riset material di, dari, dan oleh orang Indonesia bisa lebih
dikenal dan kontributif kepada masyarakat luas di seluruh dunia. Oleh sebab itu, komunitas
riset material di Indonesia melalui HRMI/MRS-Id harus diperkuat, untuk saling bahu-
membahu dan berkomunikasi untuk meningkatkan taraf kemampuan saintifik yang lebih
tinggi.
Buletin HRMI/MRS-Id yang terbit perdana ini akan menjadi sarana komunikasi bagi
insan-insan komunitas riset material Indonesia, baik yang sudah menjadi anggota HRMI/MRS-
Id, maupun yang belum menjadi anggota. Buletin ini akan terbit sebanyak empat kali tiap
tahunnya, sebagai pelengkap dari penerbitan-penerbitan lain HRMI/MRS-Id, seperti Jurnal
Nanosains & Nanoteknologi. Buletin ini berisi beberapa artikel yang bersifat topical review
untuk bidang-bidang riset material yang sedang hangat-hangatnya yang ditulis ilmuwan-
ilmuwan Indonesia. Selain itu, akan didapati juga highlight untuk publikasi-publikasi ilmiah di
jurnal internasional ber-impact factor tinggi yang ditulis ilmuwan-ilmuwan Indonesia baik
yang berada di dalam dan di luar negeri. Sehingga diharapkan ke depannya bisa terjadi cross-
citation antara ilmuwan Indonesia yang bergerak di bidang riset material. Selain itu akan
didapati artikel-artikel yang bersifat tutorial, berita kegiatan, dan info-info lain yang berguna
bagikomunitasrisetmaterialIndonesiadimanapunberada.
Bagi yang ingin mendaftar menjadi anggota, silakan mengirim formulir aplikasi. Informasi
tentang kategori keanggotaan dapat dilihat pada buletin ini dan juga di website HRMI/MRS-Id
(www.mrs-id.org/en). HRMI/MRS-Id juga go to social media yaitu di facebook/mrsidn.hrmi,
dan juga di group linkedIn (http://www.linkedin.com/groups?gid=4827419), dimana calon
anggota bisa mendaftar untuk mendapatkan info terkini HRMI/MRS-Id.
KamioptimisrisetmaterialIndonesiabisamajudankontributif.Terimakasih.
Ketua HRMI/MRS-Id
Dr.Eng. Mikrajuddin Abdullah. M.Si.
Profesor Bidang Fisika Nanomaterial
KK Fisika Material Elektronik, FMIPA
Institut Teknologi Bandung
buletin
2

5. 3
topik hangat
Field Effect Transistor Berbasis
Colloidal Nanocrystals
Mohamad Insan Nugraha dan Satria Zulkarnaen Bisri
1. Pendahuluan
Nanokristal semikonduktor inorganik banyak menarik
perhatian karena memiliki sifat-sifat baru yang menarik dan
berpotensi untuk diaplikasikan pada berbagai kegunaan
seperti solar cell, light-emitting device, photodetector,
[1–6]
transistor, dll . Munculnya sifat-sifat menarik tersebut
disebabkan oleh ukuran nanokristal yang sangat kecil (2-20
nm) sehingga terjadi fenomena quantum confinement pada
[7]
struktur energi elektronik material tersebut. Fenomena
quantum ini menyebabkan banyak sifat dari nanokristal
bergantung terhadap ukurannya, diantaranya pada sifat
elektronik dan sifat optiknya. Sebagai contoh, Gambar 1
menunjukkan bahwa spektrum warna yang diemisikan
berubah seiring dengan berubahnya ukuran nanokristal
[8]
tersebut . Hal tersebut disebabkan oleh karena melebarnya
Energy bandgap nanokristal disaat ukuran nanokristal
mengecil. Perubahan bandgap ini juga berpengaruh secara
signifikanjugaterhadapsifat-sifattransporelektroniknya.
Munculnya sifat-sifat menarik dan baru dalam nanokristal
menyebabkan material ini diaplikasikan dalam berbagai
bidang. Dalam lima tahun terakhir ini, penggunaan
nanokristal untuk mambangun devais sel surya sedang aktif
didalami. Salahsatunya adalah nanokristal berbasiskan
material Lead-chalcogenide (PbX). Bahkan dengan
menggunakan struktur devais sel surya yang sangat primitif,
[1–3,9]
efisiensi yang cukup tinggi (4-7%) bisa dicapai , apalagi
kedepannya dengan menggunakan struktur yang lebih
kompleks lagi. Dengan nanokristal
y a n g b e r b e n t u k k o l o i d ,
m e m u n g k i n k a n u n t u k
menghasilkan film melalui metode
y a n g c u k u p m u d a h y a i t u
menggunakan deposisi dari fasa
larutan (liquid phase synthesis)
seperti drop casting, dip coating,
dan spin coating. Metode-metode ini dikenal sebagai metode
yang mudah dan efisien. Selain itu, film yang terbuat dari
nanokristal juga tidak memerlukan proses annealing pada
suhu tinggi sehingga devais elektronik dapat difabrikasi
denganhargayanglebihmurah.
Di sisi lain, eksplorasi penggunaan nanokristal sebagai
material aktif pada devais field effect transistor (FET) masih
belum banyak. Padahal, nanokristal menjanjikan banyak hal
positif seperti proses yang mudah dan murah untuk membuat
FET, serta ada prospek bahwa mobilitas pembawa muatan di
nanokristal FET bisa cukup tinggi karena berasal dari material
anorganik. Juga sifatnya yang bergantung ukuran sehingga
diharapkan sifat elektronik yang bisa dikontrol pada transistor
tersebut yang pada akhirnya memberikan lebih banyak fungsi.
Walaupun material nanokristal sudah mulai ditemukan sejak
dua puluh tahun yang lalu, tetapi chemistry untuk sintesis
materialnya masih belum stabil, sehingga realibitasnya untuk
digunakan pada devais transpor elektron seperti transistor
masih belum bisa diandalkan, serta membuat investigasi sifat-
sifat fisis transpor material ini masih belum bisa dilakukan
dengan baik. Hanya baru-baru ini sajalah, proses chemistry
untuk material ini sudah bisa mulai reliabel terutama pada
materialPbX.
Dalam nanokristal inorganik, sampai saat ini masih
menjadi pertanyaan besar apakah mobilitas pembawa
muatannya sebanding dengan material induknya sehingga
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, Nijenborgh 4
Groningen 9747AG, Belanda. e-mail: m.i.nugraha@rug.nl, s.z.bisri@rug.nl
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar1 Cahaya yang diemisikan oleh
quantum dot CdSe/ZnS. Ukuran
quantum dot bertambah dari ~2 nm
sampai ~6 nm (kiri ke kanan). (Reprinted
(adapted) with permission from Ref. 8.
Copyright (2009) Elsevier)

6. sehingga menyebabkan transistor yang dihasilkan
memiliki performa yang lebih baik. Apakah sifat dari
assembly nanokristal akan lebih dekat kepada material
induknya, atau lebih dekat kepada sifat material
semikonduktor organik mengingat masing-masing
nanokristal akan terkait dengan nanokristal lainnya
menggunakan jembatan molekuler (baik itu organik maupun
anorganik). Selain itu, seperti yang disebutkan di atas,
bergantungnya sifat nanokristal terhadap ukuran
memungkinkan untuk mengubah sifat transistor dengan
memvariasikan ukuran nanokristal. Dalam artikel ini, akan
dibahas perkembangan penelitian tentang FET berbasis
nanokristal inorganik. Dimulai dari bagaimana prinsip kerja
FET, sifat-sifat nanokristal, nanokristal inorganik dalam FET,
danprospeknanokristalFETkedepan.
2. PrinsipKerjaField-EffectTransistors
Selain banyak digunakan dalam beberapa aplikasi, FET
juga banyak digunakan untuk penelitian-penelitian
fundamental untuk meninjau mekanisme transpor intrinsik
dalam suatu material (semikonduktor, graphene, dll) karena
merupakan salah satu cara yang paling mudah. Gambar 2
menunjukkan skematik FET. Dalam FET, terdapat tiga
komponen penting yaitu injection electrodes (source and
[10]
drain), active semiconducting channel, dan Gate dielectric .
Gate digunakan untuk mengontrol aliran elektron atau hole
dengan menghasilkan atau menghilangkan saluran konduktif
(conductive channel) pada antarmuka material semikonduktor
dan gate dielectric, menggunakan prinsip kerja pada MOS
capacitor. Lapisan tipis insulator (dielektrik gate) yang biasa
digunakan antara lain SiO , HfO , Al O , dan juga polimer2 2 2 3
seperti PMMA, Cytop, PDMS, polystyrene, dll. Ketika
tegangan diberikan pada gate, dihasilkan medan listrik dalam
saluran semikonduktor. Medan listrik ini menarik dan
mengakumulasi muatan listrik pada antarmuka lapisan
semikonduktor dan dielektrik gate. Bergantung pada keadaan
awal dan konsentrasi muatan pada saluran, muatan tambahan
dapat mengosongkan saluran transistor, meningkatkan
hambatan dalam transistor, atau meningkatkan arus yang
mengalir, serta menggeser level energi Fermi pada
semikonduktor tersebut. Oleh karenanya, teknik pada field-
effect transistor juga disebut sebagai teknik field-induced
[11]
dopingpadamaterialaktiftersebut .
Selain itu dalam FET, elektroda pada source dan drain
memegang peran penting. Elektroda yang digunakan harus
menghasilkan hambatan serendah mungkin (membentuk
kontak Ohmik). Jika hambatan yang dihasilkan besar, akan
terbentuk potential barrier antara elektroda dan saluran yang
akan menahan injeksi muatan. Hambatan kontak ini bersifat
lebih penting ketika panjang channel transistor kecil (berskala
mikrometer maupun nanometer) dan ketika transistor bekerja
padateganganrendah.
Respon arus yang mengalir dalam transistor terhadap
tegangan yang diberikan bergantung pada tipe muatan
mayoritas yang terdapat dalam saluran transistor. Jika
semikonduktor yang digunakan adalah tipe-n, tegangan gate
yang positif dapat mengakumulasikan elektron dalam saluran
sehingga transistor bisa mengalirkan arus elektron. Dan
sebaliknya jika diberikan tegangan gate yang negatif, maka
elektron akan ter-deplesi. Dalam FET, salah satu parameter
penting yaitu tegangan threshold (V ). Tegangan iniTh
menunjukkan tegangan dimana transistor dapat mulai
mengalirkan arus. Tengan threshold ini bergantung pada
beberapa parameter diantaranya yaitu adanya trapping states
yang harus diisi sebelum gate dapat menginduksi muatan
spacechargeyangdapatmengalir.
Untuk transistor tipe-n, tegangan gate positif
mengakumulasi elektron dalam saluran transistor membentuk
lapisan/saluran elektron. Ketika tegangan antara source dan
drain diberikan, elektron dapat mengalir dalam transistor
melalui saluran tersebut. Untuk transistor tipe-p, tegangan
gate negatif mengakumulasi hole dalam saluran transistor
membentuk lapisan/saluran hole. Ketika tegangan antara
source dan drain diberikan, hole dapat mengalir dalam
transistormelaluisalurantersebut.
4
topik hangat
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
G a m b a r 2
Skematik field effect
transistor (FET)
(Reprinted (adapted)
with permission
f r o m R e f . 7 .
Copyright 2010
American Chemical
Society).
Gambar 3 Kurva
transfer FET (a) tipe-
n, (b) tipe-p, dan (c)
ambipolar dan (d)
k u r v a k e l u a r a n
d a l a m F E T .
(Reprinted (adapted)
with permission from
Ref. 7. Copyright
2 0 1 0 A m e r i c a n
Chemical Society)

7. 5
topik hangat
Selain pentingnya dua tipe semikonduktor yang
digunakan, ada beberapa material yang bisa membuat devais
[12,13]
FET bersifat ambipolar . Pada transistor tipe ambipolar,
elektron dan hole dapat mengalir secara bersamaan, Dimana
kedua pembawa muatan diinjeksikan dari elektrode yang
berlawanan kemudian saling mengalir berlawanan arah. FET
yang bersifat ambipolar sangat menjanjikan karena dapat
diaplikasikan untuk membangun rangkaian complementary
inverter yang jauh lebih compact dibandingkan teknologi saat
iniyangbergantung
pada transistor unipolar. Selain itu, keberadaan hole dan
elektron dalam waktu bersamaan di dalam kanal transistor
ambipolar memungkinkan kedua pembawa muatan tersebut
untuk saling bertemu, berekombinasi untuk menghasilkan
exciton dan mengemisikan cahaya. Sehingga ambipolar
transistor bisa juga bekerja sebagai ambipolar light-emitting
[14–17]
transistor , yang menggabungkan dua fungsi, yaitu fungsi
current switching yang dimiliki transistor dan juga
kemampuan untuk mengemisikan cahaya. Devais baru ini
dapat menjadi alat baru untuk menghubungkan proses
komputasi elektronik dan juga proses komputasi optika yang
baru-baru ini mulai berkembang. Selain itu, keberadaan
devais transistor ambipolar dan ambipolar light-emitting
transistor memungkinkan untuk meninjau sifat dan
mekanisme transpor hole dan elektron serta sifat
photophysics-nyadalamwaktubersamaan.
3. NanocrystalsdalamFET
Nanokristal adalah material kristal tunggal yang
memiliki ukuran nanometer seperti ditunjukkan oleh Gambar
5. Dikarenakan ukurannya yang sangat kecil, terjadi
pengurungan (quantum confinement) fungsi gelombang
elektron dan hole yang menyebabkan adanya diskritisasi
energi elektron dan hole. Salah satu dampak penting dari
quantum confinement ini yaitu adanya hubungan antara
struktur elektronik dan ukuran nanokristal. Dalam
semikonduktor, hal ini menyebabkan keadaan elektron dan
hole dapat diatur dengan mengubah ukuran nanokristal. Selain
itu, pada umumnya untuk menjaga nanokristal agar tetap
bersifat stabil dan juga supaya dapat dilarutkan diperlukan
molekul ligandd yang melindungi permukaan nanokristal.
Kontrol yang baik terhadap permukaan nanokristal dapat
menghilangkan midgap states yang disebabkan oleh atom
yang tidak berikatan di permukaan (dangling bond). Hal
tersebut menyebabkan berkurangnya kemungkinan terjadinya
carrier trapping dan rekombinasi nonradiatif sehingga
efisiensi quantum dari sifat luminescence nanokristal
[7]
semikonduktormeningkat(>80%) .
Dengan menggunakan nanokristal semikonduktor,
diharapkan transistor yang dihasilkan memiliki performa
yang baik dengan nilai mobilitas elektron dan hole yang cukup
tinggi. Selain itu, dengan menggunakan nanokristal dalam
FET memungkinkan dihasilkannya transistor melalui metode
spin coating, inkjet printing, dip coating pada substrat plastik
yang fleksibel, proses suhu rendah, dan lain-lain. Kemudian,
seperti yang disebutkan di atas, bergantungnya sifat
nanokristal terhadap ukuran menjanjikan hal positif yaitu
memungkinkan dihasilkannya transistor berbasis nanokristal
yang dapat diatur sifat dan performanya dengan mengubah
ukurannanokristal.
Namun, seperti yang disebutkan di atas, nanokristal
menggunakan ligand agar tetap bersifat stabil. Akan tetapi
karena pada umumnya ligand bersifat isolator, ligand dapat
mengurangi transfer muatan antar nanokristal sehingga pada
aplikasinya menyebabkan transistor yang dihasilkan memiliki
mobilitas yang rendah. Oleh karena itu, ligand yang lebih
pendek, tapi tetap dapat menjaga stabilitas nanokristal dan
tidak menghambat transfer muatan antar nanokristal adalah
salahsatufaktorpenting.
Pada tahun 2005, transistor pertama berbasis nanokristal
[18]
PbSe berhasil dibuat . Umumnya, ligand yang digunakan
adalah oleic acid, karena memudahkan untuk melarutkan
nanocrystal pada pelarut organik.Akan tetapi, molekul ligand
ini sangat panjang sehingga transistor yang dihasilkan tidak
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar 4 Beberapa koloid nanokristal semikonduktor
(Reprinted (adapted) with permission from Ref. 7. Copyright 2010
American Chemical Society)

8. 6
topik hangat
bekerja. Namun setelah oleic acid diganti oleh hydrazine
dengan merendam film nanokristal ke dalam larutan 1 M N H2 4
dalam acetonitrile, jarak antar nanokristal berkurang dari ~1.2
nm menjadi ~0.4 nm. Hal ini meningkatkan konduktivitas film
nanokristal PbSe sebesar 10 orde. Setelah ditambahkan
hydrazine, transistor bersifat tipe-n dengan rasio arus on/off
3 2 -1 -1
sebesar ~2.5 x 10 untuk PbSe FET dan mobilitas 0.4 cm V s
2 -1 -1
(linear) dan 0.7 cm V s (saturasi). Ketika hydrazine
dihilangkan, transistor berubah menjadi bersifat ambipolar
dan menjadi tipe-p ketika seluruh hydrazine dihilangkan. FET
bertipe-p yang dihasilkan meniliki mobilitas hole 0.12-0.18
2 -1 -1 2
cm V s dan rasio on/off 10 . Hasil ini menunjukkan bahwa
sifat transistor dapat diatur dengan memberikan perlakuan
secarakimia.
Perlakuan kimia dengan memberikan hydrazine juga telah
berhasil diaplikasikan pada transistor berbasis nanokristal
[19]
PbTe . Setelah perlakuan tersebut, mobilitas elektron dan
hole di daerah linear masing-masing yaitu ~0.95 dan ~0.15
2 -1 -1
cm V s . Selain PbTe, pemberian hydrazine menyebabkan
transistor berbasis nanokristal PbS memiliki mobilitas ~0.08
2 -1 -1 2 -1 -1
cm V s di daerah linear dan 0.12 cm V s di daerah saturasi.
Selain itu, transistor yang dihasilkan menunjukkan tipe-n.
Akan tetapi, hydrazine adalah molekul yang tidak stabil serta
berbahaya.
Beberapa penelitian lain menunjukkan bahwa penggunaan
berbagai molekul ligand yang berbeda dapat meningkatkan
sifat transistor yang dihasilkan. Sebagai contoh, transistor
-5 2 -1 -
berbasis nanokristal PbS memiliki mobilitas 3.8 x 10 cm V s
1 -5 2 -1 -1
dan 1.8 x 10 cm V s masing-masing untuk hole dan
[1]
elektron setelah menggunakan benzenedithiol (BDT) .
Kemudian, mobilitas hole dan elektron meningkat menjadi 1.7
-3 2 -1 -1 -4 2 -1 -1
x 10 cm V s dan 2.3 x 10 cm V s setelah menggunakan
ethanedithiol (EDT). Selain itu, mobilitas hole dan elektron
-3 2 -1 -1 -2
juga meningkat menjadi 2.7 x 10 cm V s dan 1.4 x 10
2 -1 -1
cm V s setelah menggunakan 3-mercaptoprepionic acid
(3MPA). Gambar 6(a) menunjukkan kurva transfer transistor
berbasis nanokristal PbS dengan menggunakan beberapa
[20]
ligand . PbS nanokristal yang digunakan adalah sama, yaitu
memiliki ukuran 3.6 nm. Pada Gambar 6(a) ditunjukkan
bahwa transistor yang menggunakan BDTmemiliki arus drain
terendah dan akumulasi elektron yang lebih baik daripada
akumulasi hole. Pada transistor yang menggunakan EDT,
akumulasi elektron berkurang walaupun memiliki arus drain
yang lebih besar daripada transistor yang menggunakan BDT.
Sedangkan pada transistor yang menggunakan 3MPA,
ditunjukkan adanya keseimbangan antara akumulasi hole dan
elektron dengan arus drain tertinggi namun dengan nilai rasio
on/offterendah.
Penggunaan gate oksida yang lebih tipis atau mengganti
SiO dengan material yang memiliki konstanta dielektrik yang2
tinggi (high-k dielectric material) seperti HfO dapat2
mengurangi tegangan kerja transistor. Kim dkk melaporkan
[21]
transistor berbasis nanokristal HgTe . Mereka mendapatkan
mobilitas yang tinggi pada tegangan gate yang rendah dengan
menggunakan high-k dielectric material. FET berbasis HgTe
dengan menggunakan bottom gate SiO 300 nm (ε ≈ 3.9)2
bersifat tipe-p dengan mobilitas, rasio on/off, dan V masing-Th
2 -1 -1 3
masing yaitu 0.82 cm V s , 10 , dan 7.7 V. Namun dengan
menggunakan material dengan konstanta dielektrik tinggi, 60
nmAl O (ε ≈ 8.6), transistor bekerja pada tegangan yang lebih2 3
rendah. Transistor dengan struktur top gate tersebut memiliki
2
rasio on/off dan V masing-masing yaitu 2 x 10 dan -2.2 VTh
2 -1 -1
dengan mobilitas ~2.38 cm V s . Selain itu, Kim dkk juga
melaporkan FET berbasis nanokristal HgTe dengan tipe-p
yang dibuat di atas substrat kaca dan plastik. Di atas kaca,
2 -1 -1 2 -1 -1
mobilitas hole yaitu 1.06 cm V s (saturasi) dan 0.55 cm V s
(linear). Sedangkan rasio on/off dan V masing-masing yaituTh
3
~10 dan 0.2V. Mobilitas hole pada nanokristal ini yang dibuat
2 -1 -1
di atas substrat plastik polyethersulfone yaitu 1.20 cm V s
3
(linear) dengan rasio on/off dan V masing-masing 10 dan -Th
3.0V
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar 5 (a) Kurva transfer transistor berbasis nanokristal PbS
dengan menggunakan beberapa jenis ligand, (b) proses fabrikasi
transistor dengan menggunakan metode spin coating, dan (c)
struktur transistor yang digunakan. (Reprinted (adapted) with
permission from Ref. 20. Copyright (2013) Wiley VCH)

9. 7
topik hangat
5. Prospek RisetNanokristalFETkeDepan
Tantangan terbesar bagi riset transistor nanokristal adalah
bagaimana mendapatkan mobilitas yang sangat besar, seperti
potensinya yang terdapat di material anorganik sembari
menjaga keunikan sifat quantum confinement yang dimiliki
material ini. Berbagai usaha dikeluarkan untuk meningkatkan
mobilitas elektron atau hole dalam FET berbasis nanokristal.
Salah satu masalah dalam FET berbasis nanokristal yaitu
adanya dangling bond yang menyebabkan terbentuknya trap
[22]
states . Trap states ini mengakibatkan tegangan operasi FET
menjadi sangat tinggi. Baru-baru ini dikenal suatu metode
baru untuk mencapai tujuan tersebut, yaitu dengan
[23–25]
menggunakan ionic liquid gating . Ionic liquid digunakan
untuk menggantikan SiO sebagai material dielektrik. Ketika2
tegangan gate diberikan pada ionic liquid, akan terbentuk
nanokapasitor antara elektroda gate dan ionic liquid. Hal ini
menyebabkan ionic liquid dapat mengakumulasi muatan
dengan konsentrasi yang tinggi (kapasitansi sangat tinggi).
Muatan dengan konsentrasi yang tinggi ini dapat mengisi trap
states pada permukaan nanokristal sehingga tegangan operasi
FETmenjadilebihrendah.
Gambar 6 menunjukkan karakteristik I-VPbS FETdengan
menggunakan ion gel berbasis ionic liquid 1-ethyl-3-
methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide
([EMIM][TFSI]). Ion gel terbentuk dengan mendispersikan
ionic liquid ke dalam polymer yang sudah di-crosslinking
sehingga didapati padatan yang memiliki konduktivitas ionic
[26,27]
seperti halnya ionic liquid . Seperti yang disebutkan di
atas, dengan menggunakan ligand 3MPA mobilitas hole dan
-3 2 -1 -1
elektron juga meningkat menjadi 2.7 x 10 cm V s dan 1.4 x
-2 2 -1 -1
10 cm V s . Dengan menggunakan ionic liquid, mobilitas
elektron dan hole masing-masing meningkat menjadi 1.91
2 -1 -1 2 -1 -1 [20]
cm V s dan 0.15 cm V s . Selain itu, peningkatan
mobilitas yang tinggi dapat dicapai hanya dengan
menggunakan tegangan yang sangat rendah (V<1.5 V). Oleh
karena itu, ionic liquid gating merupakan sebuah metode baru
yang menjanjikan karena selain dapat meningkatkan
mobilitas muatan dalam transistor, menyebabkan tegangan
kerja transistor menjadi sangat rendah. Penelitian tentang
penggunaan ionic liquid gating dalam nanokristal FET masih
pada tahapan awal dan perlu dilakukan lebih lanjut untuk
meningkatkan kinerja berbagai nanokristal FET. Selain itu,
tingginya konsentrasi muatan yang dapat diakumulasikan
oleh ionic liquid membuka jalan ke daerah baru dalam
penelitian mengenai sifat fundamental nanokristal itu sendiri
yaitu fenomena yang bisa terjadi pada nanokristal dengan
konsentrasi muatan tinggi (high carrier concentration
phenomena). Pertanyaan-pertanyaan yang akan timbul di
masa yang akan mendatang antara lain: (i) apakah kita bisa
mengisi level energi subband yang lebih tinggi pada
nanokristal sebagai efek dari quantum confinement, dan
bagaimana memanfaatkannya? (ii) apakah proses transpor
muatan di thin film nanokristal bersifat sebagai transpor difusi
band-like atau transpor hopping ? dan berapa tinggi mobilitas
ultimate dari sistem ini? (iii) untuk material nanokristal
[11,28]
tertentu, bisakah terjadi electronic phase transition jika
material ini didoping oleh jumlah pembawa muatan yang
sangat besar? (iv) bagaimana korelasi antara mekanisme
transpor elektron di nanokristal dengan pemanfaatan
[29]
fenomena multiple exciton generation , yang merupakan
salahsatu potensi dari material nanokristal untuk aplikasinya
diselsuryayangsangatefisien?
Referensi
[1] K. Szendrei, et al, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 351806.
[2] K. Szendrei, et al, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1598–1605.
[3] A. H. Ip, et al, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 577–582.
[4] K. Szendrei, et al., Adv. Mater. 2009, 21, DOI 10.1002/adma.200801752.
[5] T. Rauch, et al, Nat. Photonics 2009, 3, 332–336.
[6] L. Sun, et al, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 369–373.
[7] D. V. Talapin, et al, Chem. Rev. 2010, 110, 389–458.
[8] N. Tomczak, et al, Prog. Polym. Sci. 2009, 34, 393–430.
[9] C. Piliego, S. Z. Bisri, et al, Energy & Environmental Science, 2013 in press.
[10] S. M. Sze, K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, 1999.
[11] C. H. Ahn, et al, Rev. Mod. Phys. 2006, 78, 1185–1212.
[12] F. Dinelli, et al, Adv. Mater. 2006, 18, 1416–+.
[13] J. Zaumseil, H. Sirringhaus, Chem. Rev. 2007, 107, 1296–1323.
[14] C. Rost, et al, Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 1613–1615.
[15] J. Zaumseil, et al, Nat. Mater. 2006, 5, 69–74.
[16] S. Z. Bisri, et al, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1728–1735.
[17] S. Z. Bisri, et al, Adv. Mater. 2011, 23, 2753–2758.
[18] D. V. Talapin, C. B. Murray, Science 2005, 310, 86–89.
[19] J. J. Urban, et al, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3248–3255.
[20] S. Z. Bisri, et al, Adv. Mater. 2013, doi: adma.201205041
[21] H. Kim, et al, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 173107–173107–3.
[22] M. Saba, et al, ACS Nano 2012, DOI 10.1021/nn305031k.
[23] H. Yuan, et al, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1046–1053.
[24] R. Misra, et al, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 052905–052905–3.
[25] H. Y. Hwang, et al, Nat. Mater. 2012, 11, 103–113.
[26] S. H. Kim, et al., Adv. Mater. 2012, n/a–n/a.
[27] K. H. Lee, et al., Adv. Mater. 2012, 24, 4457–4462.
[28] H. Y. Hwang, et al., Nat. Mater. 2012, 11, 103–113.
[29] O. E. Semonin, et al., Science 2011, 334, 1530–1533.
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar 6 (a) Kurva keluaran PbS FET dengan menggunakan
ion gel berbasis ionic liquid [EMIM][TFSI]. (b) perbadingan
kurva transfer dengan menggunakan dielektrik SiO2 dan ion
gel berbasis ionic liquid [EMIM][TFSI].

10. 8
kilas riset
Fonon merupakan keadaan kuantum dari getaran atom-
atom di dalam suatu kristal. Pergerakan atom pada dasarnya
terjadi dengan fase yang acak antara satu atom dengan atom
lainnya. Akan tetapi, jika suatu pulsa laser diberikan pada
material dengan orde waktu yang sangat singkat (misalnya
femtosekon, 10-15 s), atom-atom di dalam kristal tersebut
dapat bergerak seiringan secara koheren dengan fase yang
sama. Getaran ini terkait dengan pembangkitan fonon yang
koheren (coherent phonon) sebagai hasil dari relaksasi
pembawa muatan (elektron) yang tereksitasi ke pita konduksi
yang kemudian berinteraksi dengan kisi-kisi kristal melalui
interaksi elektron-fonon. Fonon yang koheren memenuhi
persamaan osilator harmonik terkendali (driven harmonic
oscillator).
Carbon nanotube (CNT) dan graphene nanoribbon (GNR)
dikenal memiliki sifat optoelektronik yang unggul
berdasarkan struktur satu dimensinya. Selain itu, CNT dan
GNR memiliki beberapa mode getaran yang terkait langsung
dengan perubahan ukuran celah pita (bandgap) sehingga sifat
elektroniknya dapat langsung dimodulasi. Mode getaran
tersebut adalah RBM (radial breathing mode), yaitu getaran
CNT pada arah diameter, dan RBLM (radial breathing like
mode),yaitugetaranGNR padaarahlebarnya.
Hal yang menarik dari mode RBM dan RBLM yang
terbangkitkan secara koheren adalah respon awal dari material
CNT dan GNR terhadap sinar laser yang diberikan. Baik CNT
atau GNR dapat sama-sama memperbesar maupun
memperkecil nilai diameter atau lebarnya masing-masing.
Respon awal diameter CNT dan lebar GNR ini secara unik
dapat diprediksi apakah akan lebih dulu melakukan ekspansi
(memperbesar diameter CNT / lebar GNR) atau lebih dulu
melakukan kontraksi (memperkecil diameter CNT / lebar
GNR).
Prediksi tersebut dibuat melalui penerapan effective mass
theory untuk menghitung nilai interaksi elektron-fonon. Dari
hasil perhitungan diketahui bahwa gaya yang menjadi sumber
getaran fonon koheren ini dapat bernilai positif (> 0) atau
negatif (< 0) tergantung pada jenis struktur spesifik CNT
(armchair / zigzag / chiral) dan GNR (armchair / zigzag), serta
tergantung pula pada nilai energi laser yang diberikan pada
material. Menariknya lagi, nilai positif atau negatif dari gaya
sumber getaran tersebut disebabkan nilai matriks elemen
interaksi elektron-fonon pada CNT dan GNR dapat bernilai
positif dan negatif. Kejadian ini tidak ditemukan di material
semikonduktor lain pada umumnya yang hanya memiliki nilai
interaksi elektron-fonon yang positif. Ke depannya, sifat
fonon yang koheren di dalam material CNT dan GNR
merupakan potensi besar untuk diaplikasikan sebagai osilator
berkecepatan THz. Oleh karena itu, pengetahuan mengenai
respon awal material CNT dan GNR terhadap paparan laser
dalamordefemtosekonmenjadisangatpenting.
A. R. T. Nugraha
Link full paper: http://iopscience.iop.org/0953-
8984/25/14/144201/
Kontakpenulis:nugraha@flex.phys.tohoku.ac.jp
Koherensi Fonon di dalam Carbon Nanotube dan
Graphene
G. D. Sanders, A. R. T. Nugraha, K. Sato, J.-H. Kim, J. Kono, R. Saito, C. J. Stanton, “Theory of coherent phonons in
carbon nanotubes and graphene nanoribbons” J. Phys. Cond. Mat. 25, 144201 (2013), University of Florida, USA;
Tohoku University, Japan; Rice University, USA
Metal-insulator transition (MIT) adalah suatu fenomena
dimana suatu material dapat mengalami perubahan tingkat
konduktivitas yang cukup tinggi (103 S/m). Bahasa
awamnya, ada material tertentu yang bisa mengalami
perubahan sifat dari insulator menjadi logam. MIT dapat
disebabkan oleh beberapa faktor baik faktor internal (yang
berasal dari sifat intinsik material itu sendiri) maupun faktor
eksternal (yang berasal dari lingkungan luar yang
mempengaruhi sifat material tersebut). SrRuO3 merupakan
salah satu material dari kelompok ruthenates (Ru),
Srn+1RunO3n+1 yang memiliki aplikasi yang luas dalam
teknologi lapisan tipis. SrRuO3 memiliki sifat ferromagnetik
yang berbeda pada suhu rendah (2 K < T < TC) dan pada suhu
tinggi (T > TC), lihat gambar 1(a). Hal ini disebabkan karena
perbedaan re-orientasi spin elektron Ru 4d: (i) pada suhu
rendah, nilai saturasi magnetiknya (MS) 1.4 B/Ru; (ii) pada
suhu tinggi, MS 2 B/Ru. Selain memiliki sifat magnetik yang
unik, SrRuO3 juga memiliki sifat konduktivitas yang baik,
sehingga dapat digunakan sebagai elektroda dalam aplikasi
devais nano teknologi yang berbasis oxide perovskite
Pengaruh Ion Plasma Pada Lapisan Tipis SrRuO3: Metal-
Insulator Transition (MIT)
F. Kurnia, O. T. Tambunan, B. W. Lee, J. Choi, J. Cho, B. H. Park, S.-B. Shim, J. Kim, J.-Y. Park, dan C. U. Jung “The Effect
of Plasma Treatment on the Physical Properties of SrRuO3 Films on SrTiO3 Substrate” J. Phys. Soc. Jpn 82 (2013) 013706,
Hankuk University of Foreign Studies, Korea Selatan; Kwangwoon University, Korea Selatan; Konkuk University, Korea
Selatan; Korea Research Institute of Standards and Science, Korea Selatan; Ajou University, Korea Selatan.
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

11. 9
kilas riset
material.
Pada kesempatan ini, kami mempelajari sifat dari lapisan
tipis SrRuO3 yang ditumbuhkan secara koheren (c-axis-
oriented) di atas SrTiO3 (001) dengan menggunakan teknik
pulsed laser deposition (PLD). Lapisan tipis SrRuO3 ini
kemudian ditempatkan di dalam ruang plasma (plasma
chamber) dengan menggunakan gas O2 dan H2 yang bersifat
sebagai pertubasi eksternal yang dapat mempengaruhi sifat
fisis dari SrRuO3 material, lihat gambar 1(b). Kami
mengamati terjadinya fenomena MIT pada sampel yang telah
dipengaruhi oleh ion-ion plasma (terutama gas H2). Nilai
konduktivitas SrRuO3 jatuh hingga 100 kali lebih rendah dari
nilai konduktivitas awalnya. Perubahan nilai konduktivitas ini
disertai dengan perubahan nilai konsentrasi dari oxygen
vacancy yang dapat diamati dengan pergeseran posisi peak
SrRuO3 padadataX-ray diffraction.Hasilinimemperlihatkan
suatu perubahan sifat fisis dari material SrRuO3 yang
diakibatkan oleh faktor eksternal, dimana konsentrasi oxygen
vacancydapatdipengaruhiolehion-ionplasma.
F. Kurnia
Linkfullpaper:http://jpsj.ipap.jp/link?JPSJ/82/013706/
Kontakpenulis:fran.kurnia@yahoo.com
Gambar 1. (a) Perubahan sifat konduktivitas SrRuO3. TC
150 K sebagai temperatur Curie; (b) Lapisan tipis SrRuO3
yang dipengaruhi oleh ion-ion plasma (O2 dan H2).
Artikel ini mendeskripsikan penumbuhan nanostruktur
ZnO di atas beberapa lembar graphene dengan menggunakan
metode hidrotermal dan disertai dengan analisa struktur kristal
nano dan sifat optik dari ZnO tersebut. Proses penumbuhan
nanostruktur ZnO ini dilakukan secara langsung di atas
beberapa lembar grafin tanpa menggunakan seed atau buffer
layer dengan metode yang sangat mudah, yaitu metode
hidrotermal. Keunggulan metode hidrotermal ini adalah biaya
produksi yang rendah dan prosesnya menggunakan
o
temperatur rendah (< 100 C), sehingga cocok digunakan
untuk memproduksi piranti optoelektronik yang transparan
danfleksibel.
Selain itu, artikel ini juga mendeskripsikan kemampuan
untuk mengontrol dimensi/ukuran, kerapatan, serta morfologi
nanostruktur ZnO tersebut dengan memvariasikan beberapa
parameter penumbuhan, seperti temperatur penumbuhan,
molaritas larutan, serta derajat keasaman (pH) larutan.
Perubahan nanodisk menjadi nanorod, misalnya, dapat diatur
dengan mengubah temperatur penumbuhan. Sedangkan
nanoflower dapat dihasilkan dengan mengubah derajat
keasamanlarutan(pH).
Selanjutnya, struktur kristal dan sifat optik ZnO ini pun
dipelajari dengan menggunakan transmission electron
microscope (TEM) dan pengukuran sifat photoluminescence
beserta electroluminescence-nya. Hasil pengamatan struktur
Penumbuhan nanostruktur ZnO di atas beberapa lembar
graphene dengan metode hidrotermal
1 2 3 3 3 2
Y-J. Kim , Hadiyawarman , A. Yoon , M. Kim , G-C. Yi , C. Liu , “Hydrothermally grown ZnO nanostructures on few-layer
graphene sheets” Nanotechnology 22 (2011) 245603,
1 2 3
Pohang University of Science and Technology, Hankuk University of Foreign Studies, Seoul National University
Gambar 1. Nanostruktur ZnO hanya tumbuh pada
permukaan grafin, tidak pada permukaan SiO2.
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

12. kristal ZnO menggunakan TEM menunjukkan bahwa
nanostruktur ZnO yang dihasilkan dengan menggunakan
metode hidrotermal bersuhu rendah ini adalah kristal tunggal
sempurna tanpa dijumpai adanya cacat/defect. Lebih lanjut
hal ini juga dikonfirmasi oleh hasil pengukuran
photoluminescence dan electroluminescence. Dari kedua
pengukuran tersebut diperoleh data bahwa spektrum yang
dihasilkan dari nanostruktur ZnO didominasi oleh excitonic
emission dan tanpa disertai deep-level emission yang
merupakan ciri emisi yang berasal dari cacat kristal atau
defect.
Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa nanostruktur
ZnO yang memiliki struktur single kristal dan sifat optik yang
sangat baik untuk keperluan piranti optoelektronik yang
transparan dan fleksibel, dapat dihasilkan dengan
menggunakanmetodeyangsederhana.
Hadiyawarman
Linkfullpaper : http://iopscience.iop.org/0957-
4484/22/24/245603/
Kontakpenulis :warman310@gmail.com
Saat ini banyak para peneliti melakukan penelitian untuk
menginvestigasi sifat gelombang elektromagnetik pada
metamaterial. Metamaterial adalah struktur material yang
dapat memanipulasi gelombang elektromagnetik sehingga
metamaterial ini bisa memiliki index bias negatif atau nilai
index bias yang sangat tinggi, bergantung strukturnya.
Sehingga bisa didapati “material yang tidak kelihatan pada
panjang gelombang tertentu. Sifat-sifat tersebut tidak dimiliki
oleh material yang dijumpai di alam semesta. Terahertz
metamaterial memiliki keterbatasan dibandingkan
metamaterial yang aktif pada frekuensi gelombang optik
visibel dan gelombang mikro. Keterbatasan ini dikarenakan
oleh sulitnya dalam pendeteksian terahertz metamaterial. Saat
ini ada beberapa teknologi fabrikasi yang berkembang untuk
pembuatan terahertz metamaterial. Kondisi terkini, fleksibel
absorber terahertz metamaterial untuk aplikasi pesawat
siluman dan metamaterial
dengan refractive index yang
tinggitelahdidemonstrasikan.
Hal yang terpenting dalam
metamaterial adalah desain unit
cell harus lebih kecil daripada
panjang gelombang gelombang
e l e k t r o m a g n e t i k . U n t u k
terahertz metamaterial ukuran
unit cell nya adalah sekitar sub
micron. Metamaterial dapat
diperhatikan sebagai media
y a n g h o m o g e n u n t u k
gelombang elektromagnetik.
Struktur unit metal cell pada
permukaan metamaterial dapat
memberikan respon medan
listrik dan respon medan magnet sesuai dengan yang kita
harapkandenganmengaturdesainstrukturunitcelltersebut.
Dalam kehidupan sehari-hari, terahertz metamaterial
biasanya difabrikasi dengan menggunakan photo-lithography,
electron-beam lithography (EBL), focused ion beams (FIB)
writing, dan electron-beam evaporation. Diantara semua
teknologi fabrikasi yang digunakan, photolithography
merupakan teknologi fabrikasi yang sering digunakan untuk
fabrikasi terahertz metamaterial. Photolithography
membutuhkan mask untuk membuat struktur yang bagus dan
kecil, sedangkan EBL dan FIB tidak membutuhkan mask
untuk membuat struktur yang bagus dan kecil. Semua
teknologi tersebut membutuhkan biaya yang tinggi dan
perawatan peralatan yang kompleks. Metode FIB dapat
merusak dan memberikan kontaminasi pada permukaan
sampel.
Isu yang paling utama dalam proses fabrikasi
Teknologi Inkjet Printing Sebagai Teknologi Alternatif
dalam Fabrikasi Terahertz Metamaterial
H. T. Yudistira, V. D. Nguyen, S. B. Q. Tran, T. S. Kang, J. K. Park, D. Byun, “Retreat behavior of a charged droplet for
electrohydrodynamic inkjet printing”, Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 083501.
Department of Aerospace and Information Engineering, Konkuk University, 1 Hwayang-Dong, Kwangjin-Gu, Seoul 143-
701, Republic of Korea
Gambar 1 Pembanding antara photolithography dengan teknologi inkjet printing
10
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

13. metamaterial adalah fabrikasi dalam jumlah besar, biaya yang
tinggi, kontaminasi sampel dan efisiensi waktu. Teknologi
printing dapat menjadi kandidat paling utama jika teknologi
ini dapat menghasilkan resolusi yang tinggi yang dibutuhkan
oleh metamaterial. Saat ini teknologi printing sudah
memberikan hasil yang luar biasa dalam fabrikasi
metamaterial. Teknologi printing memiliki keuntungan tidak
membutuhkan mask, dapat mengurangi biaya fabrikasi,
langkah fabrikasi yang sederhana, tidak membutuhkan
banyak material, memungkinkan untuk fabrikasi dengan
desain yang kompleks, dan dapat untuk fabrikasi multi
lapisan.
Hadi Teguh Yudistira
Link full paper:
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v98/i8/p083501_s1
Kontak penulis: Hadi Teguh Yudhistira (Sungkyunkwan
University, Korea)
Surface plasmon polariton (SPP) adalah mode propagasi
cahaya pada interface metal-dielektrik yang dihasilkan dari
interaksi antara gelobang elektromagnetik dengan osilasi
kolektif plasma electron dalam metal. Pandu gelombang
plasmon (plasmonic waveguide) diatas chip (on-chip) telah
mengundang banyak perhatian karena kemampuan nya untuk
melokalisasi cahaya dalam skala lebih kecil dari panjang
gelombang (subwavelength confinement), yang dapat dipakai
untuk memberikan device integration density yg jauh lebih
besar dibandingkan dengan pandu gelombang dielektrik yang
dimensinya dibatasi oleh total internal reflection. Lebih lagi,
fakta bahwa pandu gelombang plasmon yang dapat
mengurung cahaya dalam dimensi yang sangat kecil dapat
dipakai untuk meningkatkan interaksi antara cahaya dengan
materi, yang sangat berguna untuk mewujudkan piranti optik
aktifdenganenergithresholdrendah.
Berbagai tantangan untuk merealisasikan pandu
gelombang plasmon adalah loss propagasi yang jauh lebih
besar dari loss pandu gelombang dielektrik, dan dalam
mencari platform yang dapat akomodasi persyaratan untuk
pandu gelombang plasmon on-chip. Dalam hal ini, silicon-on-
insulator (SOI) adalah platform yang cocok untuk memenuhi
2 syarat tersebut dikarenakan oleh teknologi fabrikasi CMOS
yang sudah dewasa dalam fabrikasi chip dan juga pandu
gelombang dielektrik, dan juga karena kemungkinan
integration yang lebih realistis dibandingkan dengan pandu
gelombang plasmon yang berdasarkan sistem material yang
lain. Sejauh ini pandu gelombang berdasarkan teknologi SOI
sudah di demonstrasikan dengan loss propagasi sangat rendah
(2-3dB/cm)denganlebarpenampangberskalasubmikron.
Dalam jurnal ini, kami menunjukkan fabrikasi pandu
gelombang plasmon yang dapat dengan mudah di integrasi
kan dengan pandu gelombang dielektrik, yang ditunjukkan di
Gambar 1. Pandu gelombang SOI dalam jurnal ini difabrikasi
dengan bantuan ePIXfab yang memakai teknologi deep-
ultraviolet lithography (DUV Lithography) berdasarkan
panjang gelombang 193 nm. Pandu gelombang SOI didalam
proyek ini mempunyai lebar 450 nm dan ketebalan 220 nm,
dengan loss propagation dibawah 2dB/cm. Kemudian pandu
gelombang plasmon di realisasikan dengan cara melancipkan
pandu gelombang SOI dari 450 nm menuju lebar pandu
gelombangplasmonmenurutdesign,berkisar150-250nm.
Dengan menggunakan dimensi di atas, pandu gelombang
SOI hanya dapat mendukung mode propagasi dengan arah
medan listrik di arah horizontal. Ini cocok dengan kriteria
propagasi plasmon yang hanya mungkin jika arah medan
listrik tegak lurus dengan interface metal-dielektrik (mode
karakteristik kedua pandu gelombang ditunjukkan di Gambar
2). Dalam hal ini, pandu gelombang plasmon di wujudkan
dengan cara membuat bukaan di bagian waveguide yang
lancip dan kemudian deposisi emas konformal terhadap
silicon supaya dinding dan atap silicon tertutup secara merata
dengan emas. Ketebalan emas dalam hal ini perlu lebih besar
dari skin-depth emas, yang dalam hal ini berkisar ~23 nm
untukpanjanggelombangtelekomunikasi =1550nm.
Dalam hal ini, ketebalan emas sekitar 40 nm sudah cukup
Demonstrasi Pandu Gelombang Plasmon on-chip
berdasarkan platform silicon-on-insulator
L. Y. M. Tobing, L. Tjahjana, D. H. Zhang, “Demonstration of low-loss on-chip integrated plasmonic waveguide based on
simple fabrication steps on silicon-on-insulator platform” Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 041117,
Nanyang Technological University, Singapore
Gambar 1 . Pandu gelombang plasmon yang ter-integrasi dengan
pandu gelombang SOI.
11
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

14. untuk memungkinkan propagasi plasmon. Karakterisasi loss
propagasi pandu gelombang plasmon menunjukkan loss
propagasi sebesar 0.2±0.08 dB/μm (w = 150 nm), 0.32±0.06P
dB/μm (w = 200 nm), dan 0.48±0.12 dB/μm (w = 250 nm).P P
Besaran loss tersebut memasuki loss terendah untuk kelas
pandu gelombang plasmon berdasarkan geometri metal-
insulator-metal (0.2-0.3dB/μm).
L. Y. M. Tobing
Link full paper:
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v101/i4/p041117_s1
Kontak penulis: ltobing@pmail.ntu.edu.sg
Gambar 2. Karakteristik mode propagasi pandu gelombang
plasmon dan SOI.
Sintesis hollow silica particles telah menarik banyak
perhatian karena partikel ini berguna untuk banyak aplikasi
(seperti insulator termal dan devais optik, komponen-
komponen untuk kromatografi, pelindung untuk enzim dan
protein, pembawa molekul obat, zat warna, tinta, photonic
crystals, sel buatan, pembuangan limbah and sistem pelepasan
biomolekular besar). Akan tetapi, metode preparasi yang ada
sekarang sangat bergantung kepada penggunaan zat-zat aditif
(seperti polimer, surfaktan, garam, dll) untuk menghubungkan
material terluarnya dengan komponen inti yang berada di
dalamnya. Dan juga, zat aditif tersebut kadang menyebabkan
formasi struktur mesoporous pada material terluarnya.
Struktur mesoporous ini dapat menyerap bahan-bahan kimia
yang pada akhirnya mengurangi performa hollow
nanoparticleini.(1)
Nandiyanto et. al., telah
menemukan cara baru untuk
memproduksi hollow silica
particles, tanpa menggunakan
aditif (Gambar 1). Gambaran
m u d a h d a r i m e t o d e
Nandiyanto adalah sumber
m a t e r i a l s i l i c a
dikombinasikan dengan
template inti menggunakan
teknik liquid-phase synthesis
k o n v e n s i o n a l . U n t u k
membuat coating silica secara
penuh pada permukaan template core, Nandiyanto et. al.,
mengeksploitasi efek muatan listrik pada template. Untuk
membuat halus permukaan silica, amino acid yang bersifat
basa(sepertilysine)digunakansebagaikatalis.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa hollow particles
bisa diproduksi tanpa aditif hanya jika komponen core dan
kulitnya memiliki muatan listrik yang cukup dan saling
berlawanan untuk menyebabkan gaya tarik-menarik. Jika
interaksi tarik-menarik tersebut tidak cukup kuat,
pembentukanhollowparticletidakakanberhasil.(2)
Karena proses ini dilakukan tanpa menggunakan aditif,
partikel silica dapat tumbuh dengan sempurna di permukaan
komponen inti, menghasilkan cangkang silica yang halus
tanpa struktur mesoporous. Cara-cara untuk mengontrol
Strategi untuk membentuk hollow silica nanoparticles
tanpa keberadaan mesopore menggunakan peran dari
colloidal surface charges, ketimbang surfaktan
A.B.D. Nandiyanto, Y. Akane, T. Ogi, K. Okuyama, "Mesopore-Free Hollow Silica Particles with Controllable Diameter
and Shell Thickness via Additive-Free Synthesis" Langmuir 28 (2012) 8616
Universitas Pendidikan Indonesia, Indonesia; Hiroshima University, Japan
Gambar 1. Rangkuman sintesis mesopore-free hollow silica beserta kinerjanya. Gambar
diadopsi dari referensi (1 dan 2).
12
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

15. diameter luar nanoparticle, struktur cangkang dan juga
ketebalan cangkang tersebut juga dilaporkan di makalah yang
ditulis Nandiyanto. Menariknya, semua partikel dapat
dikontrol hanya dengan mengatur diameter dari template core,
muatan listrik dari template, dan komponen reaktannya (yaitu
jumlah dari bahan silica and katalis). Hollow nanoparticles
baru ini telah digunakan untuk berbagai kegunaan terutama
untuk insulasi termal dan pada devais optik karena adanya
tendensi untuk tidak menyerap molekul besar. Hal ini telah
dikonfirmasi dengan analisis penyerapan nitrogen dan
molekul besar. Juga pengembangan dari metode ini akan
sangat efektif terutama dalam produksi material ini secara
lebih efisien, yaitu menghasilkan material dengan performa
yangtinggitetapimenggunakanlebihsedikitbahanbaku.
Asep Bayu Dani Nandiyanto
Referensi:
(1) Nandiyanto, A.B.D., Y. Akane, T. Ogi, and K. Okuyama:
Mesopore-Free Hollow Silica Particles with Controllable
Diameter and Shell Thickness via Additive-Free Synthesis,
Langmuir,28(23),8616-8624(2012).
(2) Nandiyanto, A.B.D., T. Iwaki, T. Ogi, and K. Okuyama:
Mesopore-free Silica Shell with Nanometer-scale Thickness-
controllable on Cationic Polystyrene Core, J. Colloid Interf.
Sci.,389,134-146(2013)
Link full paper:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la301457v
Kontak penulis: nandiyanto@upi.edu
Mencari “Jejak” Spin Inti
M. H. Fauzi, S. Watanabe, and Y. Hirayama, “Microscopic characteristics of dynamic nuclear polarization and
selective nuclear depolarization at the ν = 2/3 spin phase transition” Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 162105.
Dept. of Physics, Tohoku University, Japan
Nuclear magnetic resonance (NMR) tidak diragukan lagi
telah menjadi salah satu standar teknik karakterisasi fisik atau
kimia suatu material. Bahkan teknik NMR rutin digunakan di
berbagai rumah sakit untuk mengambil citra struktur tubuh
pasien. Salah satu kunci penting teknik NMR terletak pada
kemampuan untuk mendeteksi gelombang elektromagnetik
yang dipancarkan olek spin inti dari material yang diteliti.
Umumnya alat pendeteksi itu berupa koil yang dililitkan
sepanjang material yang sedang ditinjau. Tentu saja besarnya
pancaran gelombang elektromagnetik ini bergantung pada
jumlah spin inti dalam material tersebut. Berapakah jumlah
spin inti minimal yang dibutuhkan agar pancaran gelombang
elektromagnetiknya cukup untuk dideteksi oleh koil? Sejauh
ini state of the art NMR membutuhkan minimal 1018 spin inti.
Meskipun angka tersebut mudah dicapai untuk ukuran
material dengan volume yang besar (diatas 1 mm3), namun
tidak begitu halnya dengan material khusus berstruktur rendah
seperti quantum well yang hanya memiliki total spin inti
sekitar1014ataukurang.
Untuk mengatasi kelemahan teknik NMR selama ini, grup
kami di universitas Tohoku mengembangkan teknik baru
untuk mendeteksi spin inti seperti Gallium dan Arsenic yang
terkurung di sumur potensial selebar 20 nanometer. Alih-alih
menggunakan koil untuk mendeteksi spin inti, kami
menggunakan domain elektron yang terbentuk di quantum
Hall ferromagnet filling 2/3. Angka 2/3 merujuk pada jumlah
quantum states yang terisi oleh elektron di Landau level
terendah. 2/3 ini memiliki sifat yang unik. Pertama, 2/3
memiliki dua konfigurasi spin yakni 0% polarisasi dan 100%
polarisasi, bergantung pada medan magnet dan kerapatan
electron dalam sumur kuantum. Kedua, pergantian
konfigurasi spin elektron dari 0% ke 100% diikuti oleh transisi
fasa orde pertama. Transisi inilah yang membuat keadaan
elektron menjadi “special” karena terbentuknya domain-
domain elektron di sumur kuantum. Transisi ini terlihat
dengan terlihatnya puncak di longitudinal resistance Rxx
(lihat kurva garis-garis di gambar 1). Dengan terbentuknya
domain-domain tersebut, interaksi antara elektron dan spin
inti menjadi kuat sehingga dimungkinkan terjadinya
pertukaran momentum spin inti dan elektron di sekitar domain
walls. Dengan begitu “jejak” spin inti bisa kita dapatkan
seperti terlihat di inset gambar 1 (panah merah) terlacak di
frekuensi 54.20 Mhz. Lembah yang ditunjukkan oleh panah
biru di frekuensi 54.18 MHz merupakan “ekses” dari domain
elektron dengan polarisasi 100%. Dalam terminologi NMR,
“ekses”tersebutdinamakanKnightshift.
Bagaimana spin inti terpolarisasi? Pertanyaan ini yang
penulis coba jawab di paper yang dipublikasi di Applied
PhysicsLetters.Walaupunproses transfermomentumantar
Gambar 1. Sinyal NMR dari spin inti Arsen.
13
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

16. spin di sepanjang domain terjadi secara acak, namun penulis
menemukan bahwa spin inti “up” terpolarisasi lebih banyak di
sekitar domain 0%, sedangkan spin inti “down” lebih banyak
terpolarisasi di sepanjang domain 100%. Hasil ini
memungkinkan kita untuk mendepolarisasi salah satu spin
inti.
Sebagai penutup, teknik NMR yang dikembangkan grup
kami membuka jalan untuk mempelajari lebih lanjut
eksotisme elektron di quantum Hall system seperti kristalisasi
spin elektron di filling 1 yang masih menjadi perdebatan
hangat hingga sekarang, atau dinamika spin inti dan elektron
secara umum. Kedepan dengan teknik yang terus
disempurnakan, dimungkinkan untuk mengontrol ensemble
spinintiuntukdijadikansalahsatubasisquantumbits.
M. Hamzah Fauzi
Linkfullpaper: http://dx.doi.org/10.1063/1.4761955
Kontakpenulis:hamzahfauzi@gmail.com
Pengontrolan konduktansi senyawa asymmetric-
diarylethene dengan cahaya.
a b b,c b,c d b a
Arramel , T.C. Pijper , T. Kudernac , N. Katsonis , M. van der Maas , B. L. Feringa , B. J. van Wees . “Reversible Light
Induced Conductance Switching of Asymmetric Diarylethenes on Gold: Surface and Electronic Studies” Nanoscale,
(2013), DOI: 10.1039/C3NR00832K
a b
Physics of Nanodevices, Zernike Institute for Advanced Materials,University of Groningen, Belanda; Stratingh Institute
c
for Chemistry, University of Groningen, Belanda; MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente, Belanda;
d
Institute for Molecules and Materials, University of Nijmegen, Belanda.
Seiring komponen elektronik yang terus mengecil
ukurannya, maka alternatif pengganti material silikon sebagai
pondasi dasar industri Complementary Metal Oxide
semiconductor (CMOS) menjadi target utama para ilmuwan.
Molekul organik menjadi daya tarik tersendiri sebagai
alternatif salah satu elemen elektronik. Dilihat dari segi
ukurannya yang sangat kecil berkisar antara 1-4 nm, proses
integrasi pada permukaan yang terjadi secara spontan, serta
tingkat kesediaannya yang tinggi. Khususnya, senyawa yang
memiliki fungsionalitas sebagai switchable electronic device
telah memiliki daya tarik tersendiri dalam komunitas
“molecularelectronics”.
Tujuan dari riset molecular electronic adalah bagaimana
mengintegrasikan satu atau beberapa switchable molecules
menjadi komponen aktif di alat elektronik dapat
direalisasikan. Sehingga, harapan ke depan adalah adanya
output berupa alat elektronik berbasis molekul yang memiliki
perfomansi sepadan dengan alat elektronik berbasis silikon,
dan efisien karena ditunjang oleh “hanya” satu atau beberapa
molekulorganik.
Molekul photochromic adalah molekul yang dapat diubah
dari satu state ke state lainnya secara selektif dengan
penerapan cahaya tertentu. Tiap state ini dibedakan oleh fitur
spektrum absorpsi ketika molekul disinari oleh sinar UV atau
tampak. Alhasil, perbedaan sifat dan karakter fisik molekul
dapat dikategorikan menjadi dua: ON state dan OFF state
(Gambar 1(a)). Kondisi ON dinyatakan apabila elektron
terkonjugasi dapat dihantarkan dari satu bagian molekul ke
sisi lainnya. Sedangkan OFF state diasosiasikan sebagai
“jembatan penghubung”. Sehingga, arus elektron tidak dapat
mengalirapabilakonfigurasimolekulberadapadastateini.
Salah satu contoh photochromic molecule adalah
assymetric-diarylethene (As-DE). Molekul ini memiliki
keunikan dimana fitur cross-conjugation dapat diamati pada
kedua state. Modifikasi alur konjugasi elektron ini dapat
disintesis menggunakan pendekatan strategi bottom up
molecular architecture yang bertujuan untuk menguji apakah
pengamatan fitur photo-switching dapat dibandingkan
denganmolekulsymmetric-Diaryletheneterdahulu.
Pada paper ini, kami telah menunjukkan bahwa aktivitas
photo-switching As-DE dapat diamati dan direkam dalam
beberapa siklus konversi ON-OFF states menggunakan
scanning tunneling microscopy (STM) pada suhu ruang.
Konfigurasi eksperimen dapat diamati pada gambar 1(b)
dimana molekul insulator (Dodecanethiol) digunakan sebagai
“matrix”untukmenahanAs-DE selamapengukuranSTM.
Gambar 1. Molekul Diarylethene dan Dodecanethiol. (a)
Definisi kondisi ON dan OFF dari molekul diarylethene. (b)
Skema geometri pengukuran Self-assembled monolayers dari
molekul Diarylethene dan dodecanethiol menggunakan
STM.
(a)
(b)
14
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

17. KeberadaanAs-DE molekul dapat dibedakan dari molekul
dodecanethiols fitur intrinsik pada ON state teramati oleh
STM sebagai “bright spot” yang dapat distimulasi ke OFF
state dengan sinar tampak. Proses kebalikan dapat dilakukan
dengan menyinari molekul dengan sinar UV. Esensi
perubahan ini disebabkan adanya perubahan alur konjugasi
elektron sesuai dengan penggunaan cahaya tertentu yang
menyiratkan bahwa sifat photochromic molekul sangat
spesifik untuk panjang gelombang tertentu. Salah satu hasil
percobaaninidapatdilihatpadagambar2.
Scanning tunneling spectroscopy digunakan untuk
mempelajari karakter elektronik dari molekul As-DE.
Pengukuran ini menghasilkan nilai HOMO- LUMO) gap As-
DEsebesar2.24eV.
Studi ini menunjukkan bahwa STM dapat berfungsi bukan
hanya sebagai alat karakterisasi, namun juga sebagai alat ukur
untuksinglemoleculedenganskalaakurasipadalevelnano.
Arramel
Link full paper:
http://pubs.rsc.org/En/content/articlelanding/2013/NR/C3N
R00832K
Kontak penulis: arramel@nims.go.jp
Gambar 2. Perubahan fitur cahaya-terkontrol
konduktansi assimetrik diarylethene diamati
secara real time menggunakan teknik STM.
Runutan (a)-(r) menunjukkan keberadaan fitur
molekul yang terdeteksi pada gambar STM dengan
penggunaan sinar cahaya tertentu. (s) Skema
perubahan apparent height sebagai fungsi waktu.
Ambipolar Transistor dari Jejaring Carbon Nanotubes yang murni
S.Z. Bisri, J. Gao, V. Derenskyi, W. Gomulya, I. Iezhokin, P. Gordiichuk, A. Herrmann, M. A. Loi.
“High Performance Ambipolar Field-Effect Transistor of Random Network Carbon Nanotubes” Advanced Materials,
(2012), DOI: 10.1002/adma.201202699
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, Belanda.
Field-effect transistor (FET) berbasiskan single-walled
carbon nanotubes semikonduktor (sSWNT) adalah salah satu
komponen yang paling menjanjikan untuk generasi perangkat
elektronik baru yang supercepat. Di antara bahan berbasiskan
nanocarbon yang memiliki mobilitas pembawa muatan yang
sangat tinggi, sSWNT adalah satu-satunya yang berkarakter
semikonduktor. Bandgap energy sSWNT (~ 0,7 eV) sangatlah
kompatibel untuk diintegrasi dalam rangkaian logika, karena
memungkinkan FET sSWNT untuk dimatikan (switch-off).
Hal ini yang tidak bisa dimiliki oleh graphene yang bersifat
metallic. Namun, proses pembuatan sSWNT FET adalah
tantangan besar. Sampai saat ini, kinerja tinggi devais
ambipolar yang menggabungkan mobilitas dan rasio on/off
yang tinggi hanya dapat dicapai oleh sSWNT yang
ditumbuhkan langsung oleh proses chemical vapor deposition
(CVD) pada suhu tinggi (~ 900K) di atas substrat
konvensional. Selain itu, electron beam lithography harus
digunakan untuk membuat elektroda pada sSWNT tersebut
(baik nanotube tunggal atau jejaring nanotube). proses ini
mahal, boros energy, dan tidak cocok untuk pembuatan devais
berskalabanyakdanintegrasipadaflexibleelectronics.
Kemampuan untuk memdispersikan SWNTs dalam air
dan pelarut organik memungkinkan untuk membuat devais
menggunakan proses berbasiskan larutan. Teknik-teknik
berbasiskan larutan seperti drop-cast, self-assembly
Gambar 1. Transistor jejaring carbon nanotube
dengan nanotube yang disortir menggunakan
polimer.
15
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

18. (evaporated, Langmuir-Blodgett, DNA-assisted), dan inkjet
printing, bisa digunakan untuk membuat devais berskala
banyak dan besar pada suhu ruang sehingga memudahkan
proses integrasi. Namun, masih banyak tantangan untuk
mencapai kinerja yang sebanding dengan yang bisa dicapai
oleh FET sSWNT "ideal" yang dibuat dengan metode CVD.
Secara umum, devais yang dihasilkan oleh proses berbasiskan
larutan memiliki mobilitas pembawa rendah karena
sedikitnya SWNT pada channel FET dan orientasi jejaring
nanotube yang acak. Meskipun beberapa mobilitas muatan
bisa ditingkatkan dengan menambah kepadatan nanotube atau
dengan meluruskan SWNTs pada film, devais tersebut
memiliki rasio on/off yang rendah karena keberadaan sisa
nanotube yang bersifat metallic. Dan hal ini sangat serius
terlebih pada devais transistor yang sangat pendek. Oleh
karena itu, memurnikan larutan sSWNT dari nanotube lain
yangbersifatmetallicyangtersisasangatlahpenting.
Beberapa laporan terbaru menunjukkan bahwa polimer
terkonjugasi (misalnya poli-9,9-di-n-oktyl-fluorenyl-2,7-diyl
(PFO)) dapat digunakan secara efektif untuk menyeleksi
sSWNT, karena struktur terkonjugasinya dapat berinteraksi
kuat dengan nanotube. Namun, untuk membuat perangkat
berkinerja tinggi dari dispersi sSWNT yang disiapkan seperti
ini masih sangatlah sulit. Hal tersebut dikarenakan sisa
polimer baik yang membungkus nanotube tersebut, maupun
yang tersisa di larutan akan mempengaruhi kinerja devais
tersebut. Sehingga konsentrasi polimer harus ditekan
seminimalmungkin.
Paper ini menunjukkan metode yang scalable dan efisien
untuk mempersiapkan dispersi sSWNT dengan kemurnian
yang tinggi, di mana polimer yang berlebih dapat dibuang
secara efektif. Devais FET sSWNT yang dihasilkan memiliki
kinerja yang sangat tinggi yaitu, bersifat ambipolar sehingga
dua jenis pembawa muatan hole dan electron bisa
dimanfaatkan, memiliki mobilitas elektron mencapai 3
2 6
cm /V.s, dengan rasio on/off mencapai 10 . Kinerja ini dicapai
walaupun jejaring nanotube dalam FET dengan panjang
channeltransistorinisangatpendek(5mikrometer).
Jika dilakukan perbandingan kinerja FET ambipolar kami
dengan transistor nanotube lainnya, bisa terlihat betapa
tingginya kinerja yang dicapai, seperti bisa dilihat pada
gambar 2b. Di situ bisa dibandingkan nilai mobilitas hole dan
on/off rasio. Sebagian besar devais yang dibuat oleh peneliti
lain jarang menunjukkan karakteristik transpor ambipolar.
Dari Gambar. 2b, jelas terlihat bahwa FET (ditandai dengan
titik merah) yang dihasilkan menunjukkan kinerja yang sangat
baik dengan menggabungkan rasio on/off yang tinggi dengan
nilai-nilai mobilitas yang tinggi untuk hole dan elektron,
menempatkan devais ini termasuk yang tertinggi untuk
transistorberbasiskanjejaringnanotubeyangacak.
Dari perbandingan ini, menjadi jelas bahwa kedua
pengayaan dan teknik pemurnian untuk sSWNT
menggunakan polimer terkonjugasi adalah cara yang paling
efisien untuk menghasilkan devais SWNTs berkinerja tinggi
dari proses berbasiskan larutan. Pemanfaatan tinta nanotube
ini masih dapat dioptimalkan dengan mengkombinasikan
berbagai teknik proses fabrikasi devais yang lebih baik
(misalnya meluruskan nanotube dalam jejaring, penyortiran
panjang, teknik gating yang lebih maju seperti ionic liquid
gating atau high-k, teknik pasivasi untuk melindungi devais
dari pengaruh lingkungan, ink-jet printing, dll) di masa yang
akandatang.
Satria Zulkarnaen Bisri & Widianta Gomulya
Link full paper:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202699
/abstract
http://wp.me/a2ugw-2Q (full text gratis - author privilege)
Kontak penulis: s.z.bisri@rug.nl
Gambar 2. (a) Sifat output dari transistor tersebut dan citra
mikroskopi atomic dari jejaring nanotube tersebut. (b)
Perbandingan kinearja devais yang dihasilkan dengan
devais-devais nanotube lainnya yang berbasiskan jejaring
nanotube juga.
(a)
(b)
16
kilas riset
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

19. Menentukan perangkat lunak yang tepat sebelum memulai kalkulasi untuk menyelesaikan permasalahan mekanika kuantum
adalah sangat penting agar kalkulasi yang dilakukan dapat berjalan dengan cepat dan hasilnya akurat. Dalam tutorial kali ini akan
dijelaskan salah satu perangkat lunak berbasiskan density functional theory (DFT), plane wave (PW) atau gelombang bidang, dan
pseudopotential(PP), yaituQuantumEspresso.
Quantum Espresso (QE) adalah alat hitung struktur elektronik suatu sistem/model material. Kelebihan yang dimiliki QE adalah
basis DFT yang tidak secara langsung memecahkan mekanika kuantum sehingga kalkulasi akan lebih efisien, basis PW yang
memungkinkan sebuah sistem besar diwakilkan pada sebuah sistem kecil (memanfaatkan sifat periodik gelombang bidang)
sehingga kalkulasi akan semakin cepat, dan basis pseudopotential yang tidak menyertakan perhitungan energi potensial inti atom
tapikulitatomnyasajasehinggamemungkinkankalkulasiyangsemakincepat.
I. INSTALASI
Denganmenggunakanprosesor InteldansistemoperasiLinuxUbuntu,carainstalasiQEadalahsebagaiberikut:
1.Pastikankomputerandaterhubungdenganinternet.
2.DownloadversiterbaruQEdihttp://www.quantum-espresso.org/download
3.Bukaterminalkonsoldengancaramencaridanmengklikprogram“terminal”padamenuutamaUbuntu
4.Instalintelfortrancompiler(ifort)danintelC++compiler(icc)
 Ketikperintahberikut
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential
 Download ifort dan icc (Intel® Fortran Composer XE 20** for Linux dan Intel® C++ Composer XE 20** for Linux)
versi terbaru dari halaman berikut
http://software.intel.com/en-us/articles/non-commercial-software-development/
 Masuklah ke direktori tempat file icc dan ifort tersebut disimpan dengan mengetik perintah cd Desktop misalnya.
 Ketik perintah
tar -xzvf l_fcompxe_*.tgz
cd l_fcompxe_*
sudo ./install.sh
 Pada layar yang ditampilkan, tekan tombol enter berkali-kali hingga anda ditanya mengenai licence agreement. Ketik
accept kemudian tekan tombol enter.
 Jika anda ditanya activation code, masuklah ke laman
https://registrationcenter.intel.com/RegCenter/remoteactivation.aspx, kemudian masukan serial number yang
dikirimkan ke email anda ketika anda mendownload file installer tersebut. Setelah anda menekan tombol generate
activation code, activation code akan diberikan dan ketikanlah 22 digit kode tersebut ke dalam terminal.
17
tutorial
Simulasi Material dengan Quantum Espresso
1 2
Muhammad Haris Mahyuddin dan Listra Yehezkiel Ginting
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
1
Program Studi Teknik Fisika-Energi, Surya University, Indonesia.
2
Laboratorium Komputasi Desain Material, Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Kontak penulis: haris.mahyuddin@surya.ac.id

20. 18
tutorial
 Tekan tombol q untuk selesai dan keluar dari proses instalasi
 Ulangi prosedur yang sama untuk menginstal icc (file l_ccompxe_*.tgz).
 Di terminal ketik perintah
gedit ~/.bashrc
dan tulis baris berikut ke dalam akhir baris file .bashrc
export PATH=$PATH:/opt/intel/bin/
Save file terbut, lalu keluar dari program gedit kemudian di terminal ketik perintah
source ~/.bashrc
5.Ketikperintah
sudo apt-get install liblapack-dev fftw-dev
6.MasuklahkedirektoritempatfileinstallerQEberadadenganmengketikperintahcd Desktop misalnya,laluketikperintah
tar -xzvf espresso-*.tar.gz
cd espresso-*
./configure
make all
gedit ~/.bashrc
7.Padafileyangtelahterbuka,ketikanbarisberikutdiakhirbarisfiletersebut
export PATH=$PATH:/path_lenkap_ke_direktori_espresso-*/bin/
Savefiletersebut,kemudiankeluardariprogramgedit.
8.Diterminal,ketikperintahsource ~/.bashrc. Selesai.
9. Jika ingin menginstal QE dengan menggunakan MPI pada komputer paralel, instal MPI terlebih dahulu sebelum menginstal icc,
ifort,danQE.
II. MEMBUATMODEL/STRUKTUR MATERIAL
Dalam bagian ini akan dijelaskan tentang bagaimana plane wave (PW) yang dipakai dalam QE ini sangat baik dalam
menghitung sistem material berstruktur kristal. Karena kristal memiliki struktur yang berulang (periodik), maka sangat cocok
dengan karakteristik PW yang juga memiliki sifat periodik, sehingga struktur yang besar bisa diwakilkan pada struktur terkecilnya
saja. Meskipun PW memiliki karakteristik periodik, bukan berarti material dengan struktur non-periodik seperti molekul tidak bisa
dihitungnya. Dengan menambahkan ruang kosong di sisi sebelah kiri, kanan, atas, dan bawah, sistem periodik seolah-olah seperti
sistem non-periodik karena keperiodikannya dipisahkan oleh ruang kosong yang cukup besar. Untuk lebih jelasnya, mari kita coba
buat tiga buah sistem, yaitu sistem kristal bulk, sistem molekul non-periodik, dan sistem kristal surface (pembaca diasumsikan sudah
memahamidasar-dasarstrukturkristal).
1.Kristalbody-centeredcubic(BCC) darielemenbesiFe
Dalam ilmu kristalografi, kita menngenal istilah sel unit dan sel primitif. Pada hakikatnya, keduanya adalah sama.Yang sedikit
membedakanadalahpadapemilihanvektorkisinya.Sebagaicontoh,padagambar1(a)vektorkisiyangdigunakanadalah
A(1) =aX +0Y+0Z,
A(2) =0X +bY+0Z,dan
A(3) =0X +0Y+cZ
dimanakonstantakisia=b=cuntuktipekristalkubus sepertiBCC.Sedangkanpadagambar1(b)vektorkisiyangdigunakanadalah
Gambar 1 (a) Sel unit dan (b) Sel primitif
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

21. B(1)=-½aX +½bY+½cZ,
B(2)=+½aX -½bY+½cZ,dan
B(3)=+½aX +½bY-½cZ.
Vektor kisi yang terakhir ini jelas lebih kecil daripada vektor kisi yang awal sehingga gambar 1 (b) disebut sel primitif atau sel
terkecil yang bisa mewakili sel yang lebih besar. Pada sel primitif BCC, hanya ada satu buah atom karena atom yang mana pun jika
ditranslasikan sesuai dengan arah vektor kisi B(1), B(2), atau B(3), maka akan menghasilkan atom di tempat yang sesuai dengan
periodisitasnya. Sedangkan jika anda menggunakan sel unit atau vektor kisi A(1), A(2), dan A(3), maka anda harus mendefinisikan
dua buah atom, yaitu atom yang berada di sudut dan atom yang berada di tengah-tengah sel satuan, sehingga jika kedua atom ini
ditranslasikan ke semua arah yang sesuai dengan vektor-vektor kisinya, maka kedua atom ini pun akan membentuk periodisitas yang
sama persis dengan periodisitas yang dibuat oleh vektor kisi B(1), B(2), dan B(3). Ditinjau dari segi waktu kalkulasi, penggunaan
jumlahatomyanglebihsedikit(penggunaanselprimitf)jelasakanlebihefisien.
Dengan menggunakan sel primitif, jumlah atom yang harus dituliskan dalam input file QE untuk merepresentasikan kristal bulk
BCC Fe hanyalah satu atom seperti yang dituliskan di bawah ini. Sedangkan banyaknya periodisitas (pengulangan atom-atom ke
arahvektor-vektorkisi)akanditentukanmelaluiparameterk-pointyangakandijelaskanpadababberikutnya.
atau
2.MolekulH O2
Kebanyakan molekul tidaklah berstruktur periodik seperti kristal, sehingga anda perlu memperbesar ukuran kisi vektor anda
agar tercipta ruang kosong yang cukup besar. Dengan begini molekul hasil periodik di sebelah kiri, kanan, atas, dan bawahnya tidak
akan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap molekul yang akan anda kalkulasi. Vektor kisi ini bisa dibuat dengan ukuran
yang sebesar-besarnya dengan bebas, namun anda tetap harus memperhatikan kemampuan komputer anda. Sebagai contoh adalah
molekulH O berikut.2
19
ibrav = 0, celldm(1) = 5.357 ! konstanta kisi a=b=c untuk tipe kristal kubus
ATOMIC_POSITIONS crystal
Fe 0.00000 0.00000 0.00000 ! satu buah atom Fe
CELL_PARAMETERS alat
-0.5 0.50 0.50
0.50 -0.5 0.50
0.50 0.50 -0.5
ibrav = 3, celldm(1) = 5.357 ! karena ibrav=3, CELL_PARAMETERS sudah otomatis
ATOMIC_POSITION crystal disediakan QE
Fe 0.00000 0.00000 0.00000
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar 2 Molekul H O dalam box/sel unit besar2
tutorial

22. 3.Surface(111)yang dibentuk darikristalFCC
Membuat struktur surface atau permukaan dari sebuah kristal bulk sangatlah penting ketika anda hendak menganalisis sifat
permukaan suatu material untuk aplikasi katalisis seperti fuel cell atau sel bahan bakar, bahan bakar diesel (solar) sintetik berbasis
Fischer-TropschSynthesis,danlain-lain.Sebagaicontoh,maribangunpermukaan(111)darikristalFCC.
1. Untuk memudahkan dalam menentukan permukaan (111), kita mulai dengan menarik garis [111] dari titik acuan seperti
yangditunjukkanpadagambar3(a).
2. Gambarlah sebuah bidang yang tegak lurus dengan garis [111] yang telah anda buat tadi, seperti yang ditunjukkan oleh
bidang segitiga berwarna hitam di atas. Kemudian buatlah bidang kedua yang juga tegak lurus dengan garis [111] seperti
yang ditunjukkan oleh bidang segitiga berwarna hijau di atas. Kedua bidang atau permukaan ini dipisahkan oleh jarak 1/3 a.
Bidangbergarishitamdanhijauiniselanjutnyaditulissebagailayerpertamadanlayerkedua.
3. Langkah berikutnya adalah bagaimana cara menentukan vektor kisi. Sama seperti sebelumnya, anda harus menentukan sel
primitif dari permukaan FCC(111) ini. FCC pada keadaan bulk dan pada keadaan surface memiliki vektor kisi yang berbeda
karena sel primitifnya pun berbeda. Sel primitif FCC(111) adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Bidang segitiga
yangsudahkitadapatkanpadastep2ditunjukkanpadaGambar4(b)denganvektorkisisebagaiberikut.
C(1)=½2aX
C(2)=(-1/8)aX + (3/8)bY
4. Karena permukaan bersifat dua dimensi, maka kisi vektor yang bisa ditentukan dari Gambar 4 hanya dua buah, sedangkan
kisi vektor ketiga ditentukan bebas sesuai dengan jumlah layer (N) dan panjang vakum (V) pada model slab yang akan
dibuat.SehinggakisivektoruntukbidangFCC(111)adalahsebagaiberikut.
C(1)=½2aX
C(2)=(-1/8)aX + (3/8)bY
C(3)=((V/c)+(N-1)/3)cZ
Atom B dan C pada Gambar 4 (c) adalah posisi atom untuk dua buah layer di bawah layer pertama, yaitu atom B pada
koordinat posisi 1/3C(1), 2/3C(2), Z1 C(3) dan atom C pada koordinat posisi 2/3C(1), 1/3C(2), Z2 C(3) dimana Z1 dan Z2
adalah suatu konstanta yang jika dikalikan dengan vektor kisi C(3), akan menghasilkan nilai 1/3 untuk Z1 dan 2/3 untuk Z2.
Sedangkan posisi atom untuk layer keempat dst. berulang dari layer pertama yaitu 0,0,Z (seperti dari layer pertama kembali,
hanyaberbedaposisiZ).
20
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Gambar 3 Struktur kristal FCC
tutorial
ibrav = 0, celldm(1) = 2.0 ! konstanta kisi bebas
ATOMIC_POSITIONS crystal ! lokasi molekul berada di tengah-tengah sel/box
H 0.57000 0.57000 0.57000
H 0.43000 0.43000 0.43000
O 0.50000 0.50000 0.50000
CELL_PARAMETERS alat ! sel/box berukuran {kons. kisi (101010) Å} = 202020 Å
10.0 0.00 0.00
0.00 10.0 0.00
0.00 0.00 10.0

23. 5. Jika diinginkan sistem slab dengan besar permukaan 3×3 dan jumlah layer sebanyak 2 layer dengan vakum sebesar 10 Å,
maka vektor kisi C(1) dan C(2) harus dikalikan dengan 3, N = 2, dan V=10, sehingga posisi atom-atom yang dituliskan ke
dalaminputfileQEadalahsebagaiberikut.
21
ibrav = 0, celldm(1) = 7.413
ATOMIC_POSITIONS crystal
Pd 0.000000 0.000000 0.00000000
Pd 0.333333 0.000000 0.00000000
Pd 0.666666 0.000000 0.00000000
Pd 0.000000 0.333333 0.00000000
Pd 0.333333 0.333333 0.00000000
Pd 0.666666 0.333333 0.00000000
Pd 0.000000 0.666666 0.00000000
Pd 0.333333 0.666666 0.00000000
Pd 0.666666 0.666666 0.00000000
Pd 0.222222 0.111111 0.18328578
Pd 0.555555 0.111111 0.18328578
Pd 0.888888 0.111111 0.18328578
Pd 0.222222 0.444444 0.18328578
Pd 0.555555 0.444444 0.18328578
Pd 0.888888 0.444444 0.18328578
Pd 0.222222 0.777777 0.18328578
Pd 0.555555 0.777777 0.18328578
Pd 0.888888 0.777777 0.18328578
CELL_PARAMETERS alat
2.12132 0.00000 0.00000
-1.0607 1.83712 0.00000
0.00000 0.00000 3.15000
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial
Gambar 4 Proses pembuatan bidang FCC(111)
Gambar5 SistemSlabdaripermukaanPd(111) dengan2 buahlayerdanvakumsetinggi10 Å.3×3

24. III. MEMBUAT INPUT FILE
Sebelum membuat input file, marilah kita memahami struktur dan beberapa parameter penting yang terdapat dalam input
file QE sebagai berikut:
&CONTROL
...
/
&SYSTEM
...
/
&ELECTRONS
...
/
&IONS
...
/
&CELL
...
/
ATOMIC_SPECIES
X Mass_X PseudoPot_X
Y Mass_Y PseudoPot_Y
Z Mass_Z PseudoPot_Z
ATOMIC_POSITIONS { alat | bohr | crystal | angstrom }
X 0.0 0.0 0.0
Y 0.5 0.0 0.0
Z O.0 0.2 0.2
K_POINTS { tpiba | automatic | crystal | gamma | tpiba_b | crystal_b | tpiba_c | crystal_c }
if (gamma)
nothing to read
if (automatic)
nk1, nk2, nk3, k1, k2, k3
if (not automatic)
nks
xk_x, xk_y, xk_z, wk
CELL_PARAMETERS { alat | bohr | angstrom }
v1(1) v1(2) v1(3)
v2(1) v2(2) v2(3)
v3(1) v3(2) v3(3)
22
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial
PARAMETER KETERANGAN NILAI
&CONTROL
calculation jenis kalkulasi yang hendak dilakukan ‘scf', 'nscf', 'bands', 'relax','md', 'vc-relax','vc-md'
restart_mode kalkulasi awal atau lanjutan ‘from_scratch', 'restart'

25. 23
nstep Jumlahstepmaksimumuntukiterasiionicdaniterasielectronic def: 1 for scf, nscf, bands, 50 for other
calculationtypes
outdir Direktoridimanaoutputfileakandituliskan
pseudo_dir Direktoridimanapsuedopotentialfiledisimpan
prefix Penambahankatadepanpadanamaoutputfile
tprnfor Tampilkannilaigayapadaoutputfile .true.or.false.
tstress Kalkulasistress atautidak .true.or.false.
forc_conv_thr Nilaithresholdkonvergensiionicyangdinyatakandalansatuangaya def: 0.001
&SYSTEM
ibrav Bravaislatticeindex 0 untuk free structure, 1 untuk simple
cubic, 2 untuk fcc, 3 untuk bcc, dll.
celldm(i) KonstantakisidalamsatuanBohr i=1 untuk kubus (a), i=1 (a) dan i=2 (c)
untuk heksagonal, dll.
nat Jumlahatom/ion
ntyp Jumlahtipeatom/ion
ecutwfc Energicut-off untukwaevfunctiondalamsatuanRy
ecutrho Energicut-off untukchargedensitydanpotensialdalamsatuanRy def: 4*ecutwfc, use 8 to 12 times
ecutwfc for ultrasoft PP
occupations Okupansipadafermilevel gunakan 'smearing' untuk sistem metal,
gunakan 'fixed' untuk sistem insulator
smearing Metodeuntukmengatasipermasalahanokupansipadafermilevelmetal 'gaussian'=gaussian, 'mp'=Methfessel-
Paxton 1st order, 'mv'=Marzari-
Vanderbilt, dll
degauss LebarspreadingpadasmearingdalamsatuanRy Def: 0 Ry
nspin Pilihanuntukpolarizedcalculation(PC) ataubukan 1 = Non-PC, 2=PC colinear, 4=PC
noncolinear
start_
magnetization(i)
Nilai awal magnetisasi untuk kalkulasi dengan polarisasi spin -1 untuk spin ke bawah, 1 untuk spin ke
atas
&ELECTRONS
electron_maxstep Jumlah iterasi maximum pada iterasi scf
conv_thr Nilai threshold konvergensi elektronik (scf) dalam satuan Ry Def:0.000001
diagonalization Algoritmauntukintegrasiequationof motion 'david'=Davidson, 'cg'=Conjugated-
gradient Method
mixing_beta Mixingfactoruntukscf Def:0.7
startingpot Nilaipotensialawal 'atomic'→diambil dari atoic charge,
'file'→diambil dari charge density file
(*.xml file)
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial

26. 24
startingwfc Nilai wavefunction (wfc) awal ‘'atomic'→dari atomic orbital, 'atomic+random'→dari
atomic orbital & randomisasi, 'random'→dari wfc
random (lebih aman), 'file'→dariwfc file (restart calc.)
tqr Real space algoritm .false.→lebih cepat, .true.→lebih akurat
&IONS
ion_dynamics Relaksasi ionic 'bfgs'→Quasi-Newton, 'damp'→Quick-Min Verlet
ATOMIC POSITION
alat Kordinat kartesian dalam unit parameter kisi a atau
celldm(1)
bohr Kordinat kartesian dalam unit bohr
angstrom Kordinat kartesian dalm unit Angstrom
crystal Kordinat yang sesuai dengan CELL_PARAMETERS
CELL_PARAMETERS (digunakan hanya jika ibrav=0, untuk ibrav != 0 cell_parameters sudah otomatis disediakan)
alat dalam unit parameter kisi a atau celldm(1)
bohr dalam unit bohr
angstrom dalam unit angstrom
Sekarang marilah kita memahami algoritma kalkulasi untuk memudahkan dalam memahami maksud dari parameter-
parameter di atas. Pada dasarnya QE melakukan dua kelompok iterasi yaitu iterasi untuk kalkulasi elektronik (scf) dan iterasi untuk
kalkulasi ionik/atomik seperti yang diilustrasikan dalam skema pada Gambar 6 di bawah ini. Ketika input file sudah dibaca oleh QE,
yang akan pertama dihitungnya adalah many-body problem, yaitu interaksi antara elektron-elektron atau yang sering disebut sebagai
metode Hartree–Fock atau kalkulasi self-consistent field (scf). Pada kalkulasi scf, QE akan melakukan iterasi terus-menerus hingga
ambang (conv_thr atau threshold konvergensi dan jumlah iterasi maksimum) terpenuhi. Ketika ambang ini terpenuhi, kalkulasi scf
pertama telah selesai dihitung. Jika kalkulasi yang hendak dihitung hanyalah kalkulasi scf atau nscf atau band saja, maka seluruh
kalkulasi sudah selesai dan hasilnya bisa langsung dilihat dan dianalisis. Namun, jika posisi atom-atom yang paling optimum ingin
dihitung juga, maka QE akan membaca apakah ambang energi (etot_conv_thr) dan ambangan gaya (forc_conv_thr) sudah terpenuhi
atau belum. Jika sudah, maka seluruh kalkulasi selesai dan hasil kalkulasi pertama itulah hasilnya. Tapi jika belum tercapai, posisi
atom-atom akan digeser oleh QE dan kemudian kalkulasi scf kedua dimulai. Dan begitu seterusnya hingga ambang energi dan
ambang gaya terpenuhi. Saat itulah anda bisa mendapatkan hasil berupa posisi optimum atom-atom beserta nilai energi
minimumnya.
Untuk memudahkan dalam menjelaskan algoritma di atas, ada baiknya kita langsung mengambil sebuah contoh kasus. Misalnya,
buatlahinputfilesistemmolekulH S dengannamainputfile.in sepertiberikutini.2
Gambar 6 Algoritma kalkulasi yang dilakukan Quatum Espresso
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial

27. 25
Pada input file di atas, calculation='relax' artinya adalah selain kalkulasi scf, QE akan menghitung juga kalkulasi ionik.
Kalkulasi akan dimulai dari awal (restart_mode = 'from_scratch') dengan jumlah maksimal step ionik adalah 50 iterasi (nstep =
50). Pseudopotential file akan dibaca dari direktori yang telah didefinisikan ('./pseudo/PBE/'). Pada output file akan ditampilkan
hasil kalkulasi gaya (tprnfor = .true.) dan stress (tstress = .true.). Kalkulasi ionik akan berhenti jika selisih energi antara dua
iterasi ionik etot_conv_thr <= 1.0D-4 dan selisih gaya yang bekerja pada semua atom antara dua iterasi ionik forc_conv_thr <=
1.0D-2 tercapai.
Sistem yang akan dihitung menggunakan free bravais lattice (ibrav = 0) dengan konstanta kisi 2 Bohr (dalam sistem ini
celldm(i) adalah faktor pengali karena molekul tidak memiliki konstanta kisi). Dalam sistem H S ini terdapat 3 buah atom (nat = 3)2
dan 2 jenis atom (ntyp = 2). Wavefunction yang digunakan dalam kalkulasi ini adalah hingga 30 Ry saja (ecutwfc = 30) dan charge
density dan potensial hingga 240 Ry saja (ecutrho = 240). Karena sistem ini bukanlah sistem metal/konduktor dan bukan pula
sistemmagnetik,digunakanoccupations = 'fixed' dannspin = 1.
&CONTROL
calculation = 'relax', restart_mode = 'from_scratch',
nstep = 50
outdir = './'
pseudo_dir = '/home/user/QEspresso/espresso-5.0.1-GPU/pseudo/PBE/',
tprnfor = .true.
tstress = .true.
etot_conv_thr = 1.0D-4, forc_conv_thr = 1.0D-2
/
&SYSTEM
ibrav = 0, celldm(1) = 2.0, nat = 3, ntyp = 2, ecutwfc = 30, ecutrho = 240,
occupations = 'fixed', nspin = 1
/
&ELECTRONS
electron_maxstep = 100
conv_thr = 1.0D-4
diagonalization = 'david', mixing_beta = 0.5,
startingpot = 'atomic', startingwfc = 'atomic+random',
tqr = .true.
/
&IONS
ion_dynamics = 'bfgs'
/
ATOMIC_SPECIES
H 1.0079 H.pbe-van_bm.UPF
S 15.999 S.pbe-van_bm.UPF
ATOMIC_POSITIONS crystal
H 0.50000 0.50000 0.56500
H 0.50000 0.43500 0.50000
S 0.50000 0.50000 0.50000
K_POINTS automatic
1 1 1 0 0 0
CELL_PARAMETERS alat
10.0 0.00 0.00
0.00 10.0 0.00
0.00 0.00 10.0
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial

28. Pada &ELECTRONS dan &IONS, kalkulasi elektronik dan ionik dikontrol. Jika jumlah iterasi elektronik maksimal
(electron_maxstep = 100) atau ambang konvergensi (conv_thr = 1.0D-4) sudah tercapai tapi etot_conv_thr <= 1.0D-4 dan
forc_conv_thr <= 1.0D-2 belum tercapai, maka posisi atom yang baru akan dihasilkan oleh QE dengan menggunakan metode
Quasi-Newton (ion_dynamics = 'bfgs'). Karena sistem H S ini kecil sehingga waktu kalkulasi akan relatif cepat, maka sistem ini2
mungkinuntukdihitungpadarealspace(tqr = .true.)agarhasilkalkulasinyalebihakurat.
Pada ATOMIC_SPECIES anda hanya harus menuliskan inisial untuk elemen/atom yang hendak didefinisikan, massa dari elemen
tersebut, dan nama file potensial yang terdapat pada direktori pseudo_dir. tersebut, dan nama file potensial yang terdapat pada
direktori pseudo_dir. Cara yang paling mudah dalam pemilihan inisial elemen ini adalah dengan menggunakan inisial aslinya
seperti inisial untuk atom Carbon adalah C atau inisial untuk atom Besi adalah Fe, dll. Massa suatu elemen bisa anda dapatkan di
sistem periodik unsur atau periodic table of elements, sedangkan file pseudopotensial (file *.UPF) bisa anda dapatkan di website QE,
http://www.quantum-espresso.org/pseudopotentials.
Pada ATOMIC_POSITIONS dipilih opsi crystal karena kita hendak membuat koordinat sendiri yang sesuai dengan tiga vektor
lattice yang akan didefinisikan pada CELL_PARAMETERS. Posisi atom-atom ini dipilih secara bebas, namun sebisa mungkin mendekati
bentuk molekul H S yang sebenarnya agar kalkulasi semakin cepat konvergen dan yang paling penting adalah agar kalkulasi tidak2
menghasilkan data yang melenceng. k-points menggunakan pilihan automatic sehingga anda cukup mendefinisikan besar k-
point yang diinginkan. Karena sistemnya berupa molekul dengan fakta bahwa periodisitas bukanlah hal yang penting, maka dengan
k-point sebesar 1×1×1 sudah sangat cukup (k-point sebesar 1×1×1 sama dengan pilihan 'gamma'). Tiga angka nol pada k-point adalah
nilai pergeseran k-point (pada kasus ini, kita tidak menginginkan adanya pergeseran tersebut). Pada CELL_PARAMETERS digunakan
opsialat, artinyaselyangdidefinisikandikalikandenganparameterkisi(celldm(1))
IV.RUNNING KALKULASI
Untuk memulai kalkulasi dengan QE, anda cukup menyiapkan input file yang sudah dijelaskan dan disiapkan pada bagian
sebelumnya dan file pseudopotential yang sudah disimpan di direktori yang sesuai dengan yang didefinisikan pada pseudo_dir.
Berikutadalahdetailcaramelakukanrunning:
1. Bukaterminalkonsol,lalumasuklahkedirektoridimanainputfileberadadenganmengetikanperintahcd Desktop misalnya.
2. Ketikperintah
./pw.x < inputfile.in > output.out &
3. Untukmengecekapakahkalkulasisudahselesaiataubelum,ketikanperintahjob
4. Sambil menunggu kalkulasi selesai, anda bisa mengecek jumlah iterasi scf yang sudah berjalan, nilai energi, dan nilai gaya yang
sudah direkam ke dalam output file dengan mengetikan grep iteration output.out (jika ada prefix, nama file output menjadi
prefix_output.out),grep ! output.out,dangrep force output.out.
V.MENGHIMPUNDAN MENGANALISADATAOUTPUT
Telah selesai atau belumnya sebuah kalkulasi ditandai dengan hilangnya daftar job ketika anda mengetikan perintah job pada
terminal konsol anda. Untuk memudahkan mengecek dan menganalisa file output yang dihasilkan QE, ikuti langkah-langkah
berikut:
1. Cek apakah kalkulasi sudah benar-benar selesai dengan mengetikan perintah grep JOB output.out. Jika kata JOB DONE
ditampilkan oleh layar terminal anda, maka kalkulasi sudah selesai dengan baik. Tapi jika sebaliknya, kemungkinan ada error
yangterjadisehinggakalkulasiterpaksadihentikan(bukafileoutputuntukmelihatdetailerroryangterjadi).
2. Ketik perintah grep iteration output.out untuk mengetahui jumlah iterasi yang dilakukan komputer. Hasilnya akan seperti
berikut.
iteration # 1 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
iteration # 2 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
iteration # 3 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
iteration # 4 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
iteration # 1 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
iteration # 2 ecut= 30.00 Ry beta=0.50
dst...
26
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial
kalkulasi scf pertama
kalkulasi scf kedua

29. 27
Artinya adalah kalkulasi scf pertama selesai dalam 4 kali iterasi. Ketika kalkulasi scf pertama selesai dilakukan, maka atom-
atomakanbergeseruntukmendapatkanposisibaruyanglebihbaik,kemudiankalkulasiscfkeduadilakukan.
3. Ketikperintahgrep ! output.out untukmengetahuinilaienergitotalpadasetiapkalkulasiscf.
! total energy = -19.51995368 Ry --> energitotalyangdihasilkankalkulasiscf pertama
! total energy = -22.56203193 Ry --> energitotalyangdihasilkankalkulasiscf kedua
! total energy = -22.65738684 Ry --> energitotalyangdihasilkankalkulasiscf ketiga
! total energy = -22.73766554 Ry --> dst
! total energy = -22.78656127 Ry
! total energy = -22.80632394 Ry
! total energy = -22.81502208 Ry
! total energy = -22.81909755 Ry
! total energy = -22.82227027 Ry
! total energy = -22.82378850 Ry
! total energy = -22.82392576 Ry
! total energy = -22.82392559 Ry
Artinya adalah kalkulasi scf dilakukan sebanyak 12 kali hingga posisi atom-atom yang optimal didapatkan. Posisi atom-atom
yang optimal adalah ketika selisih energi total saat ini dengan energi total yang dihasilkan kalkulasi scf sebelumnya adalah
kurang dari 0.0001 Ry (etot_conv_thr = 1.0D-4) dan gaya yang dilakukan pada setiap atom kurang dari 0.01 Ry/a.u.
(forc_conv_thr = 1.0D-2).
4. Ketikperintahberikutuntukmenganalisisgayayangdilakukanpadasetiapatom.
grep force output.out
5. Koordinat posisi atom-atom hasil kalkulasi diberikan di bagian akhir file output, namun untuk memudahkan dalam
visualisasinyadigunakansoftwareXcrysden.Ikutilangkah-langkahberikut.
 Pastikan Xcrysden sudah terinstall dengan baik. Baca laman di bawah ini untuk cara instalasi.
http://www.xcrysden.org/doc/install.html
 KetikperintahdibawahiniuntukmembukaoutputfileyangdihasilkanQE.
xcrysden --pwo output.out
 DenganXcrysden,panjangikatandansudutikatandapatdilihatdenganmudah.
6. Hasil utama dari kalkulasi molekul H S ini yaitu energi yang diperlukan untuk membentuk ikatan molekul H S adalah 22.82392 2
Ry = 310.4 eV, panjang ikatan S—H adalah 2.56 Bohr = 1.35 Å, dan sudut yang diberntuk oleh H—S—H adalah 91.6°. Hasil ini
sangat cocok dengan data hasil eksperimen, sehingga membuktikan bahwa first-principles calculation khusunya QE cukup
akuratbahkanuntuksistemnon-kristalsepertimolekul.
Gambar 7 Hasil visualisasi dan analisis dengan bantuan software Xcrysden
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
tutorial

30. 28
serba-serbi
Setiap tahunnya, Material
Research Society (MRS) di
Amerika Serikat mengadakan
pertemuan besar sebanyak dua kali,
yaitu Spring Meetings di San
Francisco dan Autumn Meetings di
Boston. Tiap-tiap meetings
memiliki keunikan tersendiri
dimana untuk Spring Meetings
mayoritas peserta berasal dari
institusi-institusi yang berada di pantai BaratAmerika, seperti
UC Berkeley, Stanford University, UC Santa Barbara,
Caltech, dll., serta institusi-institusi dari Asia Pasifik, yang
didominasi oleh Jepang, Korea Selatan dan China. Sementara
untuk Autumn Meetings, tentunya mayoritas pesertanya
berasal dari institusi-institusi di Pantai Timur Amerika,
seperti MIT, Harvard, Princeton, Cornell, Rutgers, dan
tentunya peserta dari Uni Eropa.
April lalu bertempat di Moscone Center San Francisco,
pada MRS Spring Meetings 2013, lebih dari 10000 peserta
mengikuti konferensi ini, dimana sebanyak lebih dari 6000
makalah dipresentasikan dalam bentuk presentasi oral
maupun presentasi poster, serta pameran dari 140 perusahaan
peralatan riset dan juga
penerbit. Konferensi
ini terdiri dari 57
simposium paralel
yang berlangsung
selama lima hari,
baik simposium yang
membahas material-
m a t e r i a l y a n g
berkaitan dengan:
e n e r g y s e p e r t i
organic and hybrid
p h o t o v o l t a i c
materials, materials
for vehicular and grid energy storage, nanoscale
thermoelectrics, dll; nanomaterials seperti graphene, material
beyond graphene (2D atomic layers from layered materials),
piezotronics, dll; electronics/photonics seperti material untuk
spintronics, material untuk nonvolatile memory, single-
dopant semiconductor optoelectronics, dll; biomaterials
seperti material untuk imaging dan sensing, material untuk
electronic skins, nanomaterial untuk mengatasi kanker,
bioelektronik, dll; dan bahkan hal-hal yang berhubungan
dengan material untuk sustainable development, material
ekstrim, pendidikan material science, dan juga mengenai
kebijakan yang berhubungan dengan riset material. Selain itu,
ada beberapa sesi tutorial yang ditujukan bagi ilmuwan-
ilmuwan muda yang sedang menempuh S2 atau S3, yaitu
mengenai thin-film compound semiconductor photovoltaics,
film silicon science and technology, nanostructure metal
oxides, nanoscale heat transport, piezoelectric and
piezotronics, emerging materials for nonvolatile memories,
phase-change materials, dan tentang oxide thin films and
oxide heterostructures. Di masing-masing symposium,
terdapat banyak invited presentation dari berbagai ilmuwan
terkenal di bidangnya termasuk beberapa pemenang nobel
yang masih aktif di risetnya. Sebagai pengisi plenary session
yang berlangsung pada malam hari, Arun Majumdar dari
Google, Inc membawakan presentasi mengenai “A New
Industrial Revolution for a Sustainable Energy Future”.
Selain itu, ada juga presentasi special (Fred Kavli
Distinguished Lectureship in Nanoscience) dari Younan Xia,
Georgia Tech. yang berjudul “Colloidal Metal Nanocrystals
– Shape Control, Symmetry Breaking and Niche
Applications”. Pada MRS-Meetings, kegiatan berlangsung
penuh sepanjang lima hari dari pagi hingga malam, yang
mana sesipresentasiposter selalu diadakan pada malam hari.
Dari ribuan pemakalah yang ada, terdapat setidaknya
tujuh orang ilmuwan Indonesia yang datang dari berbagai
institusi di seluruh dunia. Walaupun sedikit, jika
dibandingkan dengan jumlah ilmuwan dari Korea Selatan,
Jepang, China, atau bahkan Vietnam dan Thailand, kontribusi
ilmuwan Indonesia yang ada cukup terasa.
Dr. Oki Gunawan, peneliti di IBM Watson Laboratory,
New York, mendapatkan kehormatan untuk membawakan
invited talk pada simposium C (Thin-Film Compound
Semiconductor Photovoltaics). Peraih medali Indonesia
Ilmuwan Indonesia di Materials Research
Society Meetings San Francisco 2013
Suasana MRS Spring Meetings 2013
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org

31. 29
serba-serbi
pertama olimpiade Fisika tahun 1993 ini membawakan
presentasi yang berjudul “High Performance CZTSSe: Device
Physics and Materials”, dimana ditunjukkan sel surya ramah
lingkungan berbasiskan material tersebut yang telah barhasil
mencapai efisiensi 11.1%, rekor dunia untuk system material ini.
Beberapa penghargaan juga didapatkan oleh ilmuwan Indonesia
lainnya. Dr. Satria Z. Bisri, ilmuwan Indonesia dari University of
Groningen, mendapatkan MRS Travel Grant Award, dimana ia
membawakan presentasi pada symposium B (Organic and
Hybrid Photovoltaic Materials and Devices) yang berjudul
“Colloidal Quantum Dots based High Performance
Ambipolar Transistors”. Pada presentasi tersebut
d i d e m o n s t r a s i k a n t r a n s i s t o r y a n g d i b u a t d a r i
nanokristal/quantum dots yang mana transistor ini digunakan
untuk menginvestigasi sifat-sifat transport elektronik pada
material tersebut yang berguna untuk pengembangan sel surya
nanokristal yang berprospek menghasilkan efisiensi yang sangat
tinggi karena adanya proses multiple exciton generation. Selain
itu, Widianta Gomulya, peneliti S3 Indonesia dari University of
Groningen menjadi runner-up poster award untuk symposium P
(Graphene and Related Carbon Nanomaterials). Posternya yang
berjudul “Selective Dispersion of Wide Diameter-range
Semiconducting Carbon Nanotubes by Polyfluorene
Derivatives” menunjukkan kemampuan untuk memilih secara
spesifik carbon nanotubes yang bersifat semikonduktor dengan
membungkusnya menggunakan polimer, sehingga dapat
menghasilkan transistor berperforma tinggi yang difabrikasi
denganmetodeyangsangatmurah.
Salahsatu ilmuwan Indonesia lainnya juga mendapatkan
highlight pada MRS Meeting Scene, yaitu Aloysius Gunawan,
peneliti S3 Indonesia di University of Minnesota. Presentasinya
di symposium L (Nanoparticle Manufacturing and
Functionalization) yang berjudul “Probing New Electronic and
Plasmonic Interactions in Oleic Acid-capped PbSe Nanocrystal
Arrays” dianggap sangat penting oleh panitia sehingga
mendapatkan publisitas lebih. Ilmuwan Indonesia lainnya, Dr.
Fatwa Abdi dari TU Delft mendemonstrasikan “Efficient Solar
Water Splitting with a Silicon PV-biased Gradient-doped
Oxide Homojunction Photoanode”, yang ia bawakan pada
simposium D (From Molecules to Materials – Pathways to
Artificial Photosynthesis). Dr. Arief C. Wibowo, peneliti
Indonesia di Argonne National Laboratory, Amerika,
menjelaskan mengenai karyanya yang membuat detektor radiasi
yang bekerja pada suhu ruang. Ia membawakannya dalam
presentasinya yang berjudul “Antimony Chalcohalide
Semiconductors as New Candidates for Radiation Detection
at Room Temperature” pada symposium WW (Nuclear
Radiation Detection Materials). Pada MRS meeting ini, juga
diikuti oleh Teuku Muhammad Roffi, yang masih menjadi
mahasiswa S2 (master) di University of Electro-
Communication, Jepang. Ia membawakan poster yang berjudul
“Effect of O2/Ni Gas Ratio on the Epitaxial Growth of NiO
Films by Metalorganic Chemical Vapor Deposition”.
Hadirnya ia di konferensi sebesar ini disaat masih sangat muda
akan menjadi pengalaman yang sangat penting untuk karir
saintifiknyakedepankarenadarisitulahsemangatakantumbuh.
Ketujuh ilmuwan Indonesia yang hadir tersebut
menyempatkan disela-sela waktu konferensinya untuk
berkumpul, berdiskusi dan saling bertukar pengalaman
mengenai kehidupan risetnya. Didapati celetukan-celetukan
menarik seperti “Kapan yaa orang Indonesia bisa sebanyak
orang Korea hadir di acara sebesar ini? Bahkan sekarang orang
Vietnam pun sudah lebih banyak”. Sayangnya ilmuwan
Indonesia yang hadir berafiliasi bukan dengan institusi di
Indonesia. Dari hasil diskusi makan malam tersebut, saling
menyimpulkan bahwa sebenarnya esensi riset itu bukan semata-
mata hasil risetnya, melainkan pengembangan sumber daya
manusia yang didapati dari proses melakukan riset tersebut.
Dengan mengikuti konferensi sebesar ini, kita bisa menyadari
bahwa Indonesia sebagai negara keempat dengan populasi
terbanyak masih belum menjalankan tanggungjawabnya untuk
lebih berkontribusi terhadap pengembangan riset material yang
mana pada akhirnya akan meningkatkan taraf hidup manusia
dimanapun ia berada. Karena pada saat itu pun dibicarakan
tentang MRS-Indonesia, yang hadir di situ berharap suatu saat
MRS-Id bisa seperti MRS-MRS lain yang telah sukses
menstimulus risetmaterialdinegaranya.
Publikasi kegiatan MRS-Id diantara yang lainnya
buletin
|Vol. 1 No. 1|Juli-September 2013|mrs-id.org
Dari kiri ke kanan: Satria Zulkarnaen Bisri, Oki Gunawan,
Widianta Gomulya, Teuku M. Roffi