Path: Top > S3-Dissertations > Physics-FMIPA > 2018

MUON SITES AND INTERNAL FIELDS CALCULATION IN Cu-BASED ORGANIC-INORGANIC HYBRID MATERIALS

PERHITUNGAN POSISI HENTI MUON DAN MEDAN MAGNETIK INTERNAL PADA MATERIAL HIBRIDA ORGANIK-ANORGANIK

PhD Theses from JBPTITBPP / 2018-05-17 09:29:37
Oleh : EDI SUPRAYOGA (NIM : 30211552), S3 - Physics-FMIPA
Dibuat : 2018, dengan 1 file

Keyword : μSR, DFT, ZPM, kerapatan magnetisasi, posisi henti muon, medan magnetik internal.

The muon-site is a very important parameter to know hyperfine interaction

between muon and electrons in order to discuss ordered states of electronic spins

in magnetic materials. The study of spin dynamics has been carried out on two

systems of Cu-hybrid, (C2H5NH3)2CuCl4 (EA-Cu) and (C6H5CH2CH2NH3)2CuCl4

(PEA-Cu), which consist of two-dimensional layers of CuCl4 networks separate

by organic ligands. Besides the distance between the inorganic layer are different,

PEA-Cu has phenyl ring (C6H5) that are absent in the EA-Cu. The results of μSR

(muon spin rotation, relaxation, and resonance) experiment confirmed the

appearance of muon-spin precession behavior in both hybrids. The critical

exponent extracted from the temperature dependence of internal field is about

0.31 and 0.21 for EA-Cu and PEA-Cu respectively with the transition temperature

are 10.06 K and 9.36 K. Those critical components were well described by the 3D

Heisenberg interaction for EA-Cu and the 2D Heisenberg plus dipole interaction

for PEA-Cu. It is noted that for different organic ligands, the muon-spin

relaxations indicate different features.

Based on the μSR experimental results, the appearance of ordered state on

those hybrids below transition temperature is a 3-dimensional long-range ordered

state (3D nature). The appearance 3D nature in the large interlayer distance of

magnetic layer (approximately 2 nm) is unusual phenomena in magnetism. In

addition to this fact, transition temperature and internal fields of those systems are

almost the same although the distance between magnetic layers is different

(almost double). It has been believed that magnetic coupling between magnetic

layers must be connected through organic parts. In order to understand those interlayers

coupling, the accurate muon stopping position are required. On this

dissertation, the muon-site estimation as well as hyperfine fields at the muon-site

is investigated by using density functional theory (DFT) methods.

The DFT analysis to estimate the electric potential energy in PEA-Cu and

EA-Cu was performed in order to estimate the local minimum potential positions

as preferences for injected muon to be initially trapped. Based on the calculation,

six possible positions were found around inorganic parts of CuCl4 on PEA-Cu.

The similar positions were found in EA-Cu as well. Four of them were around the

apical Cl- ions and two of them were in between in-plane Cl- ions on the CuCl4

plane. Those muon positions can be candidates to show the muon-spin precession

behavior under the zero-field condition in magnetically ordered states. Two more

minimum potential positions were found in PEA-Cu around the phenyl ring of the

organic part causing possible muonium states bound with surrounding electrons

via a radical formation having large hyperfine fields as identified in our μSR

study.

In order to confirm the muon site candidates, the magnetic dipole fields at

the muon position caused by the magnetic moment of magnetic ions is calculated.

The ground state internal magnetic field is calculated by considering muon zeropoint

motion effect at the muon stop position determined by first principal DFT

calculation, in combination with magnetization density calculated on the basis of a

specific magnetic structure model. The ZPM method is used to take into account

the distribution of possible muon sites, while the magnetization density is used to

determine the possible magnetic structure model. The calculated result is shown in

good agreement with the measured value of internal field at the ground state

temperature, thereby justifying the magnetic structure model adopted for this

system and explaining the 3D nature of magnetic ordering. This model may

therefore be applicable to the study of other magnetic materials.

Deskripsi Alternatif :

Posisi henti muon merupakan parameter yang penting untuk mengetahui

interaksi hyperfine antara muon dan elektron untuk mempelajari keadaan spin

elektron dalam bahan magnetik. Pada penelitian ini dikaji dinamika spin elektron

pada sistem (C2H5NH3)2CuCl4 (EA-Cu) dan (C6H5CH2CH2NH3)2CuCl4 (PEA-Cu)

yang terdiri dari lapisan anorganik CuCl4 yang dipisahkan oleh lapisan ligan

organik. Selain jarak antar lapisan anorganik yang berbeda, perbedaan antara

kedua material hibrida tersebut terletak pada gugus fenil (C6H5) yang tidak

terdapat pada EA-Cu. Hasil pengukuran μSR (muon spin rotation, relaxation, and

resonance) menunjukkan adanya presesi spin muon pada kedua material tersebut.

Parameter critical exponent yang diperoleh dari keterkaitan medan internal

terhadap temperatur adalah 0,31 dan 0,21 masing-masing untuk EA-Cu dan PEACu

dengan suhu transisi 10.06 K dan 9.36 K. Nilai critical exponent tersebut dapat

dijelaskan oleh model 3D Heisenberg untuk EA-Cu dan 2D Heisenberg ditambah

interaksi dipol untuk PEA-Cu. Berdasarkan hal tersebut, dapat dipahami bahwa

presesi spin muon menunjukkan interaksi yang berbeda untuk ligan organik yang

berbeda.

Berdasarkan hasil eksperimen μSR, dapat ditunjukkan bahwa keteraturan

magnetik yang muncul pada kedua sistem hibrida di bawah suhu transisi adalah

keteraturan 3-dimensi jangka panjang (3D nature). Keberadaan 3D nature pada

jarak antar lapisan magnetik yang sangat jauh (sekitar 2 nm) adalah fenomena

yang tidak biasa di bidang kemagnetan. Selain itu, suhu transisi dan medan

internal dari kedua sistem tersebut hampir sama meskipun jarak antara lapisan

magnetiknya berbeda (hampir dua kali lipat). Interaksi tersebut dapat terjadi

akibat adanya kopling magnetik antara lapisan magnetik yang terhubung melalui

bagian organik. Untuk memahami keberadaan kopling magnetik tersebut,

diperlukan informasi posisi henti muon yang akurat. Estimasi posisi henti muon

pada disertasi ini diteliti dengan menggunakan density functional theory (DFT).

Analisis DFT untuk memperkirakan posisi henti muon pada EA-Cu dan

PEA-Cu dilakukan dengan menghitung energi potensial elektrostatika dan

mencari posisi dalam unit sel yang memiliki nilai potensial minimum.

Berdasarkan perhitungan tersebut, ditemukan enam posisi henti muon yang

mungkin pada kedua material. Empat posisi berada di sekitar apikal ion Cl- dan

dua posisi lainnya berada di antara ion Cl- di bidang CuCl4. Posisi-posisi muon

tersebut dapat menjadi kandidat untuk menunjukkan perilaku presesi spin muon di

bawah suhu keteraturan magnetik. Dua posisi minimum potensial lainnya

ditemukan di PEA-Cu sekitar gugus fenil dari bagian organik yang dapat

menyebabkan kemungkinan muon terikat dengan elektron di sekitarnya melalui

pembentukan radikal seperti yang diidentifikasi dalam studi μSR ini.

Untuk mengkonfirmasi kandidat posisi henti muon, pada penelitian ini

dihitung medan magnetik internal pada posisi muon yang dihasilkan oleh momen

magnetik dari ion magnetik. Madan magnetic internal pada keadaan dasar (ground

state) dihitung berdasarkan density functional theory (DFT) dengan

memperhitungkan gabungan efek muon zero-point motion (ZPM) dan kerapatan

magnetisasi dari model struktur magnetik yang ditentukan. Metode ZPM

digunakan untuk memperhitungkan distribusi peluang posisi henti muon,

sedangkan kerapatan magnetisasi untuk menentukan model struktur magnetik.

Hasil perhitungan medan internal pada posisi henti muon dengan menggunakan

metode ini menunjukkan kesesuaian dengan nilai medan magnetik internal pada

temperatur dasar, oleh karena itu dengan menentukan model struktur magnetik

yang tepat pada sistem hibrida maka keteraturan 3-dimensi pada sistem ini dapat

dijelaskan. Metode ini dapat diterapkan pada kasus material magnetik lainnya.




Copyrights : Copyright (c) 2001 by Perpustakaan Digital ITB. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS3 - Physics-FMIPA
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Pembimbing 1 : Agustinus Agung Nugroho, Ph.D





    Pembimbing 2 : Dr. Isao Watanabe





    Pembimbing 3 : Prof. Dr. Djulia Onggo, Editor: Ratnasari

File PDF...