13 Bab III Metode Penelitian III.1 Alur Penelitian Diagram alir dari penelitian ini ditunjukkan pada Gambar III.1. Gambar III.1 Diagram alir penelitian. Penelitian ini diawali dengan studi literatur lalu penentuan parameter-parameter yang akan digunakan. Hasil perhitungan dibahas dan disimpulkan secara menyeluruh sebagai sebuah tulisan lengkap. 14 III.2 Perangkat Lunak III.2.1 Quantum Espresso (QE) Quantum-ESPRESSO (QE) atau Quantum opEn Source Package for Research in Electronic Structure, Simulation, and Optimization (Giannozzi dkk., 2009) merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan perhitungan fungsional kerapatan spin-polarized. QE adalah distribusi kode komputer sumber terbuka untuk pemodelan bahan mekanika kuantum, berdasarkan teori fungsional kepadatan, pseudopotensial, dan gelombang bidang. QE terkenal karena kinerjanya pada berbagai arsitektur perangkat keras, dari laptop hingga komputer paralel besar-besaran, serta aplikasinya yang luas (Giannozzi dkk., 2020). Proyek QE dimulai pada tahun 2002, ditandai dengan penggabungan tiga paket untuk simulasi DFT menggunakan plane waves dan PP (ultrasoft), yang telah dikembangkan sejak pertengahan 1980-an. Ketiga paket tersebut adalah 1. PWscf: kode pw.x untuk solusi self-consistent field (SCF) persamaan Kohn-Sham dan optimasi struktural. Kode ph.x untuk perhitungan lattice- dynamical menggunakan linear response; 2. CP: kode untuk perhitungan first-principles molecular dynamics (MD) tipe Car-Parrinello, dikhususkan untuk supercell besar; dan 3. FPMD: mirip dengan CP, tetapi dengan serangkaian fungsi yang berbeda dan sebagian tumpang tindih. Perangkat lunak QE memuat beragam PP yang menggantikan potensial Coulomb biasa antara inti dan elektron yang berada di dekat inti (Giannozzi dkk., 2009). Di dalam penelitian ini, QE digunakan karena perangkat tersebut cocok secara komputasi pada berbagai struktur periodik yang beragam, baik logam maupun non-logam. Dengan memberikan modifikasi berupa impuritas, baik pendadahan substitusi maupun vakansi, pemodelan suatu material yang didadah dengan atom tertentu relatif mudah untuk dilakukan. 15 III.2.1 XCrysDEN Untuk memvisualisasi struktur kristal secara tiga dimensi (3D), digunakan perangkat XCrysDEN yang merupakan perangkat lunak gratis berbasis UNIX [13-14]. XCrySDen singkatan dari X-Window for Crystalline Structures and Densities (Kokalj, 1999). Perangkat ini dapat diperoleh di http://www.xcrysden.org/. Data yang digunakan perangkat ini adalah kode masukan self-consistent field (SCF). Pada penelitian ini, XCrysDEN digunakan untuk menentukan high symmetry points dalam brillouin zone pada masing- masing struktur. Contoh tampilan XCrysDEN ditunjukkan pada Gambar III.2. Gambar III.2 Tampilan struktur ZnO pada perangkat X-Crysden. III.2.1 VESTA VESTA atau Visualization for Electronic and STructural Analysis merupakan perangkat lunak yang dikembangkan untuk memvisualisasikan data struktural dan volumetrik pada beberapa jendela dengan tab. VESTA mewakili struktur kristal dengan model ball-and-stick, space-filling, polyhedral, wireframe, stick, dot- surface, dan thermal-ellipsoid (Momma dan Izumi, 2011). VESTA ditulis dalam bahasa C++ dengan penggunaan penuh teknologi OpenGL. Kode sumbernya terdiri dari GUI dan komponen inti (Momma dan Izumi, 2008). Kelebihan dari perangkat ini yaitu sangat skalabel karena dapat menangani jumlah objek yang tidak terbatas seperti atom, ikatan, koordinasi polihedra dan poligon pada isosurfaces selama kapasitas memori cukup. Kelebihan lainnya objek dapat diputar, diskalakan, dan diterjemahkan dengan cepat dalam tiga dimensi (Momma 16 dan Izumi, 2011). Pada penelitian ini, modifikasi atom dengan doping dan pembuatan supercell dilakukan melalui perangkat VESTA. III.3 Model dan Parameter Input Pada penelitian ini, perhitungan GGA dan GGA+U pada kristal berbasis ZnO dilakukan dengan supercell dengan beberapa variasi point defect. Atom dopan yang digunakan adalah atom logam yaitu atom Cu. Pendopingan sebesar 6,25% dilakukan pada beberapa variasi point defects yaitu Cu iO, CuiT, CuZn, V O+CuZn+Cui, dan VZn+CuZn+Cui. Untuk ZnO murni digunakan k-point mesh 7 × 7 × 5 dan untuk seluruh variasi digunakan k-point mesh 3 × 3 × 2. Semua struktur dioptimasi menggunakan parameter sebagai berikut: gaya Osr . 7 a.u, tekanan O r
�rw GPa, perpindahan atom Osr . : a.u, perubahan energi per atom Osr . 8 a.u, dan energi cut-off xr Ry :1zsx‡;. Model ZnO konvensional dan kelima supercell ditunjukkan pada Gambar III.3. Gambar III.3 Sel unit ZnO (a) bulk; (b) Cu iO; (c) CuiT; (d) CuZn; (e) VO+CuZn+Cui; dan (f) V Zn+CuZn+Cui.