PENGAMATAN SENSOR GIANT MAGNETORESISTANCE (GMR) BERBASIS LAPISAN TIPIS MULTILAYER DAN SPIN VALVE UNTUK MENDETEKSI NANOPARTIKEL MAGNETIK Fe3O4 DENGAN RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE

INDAH NURPRIYANTI, Dr. Edi Suharyadi, M.Eng

2016 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Nanopartikel magnetik Fe3O4 dideteksi menggunakan sensor giant magnetoresistance (GMR) berbasis lapisan tipis spin valve dan multilayer dengan menggunakan jembatan wheatstone. Fabrikasi lapisan tipis dilakukan dengan DC magnetron sputtering. Struktur sensor GMR pada lapisan tipis multilayer adalah [Co (1,5 nm)/Cu (1,0 nm)]20 dan lapisan tipis spin valve adalah IrMn (10 nm)/CoFe (3 nm)/Cu (2,2 nm)/CoFeB (10 nm). Sintesis nanopartikel magnetik Fe3O4 menggunakan metode kopresipitasi. Nanopartikel magnetik Fe3O4 memiliki keunggulan magnetisasi saturasinya yang tinggi, responsif terhadap medan magnet luar, dispersif terhadap biomolekul, dan bersifat superparamagnetik. Nanopartikel ini berpotensi untuk pendeteksian biomolekul yang membutuhkan pelabelan. Nanopartikel ini memiliki magnetisasi saturasi 77 emu/gram dan ukuran partikel 10 nm. Keluaran tegangan pada jembatan wheatstone memiliki hubugan yang linier terhadap variasi kosentrasi Fe3O4 (0,1 mg/ml; 1 mg/ml; 10 mg/ml; 100 mg/ml). Gradien garis adalah 0.20 untuk lapisan spin valve dan 0.06 untuk multilayer. Nilai gradien menunjukkan bahwa lapisan tipis spin valve lebih sensitive dari lapisan tipis multilayer. Magnetik momen lapisan tipis spin valve lebih mudah tersaturasi daripada lapisan tipis multilayer. Magnetisasi lapisan tipis spin valve dapat tersaturasi pada medan magnet 20 Oe, sedangkan lapisan tipis multilayer dapat tersaturasi pada medan magnet 5000 Oe. Magnetoresistansi spin valve adalah 6% dan magnetoresistansi multilayer adalah 4%. Hasil tersebut menunjukkan magnetoresistansi (MR) spin valve lebih besar dari lapisan tipis multilayer.

We demonstrated the detection of Fe3O4 magnetic nanoparticles using giant magnetoresistance (GMR) sensor based on multilayer and spin valve thin film by in wheatstone bridge. The thin film was fabricated by DC magnetron sputtering method. The structure of multilayer thin film was [Co (1,5 nm)/ Cu(1,0 nm)]20 and spin valve thin film was IrMn (10 nm) / CoFe (3 nm) / Cu (2.2 nm) / CoFeB (10 nm). The Fe3O4 magnetic nanoparticles was synthesized by coprecipitation method. The Fe3O4 magnetic nanoparticles has special quality, they are high saturation magnetization, responsive to the external field, dispersive to the biomolekul, and superparamagnetic. This potential was applied in bio-detection where labels are needed. It has saturation magnetization of 77 emu/gram and particles size of 10 nm. The output voltage signal of wheatstone bridge was linear to the Fe3O4 magnetic nanoparticles concentration (0.1 mg/ml; 1 mg/ml; 10 mg/ml; 100 mg/ml .That gradient was 0.20 for spin valve thin film and 0.07 for multilayer thin film. The gradient shows that spin valve thin film more sensitive than multilayer thin film. Magnetic moment of spin valve thin film was saturated easier than that of multilayer thin film. Magnetization of spin valve thin film could be saturated in 20 Oe external field, while multilayer thin film could be saturated in 5000 Oe external field. Magnetoresistance of spin valve was 6% and magnetoresistance of multilayer was 4%. Magnetoresistance (MR) of spin valve is greater than multilayer.

Kata Kunci : Giant Magnetoresistance (GMR), Magnetic nanoparticles, Jembatan wheatstone