Pengaruh Ketidaksempurnaan Permukaan Pada Karateristik Spintronik Pada Sistem 2D Si2Bi2 : Kajian Komputasional Berbasis Density Functional Theory dan Model Efektif k.p

Arif Lukmantoro, Moh. Adhib Ulil Absor, S.Si., M.Sc., Ph.D. ; Dr. Edi Suprayoga, S.Si., M.Si.

2025 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Pemanfaatan interaksi spin-orbit (SOI) pada spin field effect transistor (SFET) memunculkan efek samping berupa gerak presisi yang dapat menghambat proses transfer informasi. Oleh karena itu, diperlukan sebuah kandidat material yang memiliki sifat dissipationless, dimana hal tersebut dapat ditemukan dalam material-material yang memiliki karakteristik SOI searah (unidirectional). Pada  penelitian dilakukan kajian komputasional berbasis density functional theory pada sistem 2D Si2Bi2 dengan dua model ketidaksempurnaan permukaan, pertama variasi konsentrasi substitusi atom Sb dalam pembentukan janus Si2SbBi dan model kedua berupa vacancy line defect (VLD). Model pertama menunjukkan perubahan point group dari D3h menjadi C3v  atau Cs, bergantung pada konsentrasi substitusi. Sementara pemberian vacancy line defect (VLD) hanya mengubah point group menjadi Cs. Perubahan ini akan diikuti perubahan struktur spin dimana pada pada point group Cs untuk sistem VLD memunculkan polarisasi spin yang bersifat unidirectional.  Hasil analisis model efektif k.p menunjukkan besarnya parameter spin-splitting pada model pertama sebesar ?1 = 0.01–0.88 eV/Å dan model kedua ?1 = 0.77–3.28 eV/Å. Dari hasil-hasil yang diperoleh pada penelitian ini menunjukkan bahwa adanya ketidaksempurnaan permukaan berpotensi untuk dijadikan material dissipationless pada divais spin field effect transistor (SFET).

The implementation of spin-orbit interaction (SOI) in a spin field effect transistor (SFET) induced undisired effects such as precision electron motion, which may disrupt the information transfer process. Thus, a material with dissipationless properties is required, which can be found in unidirectional SOI materials. In this work, we conducted a density functional theory-based calculations and effective model k.p on the 2D Si2Bi2 system with two surface imperfection models: the variations of substitution Sb concentration during the creation of Janus Si2SbBi and the vacancy line defect (VLD). The first model represents the point group transitioning from D3h to C3v or Cs based on substitusi concentration. While the vacancy line defect (VLD) only changes the point group to Cs. Additionally, this will be followed by an evolution of the spin structure, with the Cs point group in the VLD system resulting in unidirectional spin polarization. Moreover, our effective k.p model reveals the size of the spin-splitting parameter in the first model (?1 = 0.01-0.88 eV/Å) and the second model (?1 = 0.77-3.28 eV/Å). The results of this study indicate that the existence of surface defects has the potential to be exploited as a dissipationless material for spin field effect transistor (SFET).

Kata Kunci : Spintronik, 2D Material, ketidaksempurnaan permukaan, DFT