STUDI TEORETIS EFEK NERNST ANOMALI PADA MONOLAYER MnX3 (X = F, Cl, Br, I) MENGGUNAKAN PENDEKATAN DENSITY-FUNCTIONAL THEORY

Albert Fernando Filipus, Moh. Adhib Ulil Absor, S.Si., M.Sc., Ph.D.; Dr. Sasfan Arman Wella

2026 | Skripsi | FISIKA

Kajian komputasional berbasis first-principles dilakukan untuk menyelidiki sifat termoelektrik sistem dua dimensi monolayer mangan trihalida MnX3 (X = F, Cl, Br, I). Struktur elektronik dihitung menggunakan density functional theory (DFT) dengan fungsional Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE), kemudian dilakukan perhitungan post-processing melalui metode Fukui–Hatsugai–Suzuki (FHS) untuk memperoleh Berry curvature dan konduktivitas Hall anomali (AHC). Perhitungan konduktivitas listrik dan konduktivitas termal diperoleh menggunakan teori transport Boltzmann. Berdasarkan parameter tersebut, koefisien Nernst dan figure of merit (ZT) dihitung untuk mengevaluasi performa termoelektrik material.

Hasil menunjukkan bahwa pada struktur pita MnX3 yang melibatkan SOC, terbentuk celah energi pada kanal spin mayoritas, menandakan perubahan sifat topologis pita. Sistem MnF3 dan MnBr3 menunjukkan fase topologis non-trivial dengan bilangan Chern C = -1, sedangkan MnCl3 memiliki nilai C = 1. Nilai koefisien Nernst tertinggi diperoleh pada MnCl3, yaitu N = 102.05 mikro V/K pada suhu 100 K di daerah electron-doped, diikuti MnBr3 dengan N = 96.6 ?V/K pada kondisi hole-doped. Nilai ZT maksimum yang diperoleh adalah ZT = 3.5 × 10^-3 untuk MnCl3 dan ZT = 2.8 × 10^-3 untuk MnBr3. Hasil ini menunjukkan potensi MnX3 sebagai kandidat material termoelektrik dua dimensi yang menjanjikan, khususnya untuk aplikasi berbasis Anomalous Nernst Effect (ANE).

A first-principles-based computational study was carried out to investigate the thermoelectric properties of two-dimensional monolayer manganese trihalide systems MnX3 (X = F, Cl, Br, I). The electronic structure was calculated using density functional theory (DFT) with the Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) functional, followed by post-processing calculations using the Fukui–Hatsugai–Suzuki (FHS) method to obtain the Berry curvature and anomalous Hall conductivity (AHC). The electrical conductivity and thermal conductivity were obtained using Boltzmann transport theory. Based on these parameters, the Nernst coefficient and the figure of merit (ZT) were calculated to evaluate the thermoelectric performance of the materials.

The results show that in the MnX3 band structures involving SOC, an energy gap is formed in the majority spin channel, indicating a change in the topological nature of the bands. The MnF3 and MnBr3 systems exhibit non-trivial topological phases with a Chern number of C = -1, while MnCl3 has a value of C = 1. The highest Nernst coefficient is obtained for MnCl3, namely N = 102.05 ?V/K at a temperature of 100 K in the electron-doped region, followed by MnBr3 with N = 96.6 ?V/K under hole-doped conditions. The maximum ZT values obtained are ZT = 3.5 × 10^-3 for MnCl3 and ZT = 2.8 × 10^-3 for MnBr3. These results indicate the potential of MnX3 as a promising two-dimensional thermoelectric material candidate, particularly for applications based on the Anomalous Nernst Effect (ANE).

Kata Kunci : Efek Hall Anomali, Efek Nernst Anomali, Sifat Topologi, Teori Fungsional Kerapatan, Mangan Trihalida