Jurnal Fisika Indonesia | Susanti dan Suharyadi ISSN 1410-2994 (Print)Vol. 20 (2016) No. 1 p.6-13 ISSN 2579-8820 (Online)

ARTIKEL RISET

Analisa Magnetoresistance Berbasis Lapisan Tipis GiantMagentoresistance (GMR) pada Nanopartikel Cobalt(CoFe2O4) dilapisi Polyethelyn GlicolNovi Susanti1* dan Edi Suharyadi2

AbstrakTelah dilakukan pengukuran magnetoresistance pada lapisan tipis spin valve GMR yang memiliki strukturCoFeB/Cu/CoFe/MnIr dengan memvariasikan ketebalan lapisan barrier Cu (2,2 dan 2,8 nm) dan free layerCoFeB (7 dan 10 nm) menggunakan System Four Point Probe Method (SFPPM) pada medan eksternal 0-600gauss. Dihasilkan perubahan range resistansi (69, 29 − 71, 74)Ω untuk Cu 2,2 nm dan (38, 5 − 40, 47)Ω untukketebalan Cu 2,8 nm. Pada variasi ketebalan CoFeB dihasilkan perubahan range resistansi untuk ketebalan 7 nmdan 10 nm masing-masing adalah (38, 74− 41, 11)Ω dan (69, 29− 71, 74)Ω. Selanjutnya lapisan tipis digunakansebagai sensor magnetik untuk mendeteksi kehadiran nanopartikel CoFe2O4, CoFe2O4 yang dimodifikasi PEG danCoFe2O4 termodifikasi PEG yang telah mengikat biomolekul formalin. Terjadi pergeseran nilai resistansi ketikalapisan tipis dilapisi nanopartikel magnetik tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan tipis GMR mampumendeteksi prilaku spin pada nanopartikel magnetik CoFe2O4.

kata kunci: giant magnetoresistance; lapisan tipis; nanopartikel CoFe2O4, polyethelyn glicol

AbstractMagnetoresistance measurements were carried out in a thin film of the spin valve GMR structureCoFeB/Cu/CoFe/MnIr by varying the thickness of the barrier layer of Cu (2,2 and 2,8 nm) and CoFeB freelayer (7 and 10 nm) using System Four Point probe Method (SFPPM) in the external field 0-600 Gauss. It wasfound that the changes in the resistance range were (69.29−71.74)Ω for Cu 2,2 nm and (38.5−40.47)Ω for Cu2,8 nm. In variations of CoFeB thickness, the changes in the resistance range for the thickness of 7 nm and 10nm were (38.74 − 41.11)Ω and (69.29 − 71.74)Ω respectively. Furthermore, a thin layer is used as a magneticsensor to detect the presence of CoFe2O4 nanoparticles, PEG coated CoFe2O4 and CoFe2O4 modified by PEGthat was bonded with formalin biomolecules. A shift in resistance value occurs when a thin layer of the coatedmagnetic nanoparticles. This suggests that the thin layer of the GMR is able to detect the behavior of magneticspins of CoFe2O4 magnetic nanoparticles.

keywords: giant magnetoresistance; thin film; CoFe2O4 nanoparticle; polyethelyn glicol

1. PendahuluanPerkembangan sensor magnetik berbasis teknologiGiant Magnetoresistance (GMR) pada saat inimenarik minat banyak peneliti. Hal ini dikarenakanmaterial GMR memiliki sifat listrik dan magnetikyang baik. Disamping itu, keuntungan lain daripenggunaan teknologi GMR ini adalah memiliki

*Korespondensi: ovieelkarim@yahoo.co.id1Dinas Sosial Kabupaten Bengkalis, Jalan Antara-Bengkalis, Riau,IndonesiaInformasi lengkap tentang penulis dapat dilihat pada akhir artikel

sensitivitas yang tinggi dan respon yang cepat padamedan magnet rendah [1].Prinsip dasar Giant magnetoresistance adalah

perubahan resistansi pada lapisan multilayer ketikadiberikan medan magnet luar dan merupakan efekmekanika kuantum yang bergantung pada fenomenascattering spin. Ketika medan eksternal diberikanpada lapisan multilayer Fe/Cr, arah magnetisasi padalapisan Fe akan berotasi ke arah paralel seiring denganmeningkatnya medan eksternal hingga akhirnyamoment magnetik total mengalami saturasi. Selamarotasi magnetisasi dari antiparalel menuju paralel

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 7

terjadi perubahan resistansi yang besar. Asal dariperubahan resistansi ini adalah hamburan elektronantara wilayah magnetisasi paralel dan antiparalelyang disebut dengan spin dependent transport [2].Struktur lapisan tipis GMR berpengaruh terhadap

nilai resistansi, sehingga banyak penelitian dilakukanuntuk menemukan struktur metal-magnetik yang bisamenghasilkan perubahan resistansi yang besar. Adatiga tipe lapisan GMR, sandwich, multilayer danspin valve [3]. Selain dari jenis struktur penyusunnya,sifat GMR pada lapisan tipis juga dipengaruhi olehketebalan lapisan magnetik dan non magnetik [4].Dalam penelitian ini digunakan lapisan tipis GMRspin valve Co90Fe19B4/Cu/Co90Fe19/Mn80Ir20 (freelayer /barier/pinned layer/pinning layer/ ) yanglapisan magnetik free layer dan nonmagnetik barrierdivariasikan untuk menguji kualitas dari nanopartikelmagnetik.Nanopartikel magnetik telah menjadi objek

penelitan yang menarik karena sifatnya yangaplikatif di berbagai bidang seperti bioteknologi,penyimpan data dan biomedis. Di antara jenismaterial magnetik, CoFe2O4 banyak diteliti karenamemiliki stabilitas kimia dan kekerasan mekanik yangbaik. Selain itu, dengan mengontrol ukuran material,CoFe2O4 akan memiliki sifat superparamagnetikyang memiliki magnetisasi tinggi ketika diberimedan eksternal, namun memiliki magnetisasirata-rata nol tanpa medan eksternal [5]. Sehingga,nanopartikel CoFe2O4 mudah dikondisikan dalamaplikasinya. Salah satu cara memodifikasi materialCoFe2O4 yaitu pengcoatingan dengan polimer, sepertipolyethilen glycol (PEG). Penggunaan PEG bertujuanuntuk menambah dispersibilitas, biokompatibel danstabilitas kimia CoFe2O4 [6]. Dalam penelitianini, akan diteliti bagaimana perubahan resistansipada lapisan tipis GMR ketika dilapisi nanopartikelCoFe2O4, nanopartikel CoFe2O4 yang termodifikasidengan PEG dan nanopartikel CoFe2O4 termodifikasiPEG yang telah mengikat biomolekul formalin.Dengan sifat PEG yang mampu mengikat biomolekulpenelitian ini berpotensi dikembangkan dalamteknologi biosensor magnetik.

2. Metode PenelitianLapisan tipis Co90Fe19B4/Cu/Co90Fe19/Mn80Ir20spin valve ditumbuhkan dengan metodeDc-Magnetron Sputteri (DMS) pada daya 60-120Watt. Susunan dan arah magnetisasi lapisan tipisdapat dilihat pada gambar 1. Lapisan tipis yangdigunakan divariasikan ketebalan free layer CoFeB(2,2 nm dan 2,8 nm) serta barrier Cu (7 nm dan 10nm).

Gambar 1: Lapisan tipis GMR (a) susunan skematik(b) arah magnetisasi.

Nanopartikel magnetik CoFe2O4 disintesis denganmenggunakan metode kopresipitasi. Senyawa hidratCoCl2.6H2O dan FeCl3.6H2O dengan perbandinganfraksi mol 1:2 dilarutkan dengan HCl 3,37ml.Larutan kemudian dimasukkan kedalam larutanNaOH 5 M dengan suhu pengadukan 80oC danlama pengadukan 120 menit. Pengeringan dilakukandengan menggunakan furnace pada suhu 80o C.CoFe2O4 yang telah disintesis kemudian dimodifikasimenggunakan polyethylen glicol 4000 denganperbandingan 2:1. CoFe2O4 termodifikasi PEGselanjutnya digunankan untuk mengikat biomolekulformalin.Lapisan Co90Fe19B4/Cu/Co90Fe19/Mn80Ir20

dilapisi dengan nanopartikel CoFe2O4, CoFe2O4

yang telah termodifikasi PEG-4000 dan CoFe2O4

termodifikasi PEG yang telah mengikat biomolekulformalin kemudian diukur resistansinya ketikadiberikan medan eksternal dengan menggunakanmetode 4-point probe system.Karakterisasi struktur kristal, ukuran partikel,

morfologi, gugus fungsi dan sifat kemagnetannanopartikel CoFe2O4 menggunakan -RayDiffraction(XRD), Transmission Electron Microscope (TEM),Fourier transform infrared (FTIR) dan VibratingSample Magnetometer (VSM).

3. Hasil dan Pembahasan3.1 Pengukuran GMR untuk Ketebalan Lapisan BarierCu yang BerbedaLapisan barrier merupakan lapisan non magnetikberfungsi sebagai jembatan yang memungkinkanterjadinya efek terobosan dengan syarat ketebalanyaharus melebihi jalan bebas rerata elektron (meanfree path) yaitu jarak minimum yang memungkinkanelektron untuk mengubah arah spinnya[3]. Gambar 2merupakan histeresis loop untuk lapisan tipis denganvariasi barrier Cu 2,2 nm (a) dan 2,8 nm (b). Kedua

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 8

Gambar 2: Kurva histeresis lapisan tipis (a) tebalbarrier Cu 2,2 nm dan (b) tebal barrier Cu 2,8 nm

kurva histeresis menunjukan bahwa sampel yangdibuat termasuk jenis material soft magnetic yangmemiliki fenomena pergeseran domain-wall sangatmudah dipengaruhi medan eksternal.Ditinjau dari medan koersivitasnya (Hc) maka pada

ketebalan barrier Cu 2.2 nm memiliki Hc yang relatiflebih kecil ( 5 Oe) dibandingkan pada ketebalanbarrier Cu 2.8 nm ( 15 Oe). Hal ini menunjukan untukmengubah magnetisasi pada tebal barrier Cu 2,2 nmadalah relatif lebih mudah dibandingkan mengubahmagnetisasi pada tebal barrier Cu 2.8 nm.Kurva histerisis pada gambar 2 mengalami

pergeseran ke arah kiri dari kurva histerisisnormal. Besarnya medan yang digunakan untukmenggeser kurva disebut medan exchange bias (Heb).Exchange bias terjadi pada interface ferromagnetikdan antiferomagnetik. Fenomena ini menunjukanadanya kekasaran struktur interface pada lapisanferromagnetik dan antiferomagnetik sehinggamenyebabkan moment-moment magnetik padalapisan ferromagnetik akan tertahan.Besarnya Heb pada ketebalan barrier Cu 2,8

nm memiliki nilai yang lebih besar yaitu 100Oe dibandingkan pada ketebalan barrier Cu 2,2nm yang bernilai 10 Oe. Perbedaan nilai Hebini dikarenakan tingkat kekasaran interface padalapisan tipis dengan ketebalan Cu 2,8 nm lebihtinggi dibandingkan lapisan tipis dengan Cu 2,2 nm.Pernyataan ini sesuai dengan bentuk kurva histeresispada gambar 2(b) yang memperlihatkan terbentuknyakurva bertingkat dua pada lapisan tipis dengan Cu2,8 nm. Hal ini menunjukan bahwa medan terpasangdigunakan terlebih dahulu untuk memposisikanpada kondisi benar-benar antipararel [7], sehinggaberpengaruh terhadap perubahan resistansi yangterjadi. Munculnya fenomena GMR pada lapisantipis merupakan efek dari mekanika kuantum yangberhubungan dengan kenyataan bahwa spin elektronmemiliki dua keadaan yang berbeda, spin up danspin down. Ketika spin-spin ini melintasi lapisan tipis

Gambar 3: Rasio sifat GMR pada variasi tebal barrierCu (a) 2,2 nm dan (b) 2,8 nm.

yang dimagnetisasi, spin up dan spin down mengalamihambatan yang berbeda. Sifat ini menunjukkanadanya hamburan bergantung spin. Rasio GMRdiperoleh dengan mempertimbangkan rasio dariperubahan resistansi pada kondisi puncak sampaipada kondisi saturasi dibandingkan kondisi tanpamedan.Gambar 3 menunjukan bahwa pada sampel dengan

ketebalan lapisan barrier Cu 2,2 nm memiliki rasioGMR sebesar 6% sedangkan pada ketebalan barrierCu 2,8 nm hanya sebesar 1%. Hal ini menunjukanbahwa sifat GMR lebih mudah muncul pada lapisandengan variasi tebal Cu 2,2 nm dibandingkan dengantebal barrier Cu 2,8 nm. Bertambahnya ketebalanlapisan barrier meningkatkan kemungkinan terjadinyahamburan ketika elektron konduksi melewati lapisannon magnetik yang mengakibatkan berkurangnyaaliran elektron diantara lapisan ferromagnetik. Selainitu, dengan lapisan barrier yang tebal akan terjadihamburan pembalikan spin, sehingga spin yang beradapada lapisan barrier dapat menyesuaikan diri denganarah magnetisasi pada lapisan feromagnetik. Keduahal di atas menyebabkan pelemahan pada efek GMR.

3.2 Pengukuran GMR untuk Ketebalan Lapisan freelayer CoFeB yang Berbeda

Besarnya rasio sifat GMR yang teramati pada gambar4 adalah 4% untuk ketebalan free layer CoFeB 7nmdan 6% untuk ketebalan free layer 10 nm. Persen rasiobertambah besar dengan meningkatnya ketebalan darilapisan free layer CoFeB. Besarnya persen (%) rasio inimenentukan sensitivitas lapisan tipis terhadap medanmagnet eksternal yang diberikan. Penurunan MRratio pada ketebalan lapisan free layer CoFeb yanglebih tipis (7 nm) dikarenakan hamburan yang terjadipada outer boundary (caping layer dan interface).Hamburan ini terjadi karena lapisan ferromagnetiklebih tipis dari dua mean free path elektron yangberhubungan dengan spin up dan spin down.

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 9

Gambar 4: Rasio Sifat GMR pada variasi ketebalanfree layer CoFeB (a) 7 nm dan (b) 10 nm

Gambar 5: Pola spektrum XRD nanopartikelCoFe2O4 dan CoFe2O4 yang telah dilapisi PEG

3.3 Karakterisasi Struktur Kristal NanopartikelPola karakterisasi struktur kristal dapat dilihatpada gambar 5. Pola XRD menunjukkan bahwasampel membentuk fase CoFe2O4 yang terlihat daripuncak-puncak bidang difraksi (220), (311), (400),(511) dan (440). Selain itu terdapat fasa lain α −Fe2O3 yang merupakan fasa pengotor.Pola spektum XRD untuk CoFe2O4 yang

telah termodifikasi PEG menunjukan adanyapuncak-puncak baru geothite (α − FeO(OH))dan lepidocrocite (γ − FeO(OH)). Fasa tersebutmenandakan bahwa telah terjadi pelapisannanopartikel oleh PEG. Hal ini dikarenakanatom-atom Fe3+ pada permukaan CoFe2O4 bereaksidengan gugus hidroksil pada PEG.

3.4 Karakterisasi Ukuran Butir dan MorfologiNanopartikelPada gambar 6(a) terlihat bahwa nanopartikel

CoFe2O4 memiliki bentuk ukuran bulat meskibelum bulat sempurna. Hasil citra morfologi jugamenunjukkan bahwa sampel memiliki kecenderunganteraglomerasi. Berdasarkan perhitungan histogramdistribusi ukuran sampel menggunakan software

Gambar 6: (a) Citra morfologi dan (b) Pola difraksinanopartikel CoFe2O4.

Gambar 7: (a) Citra morfologi dan (b) pola difraksinanopartikel CoFe2O4 yang telah dimodifikasi denganPEG-4000

image-J didapatkan ukuran butir partikel CoFe2O4

±9nm.Pada pengujian TEM juga dilengkapi oleh gambar

cincin difraksi untuk nanopartikel CoFe2O4 danCoFe2O4 termodifikasi PEG pada gambar 6 (b) dan7(b) yaitu bidang-bidang kristal (220), (311), (400),(511) dan (440) yang merupakan ciri khas bidangkristal CoFe2O4. Untuk nanopartikel CoFe2O4

termodifikasi PEG citra morfologinya dapat dilihatpada gambar 7(a). Terdapat perbedaan morfologidengan nanopartikel CoFe2O4 sebelum dimodifikasidengan PEG. Aglomerasi nanopartikel menjadiberkurang dan ukuran butir nanopartikel cenderungmerata. Ukuran butir nanopartikelCoFe2O4 menjadilebih besar setelah difungsionalisasi dengan PEG yaitu±42nm. Perbedaan ukuran butir ini terjadi karenaadanya proses self assembly dimana didalam satubutir nanopartikel yang termodifikasi PEG terdapatlebih dari satu butir nanopartikel CoFe2O4.

3.5 Karakterisasi Gugus Fungsi NanopartikelKarakterisasi FTIR dari sampel yang telah

dimodifikasi diperoleh spektrum seperti pada Gambar8. Terdapat perbedaan spektrum serapan antaraCoFe2O4 yang telah dimodifikasi dengan PEG-4000

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 10

Gambar 8: Spektrum FTIR untuk nanopartikelCoFe2O4, PEG-4000, CoFe2O4 termodifikasi PEG,dan CoFe2O4 termodifikasi PEG yang telah mengikatformalin

, CoFe2O4 yang belum dimodifikasi PEG-4000 ,PEG-4000 murni dan CoFe2O4 termodifikasi PEGyang telah mengikat formalin.Berdasarkan tabel 1 dapat diketahui bahwa

CoFe2O4 berhasil berikatan dengan PEG denganhadirnya puncak serapan baru pada nanopartikelCoFe2O4 yang telah dimodifikasi dengan PEG.Puncak serapan baru tersebut terdapat pada bilangangelombang 354,90 cm−1 yang merupakan puncakdari vibrasi ion logam dan oksigen. Pada sampelCoFe2O4 termodifikasi PEG yang telah mengikatformalin puncak serapan baru terdapat pada bilangangelombang 1589,34 cm−1 (vibrasi gugus C-O) yangmenunjukkan terbentknya ikatan baru antara polimerPEG dan biomolekul formalin.

3.6 Karakterisasi Sifat Kemagnetan NanopartikelGambar 9 merupakan kurva histeresis dari CoFe2O4

dan CoFe2O4 dimodifikasi PEG. Medan saturasiMs remanance Mr mengalami penurunan ketikadimodifikasi dengan PEG dari 37,6 emu/g dan 5,2emu/g menjadi 22,7 emu/g dan 2,6 emu/g.Penurunan nilai Ms disebabkan oleh penambahan

PEG-4000 yang merupakan polimer dengan sifatkemagnetan paramagnetik. Di samping itu kehadiranfasa α − Fe2O3 dan α − FeO(OH) yang persifatantiferromagnetik serta γ − FeO(OH) yangbersifat paramagnetik, yang terlihat pada hasilpengujian XRD memberikan andil pada turunnyanilai magnetisasi pada sampel[8].Penurunan juga terjadi pada nilai koersivitas Hc dari

85,6 Oe menjadi 79,6 Oe. Penurunan nilai koersivitasini berhubungan dengan semakin seragamnya ukuranbutir nanopartikel CoFe2O4 setelah dimodifikasi

Gambar 9: Kurva histeresis nanopartikel (a)CoFe2O4dan (b) CoFe2O4 dimodifikasi PEG

dengan PEG-4000 yang menyebabkan domain magnetdisetiap butirnya hampir sama sehinngga energibarrier akan menurun. Sehingga momen magnet akanlebih mudah untuk termagnetisasi.

3.7 Biosensor Magnetik Berbasis Lapisan Tipis GMRLapisan tipis GMR berpotensi dikembangkan dalamteknologi biosensor magnetik. Lapisan tipis digunakansebagai sensor untuk mendeteksi biomolekul formalinyang telah dilabeli nanopartikel magnetik CoFe2O4.Untuk semua pengukuran resistansi pada lapisan

tipis sebelum dan setelah dilapisi nanopartikeldengan variasi ketebalan barrier Cu, pola grafikyang terbentuk adalah magnetoresistansi negatifdimana nilai resistansi akan menurun seiring denganbertambahnya medan magnet eksternal sepertiyang terlihat pada gambar 10. Nilai resistansimaksimum terjadi pada keadaan tanpa medaneksternal (H=0). Hal ini menunjukan bahwa pada

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 11

Tabel 1: Gugus fungsi dan bilangan gelombang hasil analisa FTIR

Ikatan(gugus fungsi) COFe2O4 PEG-4000 CO2Fe2O4+PEG-4000 CO2Fe2O4+PEG-4000+Formalin jenis fibrasiO-H 3245,28 3448,72 3425,58 3402,43 StrechingC-H - 2885,51 2885,51 2924,09 StrechingO-H 1627,92 1635,64 1627,92 - BendingC-O - - - 1589,34 StrechingC-H - 1465,90 1465,90 - BendingC-H - 1342,46 1342,46 1342,46 BendingC-H - 1280,73 1280,73 - BendingC-H - 1242,16 1242,16 - Bending

C-O-C - 1111,00 1111,00 1095,57 StrechingC-H - 956,69 956,69 925,83 BendingC-H - 840,96 840,96 - Bending

M-O tet 601,79 - 586,36 594,08 StrechingM-O oct 408,91 - 401,19 - StrechingM-O - - 354,90 362,62 Streching

kondisi tersebut terjadi peristiwa hamburan tukar(exchange scaterring) terbesar. Ketika medaneksternal ditingkatkan, maka akan terjadi peningkatanketeraturan arah magnetisasi sehingga hamburan akansemakin berkurang.Terdapat perbedaan respon magnetik yang berbeda

ketika lapisan tipis dilapisi CoFe2O4, CoFe2O4

termodifikasi PEG, CoFe2O4 termodifikasi PEG yangmengikat formalin yang ditandai oleh pergeserannilai resistansi seperti yang terlihat pada tabel 2.Pergeseran nilai resistansi disebabkan oleh adanyaexchange interaction antara moment magnetik lapisanfree layer dan moment magnetik pada nanopartikel.

Tabel 2: Hasil pengukuran resistansi untukvariasi ketebalan Cu

Sample Resistansi maksimum (Ω)Cu 2,2 nm Cu 2.8 nm

Lapisan tipis 71, 74 ± 0, 77 40, 47 ± 0, 50Lapisan tipis + CoFe2O4 44, 33 ± 0, 77 42, 67 ± 0, 68Lapisan tipis + CoFe2O4

+ PEG 39, 3 ± 0, 77 43.54 ± 0, 54

Lapisan tipis + CoFe2O4

+ PEG + Formalin 7083.5 ± 0, 77 49, 4 ± 0, 54

Nilai resistansi tertinggi dihasilkan pada lapisantipis dilapisi CoFe2O4 termodifikasi PEG yang telahmengikat biomolekul formalin. Hal tersebut berkaitandengan sifat paramagnetik formalin yang dapatmengurangi sifat kemagnetan CoFe2O4. Pada lapisantipis dengan Cu 2,2 nm, nilai resistansi ketika lapisantipis dilapisi CoFe2O4 yang termodifikasi PEG beradadibawah nilai resisitansi ketika lapisan tipis dilapisinanopartikel CoFe2O4. Penurunan nilai resistansiini bisa dikaitkan dengan perubahan morfologinanopartikel CoFe2O4. Setelah difungsionalisasidengan PEG ukuran butir nanopartikel menjadilebih seragam, domain magnet dalam setiap butirnyahampir sama sehingga energi barrier akan berkurang.Pada kondisi ini momen magnet akan lebih mudahmensejajarkan diri dengan arah magnetisasi medan

Tabel 3: Hasil pengukuran resistansi untukvariasi ketebalan CoFeB

Sample Resistansi maksimum (Ω)CoFeB 7 nm CoFeB 10 nm

Lapisan tipis 41, 114 ± 0, 45 71, 74 ± 0, 77Lapisan tipis + CoFe2O4 202, 72 ± 0, 68 44, 33 ± 0, 77Lapisan tipis + CoFe2O4

+ PEG 32, 8 ± 0, 14 39, 3 ± 0, 77

Lapisan tipis + CoFe2O4

+ PEG + Formalin 681, 8 ± 1, 72 7083, 5 ± 0, 77

eksternal. Pada lapisa tipis dengan Cu 2,8 nmpergeseran nilai resistansi tidak terlalu signifikan.Hal ini berhubungan dengan rasio magnetoresistance(MR) yang kecil yaitu 1% sehingga menyebabkansensitivitas lapisan tipis lemah. Resistansi cenderungmenurun ketika ktebalan lapisan nonmagnetik Cubertambah. Pada lapisan barrier yang tebal akanterjadi hamburan pembalikan spin, sehingga spin yangberada pada lapisan barrier dapat menyesuaikan diridengan arah magnetisasi pada lapisan feromagnetik.Pada lapisan tipis dengan variasi ketebalan

CoFeB, semua pengukuran resistansi pada sebelumdan setelah dilapisi nanopartikel pola grafik yangterbentuk adalah magnetoresistansi negatif sepertiyang terlihat pada gambar 11. Berdasarkan data padatabel 3, resistansi tertinggi diperoleh ketika lapisantipis dilapisi CoFe2O4 termodifikasi PEG yang telahmengikat biomolekul formalin. Pada lapisan tipisdengan ketebalan CoFeB 7 nm dan 10 nm nilairesistansi ketika lapisan tipis dilapisi CoFe2O4 yangtermodifikasi PEG berada dibawah nilai resisitansiketika lapisan tipis dilapisi nanopartikel CoFe2O4.Hal ini berkaitan dengan perubahan morfologinanopartikel yang menyebabkan perubahan sifatkemagnetan.Resistansi cenderung meningkat ketika lapisan

ferromagnetik bertambah. Hal ini sesuai dengan teoriyang menyatakan bahwa ketika lapisan ferromagnetiktelalu tipis, kemungkinan lintasan mean free path

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 12

Gambar 10: Grafik pergeseran nilai resistansi padalapisan tipis Cu (a) 2,2 nm dan (b) 2,8 nm yangmemberikan respon yang berbeda pada nanopartikel

elektron lebih panjang dari pada ketebalan lapisanferromagnetik sehingga hamburan tidak terjadi dilapisan ferromagnetik melainkan di interface, subtratatau caping layer [8].

KesimpulanPengujian magnetoresistanece pada lapisan tipis GMRspin valve Co90Fe19B4/Cu/Co90Fe19/Mn80Ir20menunjukkan adanya pergeseran nilai resistansiketika dilapisi CoFe2O4, CoFe2O4 termodifikasiPEG dan CoFe2O4 termodifikasi PEG yang telahmengikat biomolekul formalin. Hal ini disebabkanadanya exchange interaction antara nanopartikelmagnetik dan lapisan free layer CoFeB. Perbedaanketebalan barrier Cu dan free layer pada lapisan tipisberpengaruh terhadap nilai resistansi yang dihasilkan.

Gambar 11: Grafik pergeseran nilai resistansi padalapisan tipis CoFeB (a) 10 nm dan (b) 7 nm yangmemberian respon yang berbeda pada nanopartikel

Informasi penulis1Dinas Sosial Kabupaten Bengkalis, Jalan Antara-Bengkalis,Riau, Indonesia. 2Jurusan Fisika, Fakultas Matematika danIlmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, SekipUtara PO BOX BLS 21, 55281 Yogyakarta, Indonesia.

Pustaka1. Djamal, M., Ramli: Development of sensors based on

giant magnetoresistance material. Procedia Enginering36, 60–68 (2012)

2. Shirota, Y., R.Tsunasima, Imada, Y., Nomura, S., Iwata,Jimbo, M.: Giant magnetoresistance effect incofeb/cu/cofeb spin valve. Japan Journal AppliedPhysics 38(2A), 714–717 (1999)

3. Djamal, M.: Development of new GiantMagnetoresintance (GMR) Material with Spin-valveStructure using OTMS Reactor. Laporan HibahPenelitian Asahi Glass Foundation (2009)

4. Xu, M., Fan, Y., Luo, G., Mai, Z.: Dependence of giantmagnetoresistance on the thickness of magnetic andnon-magnetic layers in spin-valve sandwich. Physics

Susanti dan Suharyadi | Jurnal Fisika Indonesia 13

Letters A. (272), 282–2885. Mattei, Y.C., Pérez, O.P., Tomar, M.S., Román, F.:

Optimization of magnetic properties in cobalt ferritenanocrystal. ENS (2007)

6. Tamhankar, P.M., Kukarni, A.M., Watawe, S.C.:Functionalization of cobalt ferrite nanoparticles withalginate coating for biocompatible application. MaterialSciences and application 2, 1317–1321 (2011)

7. Setiadi, E.A., Shabrina, N., Utami, H.R.B., Fahmi, F.N.,Kato, T., Iwata, S., Suharyadi, E.: Sintesis nanopartikelcobalt ferrite (cofe2o4) dengan metode kopresipitasi dankarakterisasi sifat kemagnetannya. Indonesian Journal ofApplied Physics (2013)

8. E.Y.Tsymbal, D.G.Pettifor: Perspectiveof giantmagnetoresistance. In: Solid State Physics vol. 56. by H.

Ehrenreich dan F. Spaepen, Academic Press, ??? (2011)