Aproksimasi Bragg-Williams pada Model Ising 2D: Fenomena Kritis Material Feromagnetik

Abstract

Aproksimasi Bragg-Williams pada model Ising 2D material feromagnetik disajikan dalam makalah ini berdasarkan tinjauan mekanika statistik. Mekanika statistik menjelaskan fenomena fisika pada skala makroskopik ditinjau dari bentuk interaksi materi penyusun sistem tersebut. Berdasarkan tinjauan mekanika statistik, jika ungkapan energi sistem diketahui maka fungsi partisi sistem tersebut akan dapat ditentukan sehingga besaran-besaran termodinamik pada skala mikroskopik dapat ditentukan. Sistem makroskopik tersusun oleh materi dengan kuantitas yang sangat besar dengan karakteristik yang juga sangat kompleks sehingga tidak bisa lagi didekati dengan mekanika klasik. Berangkat dari permasalahan ini, Ising membangun sebuah model sederhana untuk menjelaskan fenomena pada skala makroskopoik dengan melihat keteraturan interaksi yang terjadi pada skala mikroskopik. Dengan menggunakan model tersebut, Ising berhasil menyatakan ungkapan energi total dan fungsi partisi sebuah sistem material feromagnetik. Banyak pendekatan yang telah dilakukan untuk mencari solusi model Ising ini, pendekatan yang paling sederhana adalah aproksimasi Bragg-Williams. Dari hasil aproksimasi Bragg-Williams pada model Ising 2D diperoleh informasi bahwa kemagnetan bahan feromagnetik ditentukan oleh tingkat keteraturan spin dari atom-atom dalam kristal (short-range order dan long-range order). Keteraturan spin-spin ini akan berkurang dan akhirnya lenyap saat mencapai temperatur kritis. Temperatur kritis merupakan temperatur transisi material feromagnetik dari sifat magnet ke bukan magnet.  Pendekatan ini berhasil menjelaskan fenomena magnetisasi spontan dan peristiwa perubahan capasitas panas yang terjadi secara drastis pada material feromagnetik. Miskipun pada awalnya model Ising digunakan untuk menjelaskan terjadinya fenomena kritis pada material feromagnetik, namun saat ini sudah dikembangkan untuk memodelkan berbagai fenomena fisika yang lain seperti binary alloy, kisi gas, cacat kristal, ketidak teraturan material kaca, bahkan sejumlah fenomena di luar bidang fisika.