О самодиффузии и поверхностной энергии при сжатии алмаза, кремния и германия

Рассчитаны зависимости активационных (образование вакансий и самодиффузия) параметров, удельной поверхностной энергии $(\sigma)$ и ее изохорной производной по температуре от величины относительного объема $(V/V_0)$ для алмаза, кремния и германия вдоль двух изотерм 300 и 3000 K. Здесь $V_0$ – объем кристалла при давлении $P$ = 0 и температуре $T$ = 0 K. Показано, что при сжатии до $V/V_0>(V/V_0)_{\mathrm{min}}$ происходят подавление активационных процессов при изотермическом сжатии и их усиление при изохорическом нагреве. Но при $V/V_0=(V/V_0)_{\mathrm{min}}$ коэффициент самодиффузии достигает минимума. А при $V/V_0<(V/V_0)_{\mathrm{min}}$ происходит усиление самодиффузии, причем здесь коэффициент самодиффузии не зависит от температуры. Это обусловлено квантовым эффектом: при сверхсильном сжатии межатомное расстояние становится сравнимым с амплитудой колебаний атомов, что приводит к туннельному переносу атомов по объему кристалла. Показано, что при изотермическом уменьшении $V/V_0$ поверхностная энергия, достигнув максимума при $(V/V_0)_{\mathrm{max}}$, резко уменьшается при дальнейшем сжатии. При $V/V_0\le(V/V_0)_{fr}$ поверхностная энергия становится отрицательной: $\sigma(V/V_0)_{fr}$ = 0, что должно стимулировать процесс фрагментации кристалла: увеличения удельной (на атом) межкристаллитной поверхности. Показано, что $(V/V_0)_{fr}\gg(V/V_0)_{\mathrm{min}}$.