Изотопический эффект при диффузии кислорода в несовершенных кристаллах оксида церия

Методом высокоскоростной молекулярной динамики (с использование графических процессоров) исследована объемная и поверхностная диффузия изотопов кислорода в различных фазовых состояниях в кристаллах Ce$_{1-x}$Gd$_x$O$_{2-x/2}$. Показано, что отношение коэффициентов диффузии изотопов кислорода – изотопический эффект $D(\mathrm{O}^{16})/D(\mathrm{O}^{18})$ $\approx$ 1.05 в объеме моделируемых нанокристаллов хорошо совпадает с известным отношением $\sqrt{M(\mathrm{O}^{18})/M(\mathrm{O}^{16})}$ = 1.06 и не зависит от температуры, фазового состояния или выбранного потенциала межчастичного взаимодействия. При этом на поверхности нанокристаллов в кристаллическом состоянии зарегистрирована линейная зависимость изотопического эффекта от температуры. Отношение коэффициентов диффузии легкого и тяжелого изотопов растет при уменьшении температуры, и при температуре $T$ = 1000 K составляет $D(\mathrm{O}^{16})/D(\mathrm{O}^{18}$) $\approx$ 1.12.