J. Phys. France 46, 1987-2007 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460110198700

Crystal growth and crystal curvature near roughening transitions in hcp 4He

P.E. Wolf¹, F. Gallet¹, S. Balibar¹, E. Rolley¹ et P. Nozières<sup>2, 3

1</sup>  Groupe de Physique des Solides de 1'Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France
²  Institut Laue Langevin, B.P. 156, 38042 Grenoble Cedex, and
³  Collège de France,11 place Marcellin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
We present a quantitative experimental study of the implications of the roughening transition both on the equilibrium shape and the growth kinetics of hcp 4He crystals. On the one hand, we show that, in close analogy with the Kosterlitz-Thouless transition, the crystal curvature does not vanish continuously at the transition. The corresponding value of the surface stiffness is found in good agreement with recent universal predictions. On the other hand, the growth rate of facets increases near their roughening temperature. For the (0001) facet, the dominant process is the two dimensional nucleation. It allows us to measure the variation of the step energy near the transition. Lastly, the facet mobility also increases when the temperature tends to zero. This shows that the mobility of crystalline steps is limited by their interaction with thermal excitations.

Résumé
Nous présentons une étude expérimentale quantitative de l'effet de la transition rugueuse sur la forme d'équilibre et la cinétique de croissance des cristaux hexagonaux d'4He. D'une part nous montrons que la courbure du cristal ne s'annule pas continûment à la transition : elle présente un saut analogue à celui rencontré dans les transitions de Kosterlitz-Thouless, et la valeur correspondante de la tension de surface est en accord avec de récentes prédictions universelles. D'autre part, la cinétique de croissance des facettes devient plus rapide près de leur transition rugueuse. Dans le cas de la facette (0001), le processus dominant est la nucléation bidimensionnelle. Ceci nous permet de mesurer la variation de l'énergie de marche près de la transition. Enfin, la mobilité des facettes augmente également lorsque la température tend vers zéro, ce qui montre que la mobilité des marches cristallines est limitée par leur interaction avec les excitations thermiques.

PACS
6780 - Solid helium and related quantum crystals.

Key words
crystal growth -- elastic constants -- nucleation -- solid helium -- surface topography