Monday, March 17, 2014

ustc01 简单晶格晶体中所有原子是完全等价的 倒易点阵的一个基矢是和正点阵晶格中, 利用这一公式可以非常方便地计算面间距

许多元素晶体,其最小重复单元就是一个原子,
知道了它的点阵类型,把阵点换成原子,就是它的晶
胞,我们常称它具有简单晶格。例如:具有体心立方
结构的碱金属Li、Na、K,和具有面心立方结构的Cu,
Ag,Au晶体都是简单晶格。简单晶格晶体中所有原
子是完全等价的,它们不仅化学性质相同而且在晶格
中处于完全相同的位置,有完全相同的环境,比如近
邻、次近邻原子数目、原子种类等

http://staff.ustc.edu.cn/~cgzeng/zeng_cn/download/crystru3_CG.pdf

但有些元素晶体和所有化合物晶体,其最小重复单
位(基元)至少包含 2个或 2 个以上的原子,它们的每
一个原子虽然都构成同样的点阵类型(即同样的周期排
列方式),但绘成晶胞时,要绘出基元原子之间位置上
的相互关系,所以是同样的点阵类型的叠加,我们称这
些晶体具有复式晶格。
例如:CsCl晶体是两个原子各自构成简立方点阵后,沿
晶胞对角线方向移动二分之一距离的叠加。
NaCl晶体是两个原子各自形成一个面心立方点阵后,
沿立方边方向移动二分之一晶胞边长距离的叠加。
上述复式晶格中,每种原子自身是等价的,有完全
相同的环境,但两类原子是不等价的,它们的几何环境
是完全不同的。         


倒易点阵的一个基矢是和正点阵晶格中
的一族晶面相对应的,它的方向是该族晶面的法线方向,而
它的大小是该族晶面面间距倒数的2π倍。又因为倒易点阵基
矢对应一个阵点,因而可以说:晶体点阵中的晶面取向和晶
面面间距这 2 个参量在倒易点阵里只用一个点阵矢量(或说
阵点)就能综合地表达出来。

*用这一公式可以非常方便地计算面间距


指数小的晶面系,面间距较大

倒易点阵(Reciprocal lattice)的物理意义:
倒易点阵的物理意义和在分析周期性结构和相应物性中
作为基本工具的作用,需要我们在使用中逐步理解。
n
R na na na 

当一个点阵具有位移矢量
时,考虑到周期性特点,一个物理量在 r 点的数值
123
12 3
()F r

F(r)可以是:格点密度,质量密度,
电子云密度,离子实势场
 

1
( ) ( ) exp( )
A kFrikrdr





() ( )
n
Fr Fr R
 
也应该具有周期性:
将 展开成Fourier级数

与布拉维格子有相同平移对称性的物理量的Fourier展开中,
只存在波矢为倒格矢的分量,而其它分量系数为0。或者说,
同一物理量在正点阵中的表述和在倒易点阵中的表述之间服从
Fourier变换关系。


实际上,晶体结构本身就是一个具有晶格周期性的
物理量,所以也可以说:倒易点阵是晶体点阵的
Fourier变换,晶体点阵则是倒易点阵的Fourier逆变换。
因此,正格子的量纲是长度 l,  称作坐标空间,倒格子
的量钢是长度的倒数 l
-1
,称作波矢空间。例如:正点阵
取cm,倒易点阵是cm
,    下面我们将看到:
晶体的显微图像是真实晶体结构在坐标空间的映像。
-1
晶体的衍射图像则是晶体倒易点阵的映像


倒易点阵是在晶体点阵(布拉菲格子)的基础上定
义的,所以每一种晶体结构,都有 2个点阵与其相联系,
一个是晶体点阵,反映了构成原子在三维空间做周期排
列的图像;另一个是倒易点阵,反映了周期结构物理性
质的基本特征。

. X射线衍射
虽然点群和空间群理论以及晶体点阵学说都是19世纪提出的,
但直到1912年Laue发现了晶体X射线衍射现象之后才得以从实验
上观测到晶体结构并证实了上述理论。普通光学显微镜受分辨率
的限制,无法观测原子排列,使用X光源,至今又没有可以使X
光聚焦的透镜,所以只能依靠衍射现象来间接观测晶体中的原子
排列。至今为止,晶体内部结构的观测还主要依靠衍射现象来进
行。
目前常使用的方法,除去X射线衍射外,还有中子衍射和电
m),三种方法原理相同,但各
有所长,经常互相配合使用

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