晶体结构:空间点阵及布拉伐格子

发布时间:2023-05-11 15:05:22浏览次数:99
空间点阵及布拉伐格子晶体的微观结构包括两个内容:第一是晶体由什么粒子组成?第二是这些粒子在空间的排列方式如何?固体物理学着重研究第二个问题。理论和实验表明:组成晶体的粒子(原子、离子或分子)在空间是周期性地规则排列的,或称为长程有序。为描述晶体内部结构的长程有序,人们引入“空间点阵”概念。 按照空间点阵学说:晶体内部结构是由一些相同的点子在空间规则地作周期性无限分布所构成的系统,这些点子的总体称点阵。空间点阵学说准确地反映了晶体结构的周期性,它可以以概括为四个要点: (1)空间点阵中点子代表了结构中相同的位置,称为结点。如果晶体是由完全相同的一种原子所组成,则结点一般代表原子周围相应点的位置,也可能是原子本身的位置。若晶体是由多种原子组成,通常称这几种原子构成的晶体的基本结构单元为基元,结点既可以代表基元中任意的点子,也可以代表基元重心。 (2)空间点阵学说准确地描述了晶体结构的周期性。由于晶体中所有的基元完全等价,所以整个晶体的结构可以看做是由基元沿三个不同方向,各按一定的周期平移而构成的。一般而言,晶体在同一方向上具有相同的周期性,而不同方向上具有不同周期性。另外,由于结点代表结构中情况相同的位置,因此,任意两个基元中相应原子周围的情况是相同的,而每个基元中各原子周围的情况则是不同的。 (3)沿三个不同的方向,通过点阵中的结点可以作许多平行的直线族和平行的晶面族,使点阵形成三维网格。这些将结点全部包括在其中的网格称为晶格。由晶格可知,某一方向上相邻两结点之间的距离即是该方向的周期。 (4)结点的总体称为布喇菲点阵,或布拉伐格子。布拉伐格子中,每点周围的情况都一样。如果晶体由完全相同的一种原子构成,且基元中仅包含一个原子,则相应的网格就是布喇菲格子,与结点所构成的相同。 布拉 伐 格 子 的 数学 描 述 是 : 一个 理 想 的 晶 体是 由 组 成 晶 体的 粒 子 , 排 列在 由 不 共 面 的三 个 基 本 矢 量按下列方式所确定的一个点阵所构成。当我们从任何一点 r 观察粒子排列时,与我们从另一点 (1) 去观察所看到的粒子排列在各方向都是一样的。令 l1,l2,l3 取一切整数,则由式(1)所确定的空间无穷多个点的集合即定义为一个空间点阵。点阵仅是一个数学的抽象或者说是一个几何概念。一个实际晶体就是由某种原子、分子或其集团这样的基本结构单元配置在三维点阵上构成的。带有原子、分子或其集团的点阵就是前面提到的晶格。 晶格的基元若只由一个原子构成,原子中心与阵点中心重合,则称为布拉伐格子,含基元的阵点一般称格点。布拉伐格子的特点是每个原子周围的情况都是完全一样的。然而,更为普遍的是晶体的基元包括两个或两个以上原子,这种晶格称为复式格子。复式格子的特点是:各基元中相应的同种原子构成布喇菲格子,且基元中不同原子构成的布拉伐格子是相同的,只是相对地有一定位移。所以复式格是由若干相同的布拉伐格子相互位移套构而成。 自然界中的晶格类型有很多,但是只可能有十四种布拉伐格子类型。
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  • 贡献者:黄老师
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