晶体结构3

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晶体结构3

2023-05-04 02:28| 来源: 网络整理| 查看: 265

基本概念

格点

如果晶体是由完全相同的一种原子所组成的,则格点代表原子或原子周围相应点的位置。

点阵(lattice)

在空间任何方向上均为周期排列的无限个全同点的集合。

基元( basis)

构成晶体的基本结构单元

基元是化学组成、空间结构、排列取向、周围环境相同的原子、分子、离子或离子团的集合。

可以是一个原子(如铜、金、银等),可以是两个或两个以上原子(如金刚石、氯化钠、磷化镓等),有些无机物晶体的一个基元可有多达100个以上的原子,如金属间化合物NaCd2的基元包含1000 多个原子,而蛋白质晶体的一个基元包含多达10000 个以上的原子。

晶格的周期性

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作是由基元沿空间3个不同方向,各按一定的周期平移而构成。

晶体结构 = 点阵 + 基元

晶格周期性的描述 —— 原胞和基矢

晶格共同特点 —— 周期性,可以用原胞和基矢来描述

原胞(primitive cell)—— 晶格中最小重复单元

基矢 —— 原胞的边矢量

—— 三维晶格的重复单 元是平行六面体

—— 重复单元的边长矢量\vec{a}\vec{b}\vec{c}.

晶胞 —— 为了反映晶格的对称性常取最小重复单元的几倍作为重复单元

晶胞的边在晶轴方向,边长等于该方向上的一个周期

晶胞的基矢—— 晶胞三个边的矢量,晶胞基矢\vec{a}\vec{b}\vec{c}.

一些情况下 —— 晶胞就是原胞 一些情况下 —— 晶胞不是原胞

布拉菲(Bravais)格子

由法国学者布喇菲(A. Bravais)在1850年提出。

定义:

各晶体是由一些基元(或格点)按一定规则, 周期重复排列而成。任一格点的位矢均可以写成形式 \vec{R_n} =n_1\vec{a_1}+n_2\vec{a_2}+n_3\vec{a_3}。其中n1,n2 、n3 取整数\vec{a_1}\vec{a_2}\vec{a_3}为基矢, \vec{R_n} 为布拉菲格子的格矢,或称正格矢

能用上式表示的空间点阵称为布拉菲点阵,相应的空间格子称为布拉菲格子

布拉菲格子的原胞与晶胞

以不共面的原胞基矢\vec{a_1}\vec{a_2}\vec{a_3} 构成的最小的平行六面体就是布拉菲格子的原胞。其体积为: V=a_1\cdot (a_2\times a_3)

1. 基矢的取法不唯一,故原胞的取法也不唯一。

2. 无论如何选取,原胞均有相同的体积。

3. 对于布拉菲格子,原胞只含有一个基元(格点)。

以不共面的晶胞基矢\vec{a}\vec{b}\vec{c}构成的最小的平行六面体就是布拉菲格子的晶胞。

晶胞基矢的选取使得平行六面体有尽可能多的相等的棱和角,有尽可能多的直角,尽可能地反映空间点阵的对称性。

晶胞体积为 V^{'} =\vec{a}\cdot (\vec{b}\times\vec{c}) ,一般 V\leq V^{'}

维格纳-赛茨原胞(Wigner-Seitz Cell)

以某格点为中心,作其与最近邻格点(有时也包括次近邻)的连线中垂面所围成的多面体。

WS原胞只包含一个格点。

WS原胞具有相应布拉菲晶胞的对称性。

WS原胞:

1. 简立方点阵的WS 原胞仍为立方体;

2. 体心立方点阵的WS 原胞为截角八面体;

3. 面心立方点阵的WS 原胞为菱十二面体.

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