固体物理 第一章方法技巧.ppt
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3.4倒易点阵和布里渊区 本节主要内容 3.4 1.倒格定义 2.倒格与正格的关系 3.布里渊区 1 倒格定义 倒格 正格(点位)矢: 倒格基矢 倒格(点位)矢: 晶体结构=晶格+基元 正格基矢 正格 一个晶体结构有两个格子,一个是正格,另一个为倒格。 1 倒格定义 倒格基矢定义为: 其中 是正格基矢, 与 所联系的各点的列阵即为倒格。 是固体物理学原胞体积 倒格基矢的方向和长度如何呢? 一个倒格基矢是和正格原胞中一组晶面相对应的,它的方向是该晶面的法线方向,它的大小则为该晶面族面间距倒数的2?倍。 1. 2 倒格与正格的关系 其中 分别为正格点位矢和倒格点位矢。 2. (?为整数) 3. (其中?和?*分别为正、倒格原胞体积) 4.倒格矢 与正格中晶面族(h1h2h3) 正交,且其长度为 。 (1)证明 与晶面族(h1h2h3)正交。 B C O A 设ABC为晶面族(h1h2h3)中离原点最近的晶面, ABC在基矢 上的 截距分别为 。 由图可知: 所以 与晶面族(h1h2h3)正交。 (2)证明 的长度等于 。 由平面方程: 得: 在晶胞坐标系 中, 晶体结构 正格 倒格 1. 1. 2.与晶体中原子位置 相对应; 2.与晶体中一族晶面相对应; 3.是与真实空间相联系的傅里叶空间中点的周期性排列; 3.是真实空间中点的周期性排列; 4.线度量纲为[长度] 4.线度量纲为[长度]-1 已知晶体结构如何求其倒格呢? 晶体结构 正格 正格基矢 倒格基矢 倒格 例1:下图是一个二维晶体结构图,试画出其倒格点的排列。 倒格是边长为 的正方形格子。 例2:证明体心立方的倒格是面心立方。 解: 体心立方的原胞基矢: 倒格矢: 同理得: 体心立方的倒格是边长为4?/a的面心立方 。 例3:证明简立方晶面(h1h2h3)的面间距为 证明: 由 得: 简立方: 法一: 法二: 设ABC为晶面族(h1h2h3)中离原点最近的晶面, ABC在基矢 上的截距分别为 , 由平面方程 得: 对于立方晶系: 且: 1. 布里渊区定义 在倒格空间中以任意一个倒格点为原点,做原点和其他所有倒格点连线的中垂面(或中垂线),这些中垂面(或中垂线)将倒格空间分割成许多区域,这些区域称为布里渊区。 3 布里渊区 第一布里渊区(简约布里渊区):围绕原点的最小闭合区域; 第n+1布里渊区:从原点出发经过n个中垂面(或中垂线)才能到达的区域(n为正整数)。 对于已知的晶体结构,如何画布里渊区呢? 1.3.2 晶体的结构 晶系、点阵和点群 1.3 结晶学和群论证明晶体可分为7种晶系、14种布拉维点阵和32个空间点群 1.3.2 晶系和布拉维原胞 根据不同的点对称性,将晶体分为7大晶系,14种布拉维晶格。 为布拉维原胞三个基矢, 分别为 取 间的夹角。 ? ? ? 7大晶系的特征及布拉维晶格如下所述: 点对称操作加上平移操作构成空间群。全部晶体构有230种空间群,即有230种对称类型。 1.三斜晶系: 2.单斜晶系: 3.三角晶系: 简单三斜(1) 简单单斜(2) 底心单斜(3) 三角(4) 4.正交晶系: 简单正交(5),底心正交(6)体心正交(7),面心正交(8) 5.四角系: (正方晶系) 简单四角(9),体心四角(10) 6.六角晶系: 六角(11) 7.立方晶系: 简立方(12),体心立方(13),面心立方(14) 简单三斜(1) 简单单斜(2) 底心单斜(3) 1.三斜晶系: 2.单斜晶系: 3.三角晶系: 三角(4) 4.正交晶系: 简单正交(5) 底心正交(6) 体心正交(7) 面心正交(8) 5.四角系:(正方晶系) 体心四角(10) 简单四角(9) 6.六角晶系: 六角(11) 7.立方晶系: 简立方(12
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