倒格子

倒格子

固體物理學專業術語。和布拉格矢量(晶格矢量)共軛的另一組矢量基,俗稱動量-能量空間,適合於用來描述聲子電子的晶格動量。

簡介

中文名稱:倒格子

英文名稱:Reciprocal Lattice

倒格子,亦稱倒易格子(點陣),它在固體物理學中,特別是在晶格動力學理論、晶體電子論以及晶體衍射方面有著較為廣泛的套用。

定義

假定晶格點陣基矢 a1a2a3(1、2、3表示 a 的下標,粗體字表示 a1 是矢量,以下類同)定義一個空間點陣,我們稱之為正點陣或正格子,若定義

b1 = 2 π ( a2 × a3) / ν

b2 = 2 π ( a3 × a1) / ν

b3 = 2 π ( a1 × a2) / ν

倒格子 倒格子

其中 v = a1 · ( a2 × a3 ) 為正點陣原胞的體積,新的點陣的基矢 b1b2b3是不共面的,因而由 b1b2b3也可以構成一個新的點陣,我們稱之為 倒格子 ,而 b1b2b3 稱為 倒格子基矢

性質

1. 倒格子的一個矢量是和晶格原胞中一組晶面相對應的,它的方向是該晶面的法線方向,而它的大小則為該晶面族面間距倒數的2π倍。

2. 由倒格子的定義,不難得到下面的關係

a· b = 2 π δ

證明正交(垂直) 證明正交(垂直)

3. 設三維倒格子與正點陣(格子)中的位置矢量分別為

G = α b1+ β b2 + γ b3 R = η a1 + θ a2 + λ a3 (α,η,β,θ,γ,λ皆為整數)

不難證明 G·R = 2π ( αη + βθ +γλ ) = 2π n,其中n為整數。

4. 設三維倒格子原胞體積為 ψ ,正格子原胞體積為 v ,根據倒格子基矢的定義,並利用矢量乘法運算知識,則可得到 ψ v = ( 2 π )^3.

5. 正格子晶面族(αβγ)與倒格子矢量 G = α b1+ β b2 + γ b3 正交

6.正格子與倒格子的體積互為倒數

證明體積互為倒數 證明體積互為倒數

倒格子引入的意義

這裡簡單的說一點,如上面的性質1,倒格子中的一個基矢對應於正格子中的一族晶面,也就是說,晶格中的一族晶面可以轉化為倒格子中的一個點,這在處理晶格的問題上有很大的意義。例如,晶體的衍射是由於某種波和晶格互相作用,與一族晶面發生干涉的結果,並在照片上得出一點,所以,利用倒格子來描述晶格衍射的問題是極為直觀和簡便的。

另外,在固體物理中比較重要的 布里淵區 ,也是在倒格子下定義的。

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