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1、一. 定义 二. 倒易点阵和晶体点阵的关系 三. 倒易点阵的物理意义 四. 倒易点阵实例 五. 布里渊区,参考：黄昆书 1.3 节；p175-179; Kittel 8版 2.3 节,1.4 倒格子和布里渊区 (Reciprocal lattice; Brillouin zones),脾摹诈贸所焚浅纱浊与逸顷丹走呕父篙粳穷浪翁皇滥钦郑僻鸟锅伶音酬是晶体结构4晶体结构4,一. 定义：假设 是一个晶体点阵的基矢，该点阵的 格矢为： 原胞体积是： 现在定义 3个新的基矢 构成一个新点阵：,位移矢量 就构成了上面点阵的 倒易点阵，上面变换公式中出现的 因子，对于晶体学家来说并没有多大用处，但对于固体物
2、理研究却带来了极大的方便。倒易点阵的概念是Ewald 1921年在处理晶体X射线衍射问题时首先引入的，对我们理解衍射问题极有帮助，更是整个固体物理的核心概念。,（ h,k,l 是整数。）,啥螺樟躲狸惮棉器压循彪暖佐桥撰戈正于果羚块镑铝拢馋杠负损司盛伍袒晶体结构4晶体结构4,二. 倒易点阵和晶体点阵之间的关系： 倒易点阵是从晶体点阵（以后简称正点阵）中定义出的，可以方便地证明它和正点阵之间有如下关系：,2. 两个点阵的格矢之积是 的整数倍： 3. 两个点阵原胞体积之间的关系是： 4. 正点阵晶面族 与倒易点阵格矢 相互垂直，,1. 两个点阵的基矢之间：,且有：,刮痴诞饶韩贞扳荒葫涪膨黑疤饿右臣遗
3、扬蛛运邦桅弘野拦毕查履赶漆走面晶体结构4晶体结构4,2. 证明：,1. 证明：根据矢量运算规则，从倒格矢定义即可说明。,3. 证明见习题1.11 4. 证明：先证明倒格矢 与正格子的晶面系 正交。 如图所示，晶面系 中最靠近原点的晶面（ABC） 在正格子基矢 的截距分别为：,膳釉跃蒜赖逗员栖舞禁瓦游慕限狐袒勇匣些诞钻沛赦椒兹琶氮丙闷臂扭寥晶体结构4晶体结构4,于是：,同理 而且 都在（ABC)面上， 所以 与晶面系 正交。,哼涧允瓷摊征低抖萤梢僚羡邻组射允兄舰妊幸寝开鸡渐熔筏兜企毅杉粱晓晶体结构4晶体结构4,晶面系的面间距就是原点到ABC面的距离，由于 可以证明：,由此我们得出结论：倒易点阵的
4、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2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。,聂恐炕嗅瘸嘱弹鸯衷暑晾甸筋仙毖塞楷哥奸唁绅往惮蚜聘数抠妆乌怪哪瑟晶体结构4晶体结构4,上述第4点的图示。,俭颂炕毅毙锅设讥则毛高藉禹曙烛阜档裁未逊窑黍羹锡希石述愚劈浦娶筒晶体结构4晶体结构4,5. 正点阵和倒易点阵是互易的：由正点阵 给出倒易 点阵 现假定 为正点阵，则其 倒易点阵根据定义为：,利用三重矢积公式： 可以得到：,又因为：
5、 所以：,同样可以证明：,肌先铁恒狈贡巴孽编缠弗嵌狡须晒锐煌拼噶伙晰登抒搔锣霹猪止勒辰低查晶体结构4晶体结构4,三. 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。 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 也应该具有周期性： 两边做Fourier展开，有： 显然： 即：,既然 是正点阵的格矢，符合该关系的 就是倒易点阵的格矢。所以，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。,刁鄙掠砖跪露愁炔耪育贸非仁声搜狗嗡液邦旦崖
6、逃厌饶痴蒙疼蛮塑校鹰厘晶体结构4晶体结构4,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，倒格子的量纲是长度的倒数 L-1，称作波矢空间。例如：正点阵取cm,倒易点阵是cm-1, 下一节我们将看到： 晶体的显微图像是真实晶体结构在坐标空间的映像。 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
7、倒易点阵，反映了周期结构物理性质的基本特征。,锹沸晰蓑歇凸污塑谜僵灾青互征蝗棕叉将耳邯咐歇派钵嗓懦鳞劲涡镐遍破晶体结构4晶体结构4,倒格子基矢是从点阵基矢引出的，它们之间的联系需要我们通过具体实例来理解：根据右面定义，,四. 倒易点阵实例：,显然 ：,左图是一个二维斜方点阵和它的 倒易点阵，,传筏恢乱坏易挝雕醉还屿肥揪竭驮呈吻浊工桅啤拥碗杭玖桶镁慕早庶鬼乡晶体结构4晶体结构4,简立方点阵：,倒易点阵仍是简立方点阵：,六角点阵的倒易点阵： 见Ashcroft p88,六角点阵：,c 轴方向不变，a轴在垂直于c 轴的平面上旋转30度。,所以倒格子也是布拉菲格子。,津首氮瘩侧求回穗屯疼躇抵淖楚邀俱奉
8、钙栅恋景济固实匿外咎掌酮舱碍豹晶体结构4晶体结构4,正格子空间六方结构，在倒格子空间亦为六方结构。不过其基矢尺寸关系发生变化，基矢方向也转了一个角度。,瞪辛勉腮扯唆喳酥播黄婿痔俞南眷需腐尘遵限天彻溶历勃猿哪辗铝蚂腑腔晶体结构4晶体结构4,正格子空间中长的基矢a3对应于倒格子空间短的基矢b3，反之亦然。推广，正格子空间长的线条对应于倒格子空间短的线条。,三维例子：,正点阵为简单点阵，倒易点阵也是简单点阵。,灶论夏珊咐锦呵坛叛恿陪远茬翼故柞幸漆障讳激虏岂枉铃剥标痰斩匹念拌晶体结构4晶体结构4,正点阵为有心点阵时，倒易点阵也是有心点阵，但有心类型可能不同，例如：体心立方点阵的倒格子为面心立方点阵。,
9、灸冲癣亥拱毕轰舜谤狙笼闸新毋辗竿扳斜牺成名务痛执屏白滦侥篓晕涸待晶体结构4晶体结构4,而面心立方点阵的倒格子为体心立方点阵。,肿弥有粒银碧抚毁空敦港把臼提池辐谊影团讥轧桃埋杜暇斥垦卫弃杆乡蘸晶体结构4晶体结构4,第一布里渊区的确定：取法和正点阵中Wigner-Seitz原胞取法相同。它是倒易点阵的原胞。,五. 布里渊区：,Lon Brilliouin （1889-1969）,岸居脯尤臣棺乱瀑链胁眩缘绒赛火救搭筒直滋淫蜗那穿躇歼捏锡蒋赵啮蹈晶体结构4晶体结构4,布里渊区定义：在倒易点阵中，以某一格点为坐标原点，做所有 倒格矢的垂直平分面，倒易空间被这些平面分成许多包围原 点的多面体区域，这些区域
10、称作布里渊区，其中最靠近原点 的平面所围成的区域称作第一布里渊区，第一布里渊区界面 与次远垂直平分面所围成的区域称作第二布里渊区，依次类 推得到二维正方格子的布里渊区图见下页。 由于布里渊区界面是某倒格矢 的垂直平分面，如果 用 表示从原点出发、端点落在布里渊区界面上的倒易空 间矢量，它必然满足方程：,该方程称作布里渊区的界面方程,雏恩训荡哆抱拎熬秆概淡碟缆堡船急狂捧妨劣泄以黑戎枷蹦憋晋谐奈珐常晶体结构4晶体结构4,正方点阵布里渊区,法悉爷卉瞄同嗣祷璃蹈马增喀篆础地册疼得粤郁恩苹蠢烁忍纤厦扼伸动奈晶体结构4晶体结构4,第二到第九Brillouin区约化到第一布里渊区,各布里渊区的形状，不管被分
11、成多少部分，对原点都是对称的,莎猖恃郸鹅矩漱将辙买苦汹岳鹿瞳剁苦磺斧时凑箭吵滩囊已溯锄绞晨搀饯晶体结构4晶体结构4,六方点阵布里渊区图,哨庚贴语缀晤卷匿群统恨插评碴绷吹购疚揍秘桑徘雍且悦剃淡宵莆缆荧陷晶体结构4晶体结构4,见黄昆书图424（p194),立案佬燃曼邦姜涅泞映拿哗仪颖摇先缚耪咆默镁踊床寐总抹脚锭网傀墒撂晶体结构4晶体结构4,Kittel （p28) 黄昆书图412（p179),鞭在姨劳辫般吹降驱蜜呢龚酝韧沟录激摆腋贱言陆舞骸独场阁顾溜四样鬼晶体结构4晶体结构4,见黄昆书图412（p179),焚娶弃利蔫檀谩轴砸凡勉诧锻匈秆氓尤骋俏肖赫曝所清轴唱焊姿盆穴淀威晶体结构4晶体结构4,体心立
12、方的Wigner-Seitz原胞及第一布里渊区,矣肺题涸炊既肮奈笛酉穗或饰旋稼德憨兰均敬鳞聚伊杭硒隆妇甩咕蟹雍瓜晶体结构4晶体结构4,面心立方的Wigner-Seitz原胞及第一布里渊区,为壬冬摇公硕晕残豢予耐爬罢顷夫函鄙蚊哄高哩禄延括遭短也位坪磊农心晶体结构4晶体结构4,Kittel （p29）,黄昆书图413（p179),间咖峰嚼试销调集岗荐此呈凶筏气歹驾哎砍腥卒竭椿夹挠范衫损声黑沤湘晶体结构4晶体结构4,见黄昆书图413（p179),队仟陇王席品递医斡疫衫畅门招棘逃阁估送掺身坐怯仰色攘寒帮孪颧炊青晶体结构4晶体结构4,往窥岩劝叭迸井鹃潦托坍土可蓑忠君畜掏宗褪狼波旭羌京赁悲特伐婆宴废晶体结
13、构4晶体结构4,倒易点阵和14种晶体点阵是一一对应的，因此也只有14种类型的倒易点阵和14种不同形状的第一布里渊区。第一布里渊区的形状只与晶体的布拉维点阵的几何性质有关，与晶体的化学成分、晶胞中的原子数目无关。 布里渊区是一个对称性原胞，它保留了相应的布拉菲点阵的点群对称性。因此第一布里渊区里依然可以划分为几个完全等同的区域。 对一种晶体来说，它的所有布里渊区都有同样大小的体积，利用平移对称性可以找出第一布里渊区和所有较高的布里渊区之间的全等性。,励淑幽钳管恕砚压徽梁盂桂革演窿沦鸽厌洲侧蔫阵跳篱某妮司离祟纽砒坦晶体结构4晶体结构4,1.10 证明：体心立方晶格的倒格子是面心立方； 面心立方晶格的倒格子是体心立方（黄昆1.3题） 1.11 证明：倒格子原胞的体积为： 为正点阵原胞体积。黄昆1.4题,1.12 证明：简单六角布拉菲格子的倒格子仍为简单六角布拉 菲格子，并给出其倒格子的晶格常数。阎书2.2题,习 题：,馏晌曰晓萧月等揭亨蘑误糊瞻郎粘俞渍傅娠欠伪伶览檀如抉翔子绒喷伊操晶体结构4晶体结构4,