空间群spacegroups晶轴和直角坐标轴.ppt

,1,空间群 space groups 晶轴和直角坐标轴,,2,空间群的概念,晶体的对称性，不仅包括了宏观对称元素，而且也包括了微观对称元素。 平移不变性（translation invariance） 这样微观对称元素共有两个： 螺旋轴（screw rotation） 滑移面（glide）。,,3,螺旋轴 screw rotations,平移对称与旋转轴对称结合，即形成“螺旋轴”。螺旋轴操作为绕此轴旋转360/n后，再沿此轴方向平移l/n周期，图形即可自身重合，其中n=1、2、3、4、6，l=1、2、（n-1）。螺旋轴的国际符号为21；31，32；41，42，43；61，62，63，64，65。,,4,例如：国际符号31表示三次螺旋轴，平移为c/3；国际符号32表示三次螺旋轴，平移为2c/3。螺旋轴与螺旋线一样，可以有左旋和右旋之别，平移大于1/2时为左旋，平移小于1/2时为右旋，平移等于1/2时无左旋和右旋之别。,,5,,6,滑移面 slide,平移对称与对称面结合即形成“滑移面”。滑移面操作为对此平面反映后，再沿平行于此平面的某个方向上平移二分之一或四分之一周期，图形即可自身重合。滑移面的国际符号为a、b、c、n、d等。,,7,例如，a表示沿a轴方向的滑移面，平移a/2；n表示沿对角线方向的滑移面，平移（a/2+ b/2），或（b/2+ c/2）或（c/2+ a/2）；d表示沿对角线方向的滑移面，但平移为（a/4+ b/4），或（b/4+ c/4）或（c/4+ a/4）。,,8,,9,宏观对称元素的组合，可以导出32种点群；宏观对称元素与微观对称元素的组合，可以导出230种空间群。 空间群的国际符号由两部分组成，第一部分为大写字母P、C、I、F，表示14种布喇菲格子中的原始格子（P）、底心格子（C）、体心格子（I）和面心格子（F）；第二部分为对称类型的国际符号（与点群符号类似）。,,10,例如：空间群I 2d表示四方体心格子，在沿c轴方向为四次旋转倒反轴，在a轴与b轴方向上为二次旋转轴，在a轴与b轴之间的对角线方向上为滑移面。又如空间群P21212表示是正交原始格子，沿a轴和b轴方向上为二次螺旋轴，沿c轴方向为二次旋转轴。,,11,,12,,13,Space group P212121 (222),,14,晶轴和直角坐标轴的选择,晶面符号和晶棱符号的确定取决于晶轴的选择，晶轴选择方式不同，晶面符号和晶棱符号也不一样。其次，在讨论晶体的弹性性质、介电性质和压电性质时，采用直角坐标系是比较方便的。由于晶轴之间夹角不一定等于90，所以选定晶轴之后，有时还要另选直角坐标系。选择不同的直角坐标系，所得到的数学表达式也不一样。为了避免混乱，必须对晶轴的选择和直角坐标系的选择作共同的规定。,,15,三斜晶系,晶轴。三斜晶系除了一次旋转轴或一次旋转倒反轴外，无其它对称元素。因此只能选择三个不在同一平面上的晶棱方向作为晶轴。晶轴的安排是c轴为直立，b轴为左右并向右倾，a轴为前后方向并向前倾。晶格常数的大小为bac，晶轴间的夹角为，并有90，90。 坐标轴（x、y、z）。目前都选择z轴与晶轴c重合；x轴在晶轴a和c组成的平面内，并指向+a方向；y轴垂直于ac平面，并指向+b方向，如图1-23所示。,,16,图1-23 三斜晶系中的晶轴与坐标系,,17,单斜晶系,晶轴。单斜晶系的特点是具有一个二次旋转轴或二次旋转倒反轴。选二次轴为b轴，并在与b轴垂直的平面上选择相交的晶棱方向作为c轴和a轴。晶格常数大小为：abc，ac，晶轴之间夹角为=90，90。单斜晶系的实例如图1-24所示。 坐标轴（x、y、z）。目前选择y轴与b轴重合；z轴与c轴重合，x轴垂直于bc平面，如图1-25所示。,,18,图1-24 单斜晶系中的晶轴,,19,图1-25 单斜晶系中的坐标系,其中y轴是二次旋转轴,,20,正交晶系,晶轴。正交晶系的特点是具有三个互相垂直的二次旋转轴，或有二个互相垂直的对称面。在222点群和mmm点群中，分别选这三个二次旋转轴为a、b、c轴；在mm2点群中则选唯一的一个二次旋转轴为c轴，选两个对称面的法线方向为a轴和b轴，晶格常数大小为：cab，晶轴之间夹角为=90。 坐标轴（x、y、z）。因为正交晶系的晶轴互相垂直，分别选晶轴a、b、c为坐标轴x、y、z。正交晶系的实例如图1-26所示。,,21,图1-26 酒石酸钾钠（KNT）在非铁电相时属于222点群，其中a、b、c轴都是二次旋转轴,,22,四方晶系,晶轴。四方晶系的特点是具有一个四次旋转轴或四次旋转倒反轴。通常都是选四次轴为c轴，选一个二次轴为a轴，如果无二次轴，则选最小晶胞中的两个等长轴之一为a轴。晶格常数大小为：a=bc，晶轴之间夹角为=90。 坐标轴（x、y、z）。因为四方晶系的晶轴互相垂直，分别选晶轴a、b、c为坐标轴x、y、z。四方晶系的实例如图1-27所示。,,23,图1-27 四方晶系的晶轴,,24,三角晶系和六角晶系,晶轴。三角晶系和六角晶系的特点是具有一个三次旋转轴或六次旋转轴。通常都是选三次轴或六次轴为c轴，选二次轴或对称面的法线为a、b轴。晶格常数大小为：a=bc，晶轴之间夹角为=90,=120。 坐标轴（x、y、z）。通常选z轴平行于c轴，x轴与a轴一致，y轴垂直于ac平面。三角晶系和六角晶系的实例如图1-28和图1-29所示。,,25,图1-28 -石英晶体属于32点群，c轴为三次轴，a、b、d轴为二次旋转轴,,26,图1-29 碘酸锂晶体属于6点群，c轴为6次旋转轴,,27,立方晶系,晶轴。立方晶系的特点是具有四个三次旋转轴（包括旋转倒反轴），同时不是有三个相互垂直的四次旋转轴（包括旋转倒反轴），就是有三个相互垂直的二次旋转轴，分别选择这些四次或二次轴为a、b、c轴。晶格常数大小为：a=b=c，晶轴之间夹角为=90。 坐标轴（x、y、z）。通常选择晶轴a、b、c为坐标轴x、y、z。,,28,X-axis,Z-axis,Y-axis,,29,summary Space groups，glide and screw Crystal axis and Cartesian axis,Case study 画出七大晶系的晶轴和直角坐标轴的对应关系,,30,线群(line group),纳米线材料的出现使线群的概念得到了重新重视. Z M Li et al, Appl Phys Lett 84 (2004) 4