倒格子与布里渊区教案资料

倒格子与布里渊区教案资料 1.6倒格子与布里渊区一.倒格子（先在B格子和基矢坐标系中讨论)1.定义正格子基矢a1a2a3倒格子基矢b1b2b32i=j aib j=0ij即ij aib j22例如:b1在a2a3所确定的方向上（或反方向上）b1c(a2a3)c为待定系数则，a1b1ca1(a2a3)c(A)其中为正格子初基原胞体积，同时，由定义a1b12（B）比较（A）,（B）式得b1（a2a3）类似可得b2（a3a1）b3(a1a2)?2?2c?2?2有了倒格子基矢，可构成倒格矢。 G hh1b1h2b2h3b3倒格子周期性其中h1h2h3为任意整数，由倒格矢G h确定的空间叫倒格子空间。 由上定义可知，G h与波矢K有相同的量钢。 属同一“空间”G h是K空间的特定矢量。 倒格子初基原胞“体积”b1(b2b3)注意正倒格矢量纲不同，属不同的空间，可有方向上的关系，不能直接比较大小。 2倒格子的重要性质（正倒格子间的关系） (1).若h 1、h 2、h3为互质整数，则则G hh1b1h2b2h3b3为该方向的最短倒格矢。 (2).正正、倒格子互为倒格子。 (3).G hh1b1h2b2h3b3垂直于晶面族（h 1、h 2、h3）（个两个h 1、h 2、h3分别相等）。 证晶面族（h 1、h 2、h3）中的一个晶面在a 1、a 2、a3上的截距为x,y,z,由面指数的定义:（h 1、h 2、h3）m(1/x、1/y、1/z)即h1xh2yh3zm（m为公因子）（A）在该晶面上作二非平行矢量（如图）uxa1ya2vya2za3则uG h(xa1ya2)(h1b1h2b2h3b3)由倒基矢定义2（h1xh2y）由（A）式2(mm)0即UG h同理可证G hG h与（h 1、h 2、h3）面内二条非平行直线均垂直,所以G G h h垂直于（h 1、h 2、h3）晶面族。 (4)某方向最短倒格矢G hh1b1h2b2h3b3之模和晶面族（h 1、h 2、h3）的面间距d h成反比。 hhGd?2? （5）倒格矢G h和正格矢R n的标积是2的整数倍G hR n2m问题若G h，R n分别为正、倒格矢，上式成立。 反之，若上式成立，若已知一个为正格矢，则另一个必为倒格矢吗？证G nx晶面族(h1h2h3)中离原点距离为md h的晶面方程为其中x为晶面上的任意位矢，并不一定是格矢。 hhhmdGGx? (6).正、倒格子初基元胞体积间满足（2）3由性质 （4）hhGd?2?h hhmddGx?2?hhGGx?所以，m Gx?2?故上反定理不成立。 (7)晶体的傅立叶变换设函数V(x)具有正晶格周期性，它可以作付里叶级数展开n是整数?nx iGnneG V)(?nnxaie nV xV?2)()(V(G n)是V(x)在倒空间的“映像和表述”，它们之间满足傅立叶变换的关系。 所以可以说，一个具有正格子周期性的物理量，在正格子中的表述与在倒格子中的表述之间满足傅立叶变换的关系。 dx ex VaGVx iGann?0) (1)(二布里渊区（B.Z）GT010定义任选一倒格点为原点，从原点向它的第 一、第 二、第三近邻倒格点画出倒格矢，并作这些倒格矢的中垂面，这些中垂面绕原点所围成的多面体称第一B.Z，它即为倒空间的WS元胞，其“体积”为b1(b2b3)说明?并不是原点仅到最近邻的倒格点的倒格矢的中垂面所围成的区域叫第一B.Z;?第一B.Z又可表述为从原点出发，不与任何中垂面相交，所能达到的倒空间区域。 第第nB.Z则是从原点出发跨过（n1）个倒格矢中垂面所达到的区域；?各级B.Z体积相等。 二维正方晶格的布里渊区二维长方晶格的布里渊区二维六方晶格的十个布里渊区面心立方晶格的第一布里渊区体心立方晶格的第一布里渊区