三维中的对称性总计七类,230种。
三斜
三个初基矢,长度不同,夹角不同,没有转动和反射对称,但是有反演对称
三角
初基矢长度相等,两两之间夹角相同。于是具有关于体对角线的旋转对称。
单斜
有一个初基矢垂直于另外两个,于是具有关于这个初基矢的旋转对称。旋转180°后与原晶格相同。
六角
单斜的一种特例,两个初基矢长度相同,夹角为60°。于是具有新的对称性,绕垂直轴旋转60°,120°,180°与原晶格相同。
正交
三个初基矢两两垂直,但长度不等。于是三个初基矢都可作为旋转轴,旋转180可得原晶格。
四方
正交的特例,有两个初基矢长度相同。另一个初基矢旋转90°,180°可得原晶格。其他可能的对称。
立方
就是正方体,对称性最高。
研究对称性的目的
因为晶体内禀性质会反映到宏观性质上。
例如,电极化张量。简单来讲,就是说外加一个电场,晶体也会跟着产生一个电场,这个电场在不同的方向,强度可能不一样。晶体那个方向导电性强,就用这个量来描述。
假如晶体有对称性,比如说,立方晶格,不论哪一个方向,导电性一样强,那这个方向就没必要考虑了,就称之为各向同性,就是说哪个不论选方向都一样。
至于这个极化椭球,椭圆需要长短轴,两个参数来确定,椭圆再添一个轴,就成为椭球了。所以由三个轴来确定。由图,这三个轴是彼此垂直的。
晶体的对称性就要求这个椭球应该有同样的对称性,这样才能说物理性质不变。这是由对称性定义所要求的。
于是,对于立方,关于三个初基矢旋转90°都对称,对应椭球就要求三个轴长度相同,那就是个球了。
对于四方,就要求椭球两个轴长度相同,而第三个轴要与晶体的轴平移。
关于这一块的理解,我认为是分为了两个坐标系,一个是晶体坐标系,另一个是椭球坐标系,晶体的对称性就约束了两个坐标系的相对关系。
这种约束反应在,椭球各轴的长度关系,还有各轴与晶体轴的重合关系。晶轴就是初基矢对应的坐标轴。未必是直角坐标系。
对于正交,四方,立方,是可以做到椭球轴与晶轴的重合的,区别只在于长度关系。
而三斜,三角,单斜,六角就无法做到椭球轴与晶轴的重合,因为晶轴夹角不是直角。
总的来说
这一节学习了三维晶体的七大类型,以及晶体对称性对物理学张量的影响。
网友评论