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单位平行六面体

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已知由三组不共面的行列就可以决定一个空间格子,并从而将整个空间格子划分成无数相同且平行叠置的平行六面体单位,而后者的三组交棱则可以作为空间格子的坐标系。

图7.1 空间点阵中划分平行六面体的几种不同方式的例子(罗谷风,2009)

对于同一个空间点阵,划分平行六面体的具体方式显然可以是各种各样的(图7.1)。为了使所划分出来的平行六面体是一个具有充分代表性的基本单元,因而在选择平行六面体时应遵循以下原则:

(1)所选平行六面体的对称性应与整个空间点阵的对称性一致。

(2)根据对称所决定的固有关系,选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体。

(3)在遵守前两个条件的前提下,所选平行六面体之体积应为最小。

为了便于看清,这里只举从平面点阵中划分平行四边形的两个例子加以说明。图7.2A为具有4mm对称的一个平面点阵。其中平行四边形4、5、6都与对称不符;3的轮廓虽然符合对称,但结合其内部结点的分布一起来考虑时就与对称不符了。在剩下的1和2两者中,则以1的面积为最小,故应选择正四边形1作为划分这一平面点阵的基本单元。

图7.2B为一对称特点是2mm的平面点阵。显然,平行四边形4、5、6都与对称特点不符;2和3虽然都符合对称,且2的面积又为最小,但它们都不具直角关系;符合对称且又具有最多直角关系的只有1,故应选择矩形1作为这一平面点阵的基本单元。

在空间点阵中,按上述选择原则选取出来的平行六面体称为单位平行六面体(unit parallelepipedon)。它的三根棱长a、b、c以及这三者相互间的交角α、β、γ(图7.3),是表征它本身形状、大小的一组参数,称为单位平行六面体参数或点阵参数。后者也可以采用矢量的形式,以一组与之相对应的矢量a、b、c来表示。此时,任意两个结点间的矢径都可以按a、b、c三者的矢量和来确定。

图7.2 平面点阵中划分平行四边形的几种不同方式

图7.3 单位平行六面体参数的图解

选定了单位平行六面体,实际上也就确定了空间格子的坐标系。单位平行六面体的三根交棱便是三个坐标轴的方向,棱的交角a、β、γ是坐标轴之间的交角,棱长a、b、c是坐标系的轴单位,坐标系的原点则位于平行六面体的左后下角(在菱面体格子中位于下端)。所以,单位平行六面体参数也是表征空间格子坐标系之特征的一组参数。此外,由于宏观晶体的定向法则与空间格子中单位平行六面体的选择原则在本质上是相同的,因此,对同一晶体内外两套坐标系之正确选择所得出的结果,相互也应是对应一致的。