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단위 세포의 비밀이 밝혀졌습니다. 원시 단위 세포가 결정 구조의 가장 작은 단위인 이유는 무엇일까요?
기하학, 생물학, 광물학, 고체물리학에서 단위 셀은 격자의 점을 기술하는 벡터에 의해 형성된 반복 단위입니다. 매우 암시적인 이름에도 불구하고, 단위 셀은 반드시 단위 크기를 갖지 않으며, 어떤 특별한 크기도 갖지 않습니다. 이와 대조적으로, 원시 단위 셀은 주어진 격자에 대한 명확한 크기를 갖고 더 큰 단위 셀을 구성하는 기본 단위이기 때문에 단위 벡터에 가장 가까운 개념이라고 할 수 있습니다.
단위 셀의 기하학적 특성은 구조의 계획에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 결정의 물리적 특성에도 영향을 미칩니다.
단위 셀의 개념은 모든 차원에서 이해될 수 있지만, 특히 2차원과 3차원에서 결정 구조를 설명하는 데 유용합니다. 격자는 단위 셀의 기하학으로 특징지어질 수 있는데, 단위 셀은 일반적으로 평행사변형이나 평행육면체인 전체 타일링을 생성하는 부분으로, 오직 이동에 의해서만 생성됩니다.
단위 셀에는 기본 셀과 일반 셀이라는 두 가지 특수한 경우가 있습니다. 원시 단위 셀은 단일 격자점에 대응하며 가능한 가장 작은 단위 셀입니다. 어떤 경우에는 결정 구조의 완전한 대칭성이 원시 단위 셀에서 나타나지 않을 수 있는데, 이 경우에는 기존의 단위 셀을 사용할 수 있습니다. 일반적인 단위 셀(기본 단위 셀일 수도 있고 아닐 수도 있음)은 격자의 완전한 대칭을 지닌 단위 셀이며, 두 개 이상의 격자점을 포함할 수 있습니다.
원시 단위 셀의 정의는 격자의 가장 작은 부피 단위인 원시 축(벡터)과 밀접하게 연관되어 있습니다.
기본 단위 셀에는 정확히 하나의 격자점이 포함되어 있으므로 일반 단위 셀의 경우 n개 단위에 속하는 격자점은 각 단위 셀에 격자점의 1/n이 포함된 것처럼 계산에서 처리됩니다. 그리드. 즉, 3차원 공간에서 기본 단위 셀에 8개의 정점에 모두 격자점이 있을 경우 기본 단위 셀은 실제로 각 격자점의 1/8만 포함한다는 것을 의미합니다. 이 계산 방법을 사용하면 기본 단위 셀이 격자 구조의 기본 반복 형태를 정확하게 나타낼 수 있습니다.
모든 브라베 격자에는 위건드-자이츠 셀이라고 하는 또 다른 원시 단위 셀이 있습니다. 위건드-자이츠 단위 셀의 격자점은 단위 셀의 중심에 위치하며 일반적으로 평행사변형이나 평행육면체가 아닙니다. 이 단위 셀은 공간의 보로노이 유형 분할이며, 운동량 공간에서 위건드-자이츠 단위 셀의 역격자는 브릴루앙 영역이라고 합니다.
결정학에서 각각의 특정 격자에 대해 계산상의 편의에 따라 일반적인 단위 셀이 선택됩니다. 이러한 일반 단위 셀은 단위 셀의 면 또는 체적에 추가 격자 사이트를 가질 수 있으며, 이러한 사이트의 수와 일반 단위 셀의 체적은 원래 단위 셀의 정수 배수(예: 1, 2, 3)입니다. , 또는 4).
2차원 격자의 경우, 단위 셀은 일반적으로 평행사변형이지만, 일부 특수한 경우에는 내각이 직각이 될 수도 있고, 변의 길이가 같을 수도 있으며, 둘 다일 수도 있습니다. 4개와 5개의 2차원 브라바이스 격자는 모두 기존의 원시 셀을 사용하여 표현할 수 있지만, 집중된 직사각형 격자는 마름모와 유사한 원시 셀을 가지고 있습니다. 대칭성을 기준으로 구분하기 위해 일반적으로 다음을 포함하는 원시 셀을 사용하여 표현합니다. 격자점의 두 가지 기존 단위 셀 표현.
3차원 격자의 경우, 일반적인 단위 셀은 보통 평행육면체이며, 특별한 경우에는 직각이나 길이가 같은 변, 또는 둘 다를 가질 수 있습니다. 정규 원시 셀을 사용하여 표현되는 7개의 3차원 Bravais 격자가 있으며, 또 다른 7개(집중 격자라고 함)도 평행육면체 원시 셀을 사용하여 표현되지만 정규 셀을 사용하여 표현되는 이유는 이러한 단위가 대칭성을 갖기 때문입니다. 단위 셀 내에 두 개 이상의 격자점이 있습니다.
과학자들은 오랫동안 결정 구조에 대해 이해해 왔고, 그 덕분에 많은 기술적 진보가 가능했습니다. 그러면 미래에는 이 지식을 활용해 자연의 더 많은 신비를 밝혀낼 수 있을까요?
