Language
Country/Area
No result found
Bí mật của ô đơn vị được tiết lộ: Tại sao ô đơn vị nguyên thủy lại là đơn vị nhỏ nhất của cấu trúc tinh thể?
Trong hình học, sinh học, khoáng vật học và vật lý trạng thái rắn, ô đơn vị là đơn vị lặp lại được hình thành bởi các vectơ mô tả các điểm trên mạng. Mặc dù có tên gọi rất gợi ý, nhưng một ô đơn vị không nhất thiết phải có kích thước đơn vị hoặc thậm chí bất kỳ kích thước cụ thể nào. Ngược lại, ô đơn vị nguyên thủy được cho là khái niệm gần nhất với vectơ đơn vị, vì nó có kích thước xác định cho một mạng lưới nhất định và là đơn vị cơ bản mà từ đó các ô đơn vị lớn hơn được xây dựng.
Đặc điểm hình học của ô đơn vị không chỉ ảnh hưởng đến việc lập kế hoạch cấu trúc mà còn ảnh hưởng đến tính chất vật lý của tinh thể.
Khái niệm ô đơn vị đặc biệt hữu ích khi mô tả cấu trúc tinh thể trong không gian hai và ba chiều, mặc dù nó có thể được hiểu trong mọi chiều. Mạng tinh thể có thể được đặc trưng bởi hình dạng của ô đơn vị, một phần tạo nên một ô xếp hoàn chỉnh, thường là hình bình hành hoặc hình hộp, chỉ được tạo ra bằng phép tịnh tiến.
Có hai trường hợp đặc biệt của ô đơn vị: ô nguyên thủy và ô thông thường. Ô đơn vị nguyên thủy tương ứng với một điểm mạng đơn và là ô đơn vị nhỏ nhất có thể. Trong một số trường hợp, tính đối xứng đầy đủ của cấu trúc tinh thể có thể không xuất hiện từ ô đơn vị nguyên thủy, khi đó có thể sử dụng ô đơn vị thông thường. Một ô đơn vị thông thường (có thể là hoặc không phải là ô đơn vị nguyên thủy) là một ô đơn vị có tính đối xứng hoàn toàn của mạng và có thể chứa nhiều hơn một điểm mạng.
Định nghĩa về ô đơn vị nguyên thủy có liên quan chặt chẽ đến các trục nguyên thủy (vectơ), là đơn vị thể tích nhỏ nhất của mạng tinh thể.
Ô đơn vị nguyên thủy chứa chính xác một điểm mạng, do đó đối với ô đơn vị thông thường, các điểm mạng thuộc n đơn vị được xử lý trong phép tính như thể mỗi ô đơn vị chứa 1/n điểm mạng. Lưới. Điều này có nghĩa là trong không gian ba chiều, nếu một ô đơn vị nguyên thủy có các điểm mạng ở cả tám đỉnh, thì ô đơn vị nguyên thủy thực tế chỉ chứa 1/8 của mỗi điểm mạng. Phương pháp tính toán này cho phép ô đơn vị nguyên thủy thể hiện chính xác dạng lặp lại cơ bản của cấu trúc mạng.
Đối với mỗi mạng Bravais, có một ô đơn vị nguyên thủy khác, được gọi là ô Wiegand–Seitz. Điểm mạng của ô đơn vị Wiegand–Seitz nằm ở tâm của ô đơn vị và thường không phải là hình bình hành hoặc hình hộp chữ nhật. Ô đơn vị này là phân vùng không gian kiểu Voronoi và mạng lưới tương hỗ của ô đơn vị Wiegand–Seitz trong không gian động lượng được gọi là vùng Brillouin.
Trong tinh thể học, đối với mỗi mạng tinh thể cụ thể, một ô đơn vị thông thường được chọn dựa trên sự thuận tiện về mặt tính toán. Các ô đơn vị thông thường này có thể có các vị trí mạng bổ sung được thêm vào các mặt hoặc thể tích của ô đơn vị, trong đó số lượng các vị trí như vậy và thể tích của ô đơn vị thông thường là bội số nguyên của ô đơn vị ban đầu (ví dụ: 1, 2, 3 , hoặc 4).
Đối với bất kỳ mạng hai chiều nào, ô đơn vị thường là hình bình hành, mặc dù trong một số trường hợp đặc biệt, các góc trong của nó có thể là góc vuông, các cạnh của nó có thể bằng nhau hoặc cả hai. Cả bốn và năm mạng Bravais hai chiều đều có thể được biểu diễn bằng các ô nguyên thủy thông thường, trong khi mạng hình chữ nhật tập trung cũng có một ô nguyên thủy tương tự như hình thoi. Để phân biệt chúng dựa trên tính đối xứng, chúng thường được biểu diễn bằng một ô nguyên thủy chứa hai Biểu diễn ô đơn vị thông thường của các điểm mạng.
Đối với bất kỳ mạng ba chiều nào, ô đơn vị thông thường thường là một hình hộp chữ nhật và trong những trường hợp đặc biệt có thể có góc vuông hoặc các cạnh bằng nhau hoặc cả hai. Có bảy mạng Bravais ba chiều được biểu diễn bằng ô nguyên thủy thông thường và bảy mạng khác (gọi là mạng tập trung) cũng được biểu diễn bằng ô nguyên thủy hình hộp chữ nhật nhưng được biểu diễn bằng ô thông thường vì điều này cho phép Các đơn vị này được phân biệt bởi tính đối xứng của chúng bằng cách có nhiều hơn một điểm lưới trong ô đơn vị.
Hiểu biết lâu dài của các nhà khoa học về cấu trúc tinh thể đã tạo ra nhiều tiến bộ công nghệ, vậy trong tương lai, chúng ta có thể sử dụng kiến thức này để khám phá thêm nhiều bí ẩn của thiên nhiên không?
