Структура кристалла

Оптическими кристаллами называют вещества, имеющие правильное периодическое внутреннее расположение частиц (молекул, атомов, ионов) и прозрачные в определенной части светового излучения.

Кристаллы в отличие от стекла обладают так называемым дальним порядком. В стекле же, как и в жидкости наблюдается только ближний порядок, дальний порядок нарушен.

В кристалле правильные ряды частиц в пространстве образуют кристаллическую структуру.

Во всех кристаллах частицы выстраиваются симметричными правильными рядами. В реальных же кристаллах это закономерное чередование частиц всегда немного нарушено из-за их теплового движения, возбуждения и т.д.

Будем рассматривать кристаллы идеальными, когда в его структуре нет нарушений. Все одинаковые частицы расположены одинаковыми параллельными рядами, которые надо представлять себе бесконечными. Расстояние между частицами в большинстве кристаллов составляет несколько десятых долей нанометра.

1нм=10^{-9 м; 1нм=10-3} мкм

Поэтому даже при длине 1мм в кристалле располагается ~10⁷атомов.

Кратчайшее расстояние между одинаковыми точками в ряду называется элементарной трансляцией или периодом идентичности.

Рисунок 1. Симметричный бесконечный ряд с трансляцией «а».

Иногда употребляют название период трансляции или параметр ряда.

Если в этом ряду все точки сдвинуть на один период идентичности, то все одинаковые точки передвинутся, ряд совмещается сам с собой, так что вид его не нарушится. Так производятся симметричные преобразования: ряд симметрично сдвинут на один период трансляции a.

Характеристикой этого ряда являются кратчайшие трансляции а. Одинаковые точки, связанные между собой трансляциями а в бесконечном ряду, называются узлами ряда.

Узлы не обязательно должны совпадать с материальными частицами, это могут быть одинаковые точки между частицами.

Трансляцию можно осуществить не только в ряду, но и между рядами. Так образуется плоская двукоординатная сетка.

Рисунок 2. Плоская сетка.

а – различные основные трансляции; б - различные элементарные ячейки.

Совокупность этих точек образует трехмерную пространственную решетку.

Рисунок 3. Пространственная решетка

Наименьшая часть решетки, отображающая форму всей кристаллической структуры вещества (кристалла) называется элементарной ячейкой, как правило это параллепипед.

Рисунок 4. Элементарный параллелепипед.

Структура кристалла – это конкретное расположение частиц в пространстве. Пространственная решетка – это способ представления периодичности повторения в пространстве отдельных частиц или групп частиц.