题目
试证面心立方的倒格子是体心立方;体心立方的倒格子是面心立方。
试证面心立方的倒格子是体心立方;体心立方的倒格子是面心立方。
题目解答
答案
[解答]
设与晶轴a,b,c 平行的单位矢量分别为i,j,k面心立方正格子的原胞基矢可取为 


由倒格矢公式

可得其倒格矢为

设与晶轴a,b,c 平行的单位矢量分别为i,j,k ,体心立方正格子的原胞基矢可取为

以上三式与面心立方的倒格基矢相比拟,两者只相差一常数公因子, 这说明面心立方的倒格子是体心立方。
将体心立方正格子原胞基矢代入倒格矢公式

那么得其倒格子基矢为

可见体心立方的倒格子是面心立方。
解析
步骤 1:确定面心立方正格子的原胞基矢
面心立方正格子的原胞基矢可以取为:
${a}_{1}=\dfrac {a}{2}(i+k)$,
${a}_{2}=\dfrac {a}{2}(k+j)$,
${a}_{3}=\dfrac {a}{2}(i+j)$,
其中,$i,j,k$ 分别是与晶轴 $a,b,c$ 平行的单位矢量。
步骤 2:计算面心立方正格子的倒格矢
根据倒格矢公式,可以计算出面心立方正格子的倒格矢:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi [ {a}_{2}\times {a}_{3}] }{V}$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi [ {a}_{3}\times {a}_{1}] }{V}$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi [ {a}_{1}\times {a}_{2}] }{V}$,
其中,$V$ 是原胞体积,对于面心立方,$V=\dfrac {a^{3}}{4}$。
代入基矢,计算得:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi }{a}(-i+j+k)$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi }{a}(i-j+k)$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi }{a}(i+j-k)$.
步骤 3:确定体心立方正格子的原胞基矢
体心立方正格子的原胞基矢可以取为:
${a}_{1}=\dfrac {a}{2}(-i+j+k)$,
${a}_{2}=\dfrac {a}{2}(i-j+k)$,
${a}_{3}=\dfrac {a}{2}(i+j-k)$.
步骤 4:计算体心立方正格子的倒格矢
根据倒格矢公式,可以计算出体心立方正格子的倒格矢:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi [ {a}_{2}\times {a}_{3}] }{V}$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi [ {a}_{3}\times {a}_{1}] }{V}$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi [ {a}_{1}\times {a}_{2}] }{V}$,
其中,$V$ 是原胞体积,对于体心立方,$V=\dfrac {a^{3}}{4}$。
代入基矢,计算得:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi }{a}(i+k)$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi }{a}(k+j)$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi }{a}(i+j)$.
步骤 5:比较倒格矢与原胞基矢
比较面心立方的倒格矢与体心立方的原胞基矢,以及体心立方的倒格矢与面心立方的原胞基矢,可以发现两者只相差一个常数公因子,这说明面心立方的倒格子是体心立方,体心立方的倒格子是面心立方。
面心立方正格子的原胞基矢可以取为:
${a}_{1}=\dfrac {a}{2}(i+k)$,
${a}_{2}=\dfrac {a}{2}(k+j)$,
${a}_{3}=\dfrac {a}{2}(i+j)$,
其中,$i,j,k$ 分别是与晶轴 $a,b,c$ 平行的单位矢量。
步骤 2:计算面心立方正格子的倒格矢
根据倒格矢公式,可以计算出面心立方正格子的倒格矢:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi [ {a}_{2}\times {a}_{3}] }{V}$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi [ {a}_{3}\times {a}_{1}] }{V}$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi [ {a}_{1}\times {a}_{2}] }{V}$,
其中,$V$ 是原胞体积,对于面心立方,$V=\dfrac {a^{3}}{4}$。
代入基矢,计算得:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi }{a}(-i+j+k)$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi }{a}(i-j+k)$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi }{a}(i+j-k)$.
步骤 3:确定体心立方正格子的原胞基矢
体心立方正格子的原胞基矢可以取为:
${a}_{1}=\dfrac {a}{2}(-i+j+k)$,
${a}_{2}=\dfrac {a}{2}(i-j+k)$,
${a}_{3}=\dfrac {a}{2}(i+j-k)$.
步骤 4:计算体心立方正格子的倒格矢
根据倒格矢公式,可以计算出体心立方正格子的倒格矢:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi [ {a}_{2}\times {a}_{3}] }{V}$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi [ {a}_{3}\times {a}_{1}] }{V}$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi [ {a}_{1}\times {a}_{2}] }{V}$,
其中,$V$ 是原胞体积,对于体心立方,$V=\dfrac {a^{3}}{4}$。
代入基矢,计算得:
${b}_{1}=\dfrac {2\pi }{a}(i+k)$,
${b}_{2}=\dfrac {2\pi }{a}(k+j)$,
${b}_{3}=\dfrac {2\pi }{a}(i+j)$.
步骤 5:比较倒格矢与原胞基矢
比较面心立方的倒格矢与体心立方的原胞基矢,以及体心立方的倒格矢与面心立方的原胞基矢,可以发现两者只相差一个常数公因子,这说明面心立方的倒格子是体心立方,体心立方的倒格子是面心立方。