理论教育 晶带轴定理的推导过程

晶带轴定理的推导过程

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:从晶向观点看,图2.17中晶棱AE、DH、CG、BF与通过晶体中心的O′O都是一个方向。[rst]的向量为图2.38晶带轴定理的证明示意图晶面法线向量n的求解:因为晶面符号是用晶面在晶轴上的截距系数的倒数比表示的,所以晶面在晶轴x、y、z上的截距系数分别为1/h、1/k、1/l。式为晶带轴定理或晶带方程。例如,图2.34的立方晶体在[001]晶带上有四个晶面与之平行。晶带轴定理或晶带方程主要用于单晶体的X射线衍射、电子衍射的数据分析。

晶带轴定理的推导过程

从晶向观点看,图2.17中晶棱AE、DH、CG、BF与通过晶体中心的O′O都是一个方向。因此,我们可用晶带轴O′O的晶向把图2.17中的四个晶面联系起来。这也是Weiss定律陈述的内容之一。图2.17中ADEH、DCGH、BCGF、BFEA面组成一个晶带,该晶带轴O′O方向的晶向符号表示为[rst]。

1.晶带轴定理的证明

(1)因为晶带轴O′O∥晶带上的所有晶面,所以晶带上的所有晶面(hkl)位于晶带[rst]上。从空间解析几何的观点看,晶带轴方向[rst]与晶面(hkl)平行,所以[rst]代表的向量与(hkl)的法线相垂直。[rst]的向量为

图2.38 晶带轴定理的证明示意图

(2)晶面(hkl)法线向量n的求解:

因为晶面符号是用晶面在晶轴上的截距系数的倒数比表示的,所以(hkl)晶面在晶轴x、y、z上的截距系数分别为1/h、1/k、1/l。如图2.38所示,晶面M1M2M3在x轴上的交点为M1(1/h,0,0),y轴上的交点为M2(0,1/k,0),z轴上的交点为M3(0,0,1/l)。M1M2M3面的法线向量为n。因为两个相交的向量决定一平面,所以先找两个向量:

这两个向量的叉积为它们决定的平面的法线向量n。

又因为向量a=ri+sj+tk与平面的法线向量n垂直,所以a与n的点积为0,即

等号两边同乘以hkl即得

式(2-20)为晶带轴定理或晶带方程。

例如,图2.34的立方晶体在[001]晶带上有四个晶面与之平行。这四个晶面的符号是。它们都符合hr+ks+lt=0的关系。但另外两个面(001)、不在[001]晶带上,故不符合hr+ks+lt=0的关系。请读者自己检验。

2.根据hr+ks+lt=0关系式,还可做如下运算和推导:

(1)求晶面(hkl)和晶面(mnp)所决定的晶带[rst]

因为晶面(hkl)、(mnp)都在晶带上,有

以上两式可写成矩阵形式:(www.daowen.com)

根据齐次线性方程组的解法,得

将t=代入hr+ks+lt=0中,得

综上所述,r∶s∶t=(pk-ln)∶(ml-ph)∶(hn-mk)

此比例可写成行列式值之比:

为记忆、理解方便,我们可分别把h、k、l、m、n、p写两次,排成两排,如下:

rst的比值只取竖线中间的值,按照行列式计算方式获得,如其中的表示pk-ln。比如求(100)与(010)所决定的晶带:

求得r=0,s=0,t=1,因此晶带符号应为[001]。

(2)求位于晶带[rst]和晶带[mnp]相交处的晶面(hkl)

因为(hkl)晶面在两个晶带上,所以

方法同上,有

即h=sp-nt,k=tm-pr,l=rn-ms。

比如求位于[010]和[001]两晶带相交处的晶面。

求得h=1,k=0,l=0,即(100)面。

晶带轴定理或晶带方程主要用于单晶体的X射线衍射、电子衍射的数据分析。

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