非週期晶體(aperiodic crystal)
在晶體學的大部分歷史裡,「晶體」與「週期」被當成同義詞:晶體就是把基元一再蓋印在週期晶格上。非週期晶體打破了這個連結。它是真正有序的固體——原子坐落在固定、長程、可預測的關係中,並給出銳利的離散繞射圖——但它「沒有」三維晶格重複。非週期晶體是所有這類固體的統稱:準晶、非公度結構與調變結構都歸在它底下。
決定性的檢驗是繞射,而非外觀。任何普通晶體都繞射成銳利光點,你能用三個整數 (h, k, l) 標記它們,每個晶格方向一個。非週期晶體「也」繞射成銳利光點——那份銳利正是真正長程有序的證明——但你無法只用三個整數就把每個光點都標好。準晶需要更多整數(二十面體型需要六個);非公度與調變結構需要主的三個、再加上額外的「衛星」整數,來描述一個與第一個不合的第二週期。每一種情況下,圖案都是離散的(不是玻璃那種瀰散暈環),所以就現代意義而言這材料是晶體,只是不是週期晶體。
這正是為什麼國際晶體學聯合會在 1990 年代改寫了定義:晶體如今是指任何具有本質上離散繞射圖的固體,句號——週期性不再是定義的一部分。因此非週期晶體之所以重要,正是因為它們是這門學科的根基觀念不得不改變的全部原因。人們用嚴謹的方式描述它們:把它們嵌入為一個更高維晶格的週期切片(超空間),這在三維以上恢復了某種週期性,讓晶體學家能把慣用的工具,用在那些於普通空間中永不重複的固體上。
普通晶體的粉末圖用三個整數 (hkl) 就能完全指標化。調變的非週期晶體要用 (hklm) 來指標化:三個主整數,加上第四個對應每個主峰旁邊額外的衛星峰。在光點仍維持銳利的同時卻需要那第四個數字,就是它非週期、卻仍是晶體的實務證明。
非週期晶體:銳利(離散)的繞射,卻沒有三維晶格重複——現代「晶體」的定義涵蓋它。
非週期與非晶質不是同一回事。非晶玻璃給出瀰散暈環(只有短程有序);非週期晶體給出「銳利」光點(真正的長程有序),只是缺少會重複的單位晶胞。