晶格與單位晶胞
布拉維晶格(Bravais lattice)
/ Bravais -> bruh-VAY /
把 7 大晶系和允許的置心類型(P、I、F、C、R)組合起來,得到的並不是 7 乘 5 種可能——許多組合是重複的、或會破壞該晶系的對稱性。把重複的去掉之後,恰好剩下 14 種真正不同的晶格。這些就是布拉維晶格,以奧古斯特·布拉維(Bravais)為名,窮盡了在三維空間中週期性排列晶格點的所有可能方式。
這 14 種是:立方 P、I、F(3 種);正方 P、I(2 種);斜方 P、C、I、F(4 種);六方 P(1 種);三方/菱面體 R(1 種);單斜 P、C(2 種);三斜 P(1 種)。舉個「為何有些不在名單上」的例子:面心正方沒有列入,因為它總能改畫成一個更小的體心正方晶胞——它不是新的排列,只是把某個已算過的排列用更大的方式描述而已。
「14」是一個完整、已被證明的枚舉——不是「目前找到 14 種」。地球上每一種結晶材料,從冰、鋼到蛋白質晶體,其晶格都必定是這 14 種之一(千變萬化來自基元)。它們再和 32 個點群結合,就建構出 230 個空間群。
為什麼是 14、而不是 7 乘 5 = 35?許多「晶系加置心」的組合,不是重複了一個更小的晶格,就是破壞了該晶系的對稱性。例如面心正方可以改畫成體心正方;底心立方根本就不是立方。把冗餘的都刪掉,恰好剩下 14 種。
這 14 種,是把所有冗餘的「晶系加置心」組合都刪除後留下的。
14 種布拉維晶格、32 個晶體點群、230 個空間群,都是由群論證明的精確、封閉枚舉——不是可能還會增加的經驗統計。新發現的晶體必定落入其中之一(準晶是那個非週期的例外,它逼得「晶體」的定義必須改寫)。
又稱
另見