晶體與晶格
點群(point group)
/ poynt groop /
把一個單獨的物體——比如一顆六面骰子——固定在它的中心,然後問:我能用多少種方式轉動或鏡射它,使它看上去完全不變?你可以繞幾條軸旋轉它,也可以沿幾面鏡子翻折它,而所有這些動作有一個共同點:它們都讓正中心紋絲不動。這一整套動作,就是數學家所說的點群。
點群,是這樣一組對稱操作——旋轉、反射和反演——它們讓晶體看上去毫無變化,同時至少有一個點保持原位不動。關鍵就在這個不動點:點群操作不會把晶體整體平移,只讓它繞著那個錨點旋轉和鏡射。對普通的週期性晶體,「不能有五重」這條限制意味著,恰好有32種不同的晶體學點群,不多不少,而每塊晶體的整體外形與隨方向變化的性質,都歸屬於其中之一。
點群之所以重要,是因為它支配著材料隨方向、隨外形變化的行為:它能否具有壓電性、它的光學或彈性響應如何隨方向變化、它外露的晶面又能長成什麼樣。要牢牢抓住的關鍵區別是:點群不管平移,只關心繞一個點的取向對稱性;而更完整的空間群,則再加上重複晶格的平移滑動對稱。點群是取向那一部分;空間群才是完整的全貌。
立方體和球的點群不同:把球轉過任意微小的角度它都一樣,可立方體只有繞各面轉過四分之一圈、以及其他特定旋轉後才看起來一樣。把這些被允許的動作一一列出,就命名了立方體的點群。
立方體被允許的旋轉和鏡射,列在一起,就是它的點群。
對週期性晶體而言,晶體學點群恰好有32種——一份有限而完整的清單。自由分子可以擁有這32種以外的點群(包括五重的),因為單個分子並不需要鋪滿空間。
又稱
另見