晶體與晶格

原胞(primitive cell)

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想像你按塊買地磚,想盡量省錢地鋪滿一塊有花紋的地。你會去找那塊絕對最小、卻仍帶著完整重複圖案的磚——大不過它必須的尺寸,連一丁點花紋都不浪費。這塊盡可能小的重複磚,就是原胞的精神所在。

原胞,是一種晶格裡可能存在的最小晶胞——它恰好含有一個晶格點。(沿邊、在角上共享的點按分數計,而這些分數加起來正好湊成一個完整的點。)和任何晶胞一樣,把它一塊塊邊對邊疊起來能鋪滿整個空間,但再沒有更小的重複盒子了。它的體積是能鋪滿晶體的最小體積,而它的形狀有許多種同樣合規的取法;其中一種特別對稱的選擇,是維格納–賽茨原胞,由「離某個點比離其他任何點都近」的那片區域構成。

原胞之所以重要,是因為在原胞裡數數是誠實的:一個胞,一個晶格點,不會重複計數。這讓它成為理論工作中天然的計數單元,比如數電子或振動模式。常見的混淆是:「原」並不等於人們通常畫的約定晶胞。比如那個我們熟悉的面心立方立方體,含有四個晶格點,所以它是約定晶胞而非原胞——它真正的原胞是一個更小、歪斜的盒子,更難想像,但只含一個點。

你常見的體心立方立方體有兩個晶格點(角上分攤的一個,加正中央一個),所以它不是原胞。它的原胞是一個矮胖、傾斜的盒子,只含一個點——用一半的體積,照樣鋪滿同一塊晶體。

熟悉的體心立方立方體含兩個點;它的原胞只含一個。

原胞總是含有一個晶格點,但如果基元不止一個原子,它裡面仍可能有好幾個原子。一個晶格點和一個原子不是一回事。

又稱
primitive unit cell初基晶胞