最密堆積與常見晶體結構

鑽石立方結構(diamond cubic structure)

鑽石立方結構是鑽石中碳原子的排列,也是矽與鍺採用的同一骨架。它的定義特徵是每個原子恰與四個指向四面體頂角的鄰居鍵結,構成一個剛硬、開放的三維網絡,完全靠強方向性共價鍵維繫。它是四面體共價鍵結的原型。

幾何上它是一個面心立方晶格加上一個兩原子基元,一顆原子在 (0, 0, 0),一顆在 (1/4, 1/4, 1/4)。等價地,它是兩個沿體對角線位移四分之一的互相貫穿 FCC 晶格。計數得每個立方晶胞 8 顆原子,每顆配位數為 4。由於四配位留下大量空間,原子堆積因數只有 0.34,遠低於最密堆積的 0.74,因此鑽石結構出奇地開放——一個靠鍵的幾何、而非緻密堆疊維持剛硬的晶體。

矽與鍺,整個電子工業的基石,是鑽石立方,灰錫與鑽石本身當然也是。強而具方向性、共角連接的鍵,解釋了鑽石為何是最硬的天然材料,以及這些晶體為何剛硬易脆而非延展。把兩個次晶格塗上不同的元素,就得到密切相關、屬於化合物半導體的閃鋅礦結構。

矽是鑽石立方:每晶胞 8 顆原子,配位數 4,堆積因數僅 0.34,然而其剛硬的共價網絡使它成為每一片晶片的骨幹。

一個開放、低密度的晶體,靠每個原子四個方向性鍵維持剛硬。

鑽石結構的低堆積因數(0.34)說明硬度與剛性來自鍵的強度與方向性,而非緻密的球體堆積。

又称
diamond structureA4鑽石結構金剛石結構