倒晶格

倒晶格向量 g_hkl(reciprocal lattice vector g_hkl)

如果倒晶格點 (hkl) 是目的地,那麼 g_hkl 就是從原點帶你抵達的那支箭。它是一支向量,把 (hkl) 晶面的所有資訊打包成一束:指出它、量出它的長度,你就同時知道那些晶面朝哪個方向、間距多密。晶體學家用它用得太頻繁,於是給它專屬符號 g(有些教科書寫成大寫 G 或 H)。

用公式寫,g_hkl = h a* + k b* + l c*——沿 a* 走 h 步、沿 b* 走 k 步、沿 c* 走 l 步。有兩件事讓它成為繞射的主力。第一,g_hkl 垂直於 (hkl) 晶面:它「就是」晶面法線。第二,它的長度是晶面間距的倒數:|g_hkl| = 1/d_hkl。把這兩點與晶面間距公式合起來,對立方晶體而言 |g_hkl| = sqrt(h^2 + k^2 + l^2)/a,正好是 sqrt(h^2+k^2+l^2) 乘以 a*。g 越長代表晶面間距越密,而且——如我們將在繞射領域看到的——散射到越大的角度。

g 之所以不只是記帳工具,是因為它本質上就是繞射的「散射向量」。當一個波被 (hkl) 晶面散射並發生建設性干涉時,它的波向量改變量恰好等於 g_hkl。這就是勞厄條件的全部內容,也是為什麼 g 的長度——倒晶格點位在多遠——決定了布拉格角。再提醒一次慣例:在晶體學家的體系中 |g| = 1/d;在 2 pi 的物理體系中同一支向量長度為 2 pi/d,通常稱作 G。幾何相同,只差一個尺度因子。

立方晶體,a = 3.6 埃。對 (220) 反射,|g_220| = sqrt(2^2+2^2+0^2)/3.6 = sqrt(8)/3.6 = 0.786 埃^-1,所以 d_220 = 1/0.786 = 1.27 埃。向量 g_220 沿 [110] 方向,垂直於 (220) 晶面。

一支向量 g_hkl,同時攜帶晶面法線(它的方向)與 1/d_hkl(它的長度)。

|g_hkl| = 1/d_hkl 只在 1/d(晶體學)慣例下成立。若某本書寫 |G| = 2 pi/d,那是採用物理學家的 2 pi 慣例——代入布拉格定律前,先確認你身處哪一種慣例。

又称
diffraction vector gg-vector倒格向量