結構相變
群-子群關係(group-subgroup relation)
每個晶體結構都有它的對稱——一整組讓它看起來不變的操作(旋轉、鏡射、平移),彙集成它的空間群。當晶體轉變成較低對稱的結構,它通常不是隨機地失去對稱:新結構保留舊操作的一個「子集」,捨棄其餘。群-子群關係說的正是這件事——子相的空間群是母相空間群的子群。母相對稱較高;子相的對稱操作嚴格地更少。
以一個降溫時變成正方的立方母相為例(如鈦酸鋇的 Pm-3m 到 P4mm)。正方子相仍有沿某立方稜的四重軸與一些鏡面,但它「失去」了讓三條立方軸等價的操作——沿體對角線的三重旋轉不見了。這些被保留的操作構成立方群的一個子群。子群的「指數」(它小了幾倍)數出子相原本可以用幾種等價方式形成——這裡是 3,因為正方軸可以是 x、y 或 z。
這不是流水帳記錄,而是有預測力的。朗道定理說:連續(二級)相變只有在母相與子相以群-子群關係相連(且序參數依單一不可約表示變換)時才可能——所以對稱關係告訴你哪些相變「能」是連續的。而那些失去的對稱操作,正好生成了疇:子相每一種挑選較低對稱的方式,都是一個不同的疇變體,而變體數目等於子群的指數。降低對稱與生成疇,是同一枚硬幣的兩面。
鈦酸鋇由立方(空間群 Pm-3m)降溫變成正方(P4mm):正方相保留了沿某立方稜的四重軸,卻失去了使三條立方軸等價的三重體對角線旋轉。保留的操作是立方群的子群,指數為 3——正對應正方軸可選 x、y、z 三種,也就是會出現三種疇變體。
群-子群關係:子相空間群是母相空間群的子群(母相對稱較高);連續相變要求此關係,子群指數等於疇變體數。
群-子群關係說子相空間群是母相空間群的子群(母相對稱較高)。它有預測力:連續相變只有在存在群-子群關係時才可能;而「丟失」的對稱操作數(子群指數)正好等於會生成的疇變體數目。
又称
另见