倒晶格

布里淵區(Brillouin zone)

/ BREE-loo-an / bree-LWAN /

布里淵區是描繪倒晶格單位晶胞的一種特定方式——對稱的那一種。回想任何晶格都能用傾斜的平行六面體來鋪,或用更公平的維格納-賽茲晶胞來鋪,後者是「離某個晶格點比離其他任何晶格點都近」的那塊區域。把維格納-賽茲建構用在「倒」晶格而不是真實晶格上,得到的晶胞就是(第一)布里淵區。所以一句話:布里淵區就是倒晶格的維格納-賽茲晶胞。

建構方式和維格納-賽茲晶胞完全一樣。坐在一個倒晶格點(原點)上,向每個相鄰的倒晶格點畫一條直線,再用垂直平分該線的平面把它切開。被所有這些平分面圍住的最小區域,就是第一布里淵區。對簡單立方的倒晶格,這個區是立方體;對面心立方的真實晶體(其倒晶格是體心立方),這個區是一個漂亮的截角八面體。它擁有晶體完整的點群對稱,這正是為什麼它是繞原點對稱地畫出來,而不是畫成一個歪斜的盒子。

為什麼在晶體學章節裡就要介紹它?因為它是倒晶格最重要的衍生晶胞,而且一旦你研究電子或晶格振動如何在晶體中傳播,就會不斷遇到它——它們允許的波向量都編錄在第一布里淵區內,而區邊界正是波被晶格繞射、能隙打開的地方。那段電子結構的故事屬於另一個領域;這裡的重點只是先認個路。布里淵區不是什麼新東西,就是倒晶格的維格納-賽茲晶胞,而且它是「同一個」倒晶格的另一種晶胞,有別於平行六面體形狀的倒晶胞。

體心立方的真實晶體,其倒晶格是面心立方,而它的維格納-賽茲晶胞——第一布里淵區——是一個菱形十二面體(十二個面的立體)。面心立方的真實晶體則相反:它的倒晶格是體心立方,布里淵區是截角八面體。

布里淵區只是建構在倒晶格上的維格納-賽茲晶胞;它的形狀取決於倒晶格的種類。

在這個層級,布里淵區只是一個名稱與一個形狀——倒晶格的維格納-賽茲晶胞。它在電子能帶結構與聲子上的重度應用,屬於固態物理,不屬於這一章的結構幾何。

又称
first Brillouin zoneBZ第一布里淵區