晶体与晶格
点群(point group)
/ poynt groop /
把一个单独的物体——比如一颗六面骰子——固定在它的中心,然后问:我能用多少种方式转动或镜射它,使它看上去完全不变?你可以绕几条轴旋转它,也可以沿几面镜子翻折它,而所有这些动作有一个共同点:它们都让正中心纹丝不动。这一整套动作,就是数学家所说的点群。
点群,是这样一组对称操作——旋转、反射和反演——它们让晶体看上去毫无变化,同时至少有一个点保持原位不动。关键就在这个不动点:点群操作不会把晶体整体平移,只让它绕着那个锚点旋转和镜射。对普通的周期性晶体,「不能有五重」这条限制意味着,恰好有32种不同的晶体学点群,不多不少,而每块晶体的整体外形与随方向变化的性质,都归属于其中之一。
点群之所以重要,是因为它支配着材料随方向、随外形变化的行为:它能否具有压电性、它的光学或弹性响应如何随方向变化、它外露的晶面又能长成什么样。要牢牢抓住的关键区别是:点群不管平移,只关心绕一个点的取向对称性;而更完整的空间群,则再加上重复晶格的平移滑动对称。点群是取向那一部分;空间群才是完整的全貌。
立方体和球的点群不同:把球转过任意微小的角度它都一样,可立方体只有绕各面转过四分之一圈、以及其他特定旋转后才看起来一样。把这些被允许的动作一一列出,就命名了立方体的点群。
立方体被允许的旋转和镜射,列在一起,就是它的点群。
对周期性晶体而言,晶体学点群恰好有32种——一份有限而完整的清单。自由分子可以拥有这32种以外的点群(包括五重的),因为单个分子并不需要铺满空间。
又称
另见