加權倒晶格(weighted reciprocal lattice)
光禿禿的倒晶格告訴你繞射斑點「能」出現在哪裡,卻沒說每個斑點多亮——每個點看起來都一樣。加權倒晶格補上了這點:它是每個點都附了一個數字的倒晶格,這個權重說明該點的反射會有多強。把樸素的倒晶格想成一張空白街道圖,加權版就是同一張圖,但在每個路口都印上了亮度。加權倒晶格才是繞射實驗真正給你看到的東西。
點 (hkl) 上的權重是繞射強度,正比於結構因子模的平方,寫作 |F_hkl|^2。結構因子 F_hkl 是基元裡每個原子所散射的波、依它們相對相位相加的總和;它取決於「什麼」原子坐在單位晶胞的「哪裡」。所以倒晶格的幾何(點的位置)只來自晶格,而權重來自基元。這是繞射深層的分工:峰的「位置」給你單位晶胞,峰的「強度」(權重)給你晶胞內容。有些權重算出來恰好是零——那就是系統消光,整排或整類倒晶格點被有心晶格、螺旋軸或滑移面關掉了,而這些缺失權重的圖案,正是空間群的指紋。
這就是為什麼繞射圖樣不只是倒晶格的照片——它是「加權」倒晶格的照片,是亮度不一的斑點。它也誠實地勾勒出晶體學的核心難處:實驗測到權重(強度,正比於 |F|^2),卻丟失了每個 F 的「相位」。沒有相位,你就無法做逆傅立葉轉換回到原子,找回相位就是相位問題。所以你能測到的加權倒晶格是真實的,卻不完整——它握有大小,藏起了相位。
在體心立方晶體中,結構因子使得只要 h+k+l 為奇數,F_hkl = 0。所以在加權倒晶格上,點 (100) 的權重為零(消失),而 (110) 有滿權重(出現)。可能點所成的晶格是完整的;權重卻抹掉了其中一半。
位置來自晶格;亮度(以及系統消光的那些零)透過結構因子來自基元。
權重為零(系統消光)並不代表那個倒晶格點從晶格中消失了——點在那裡,只是基元讓它的結構因子相消。位置與權重回答的是兩個不同的問題。