晶体的基本特征是其内部结构的周期性,那么很自然就应当把原子排列与空间的网点阵列联系起来。后者称为空间点阵,或简称为点阵。点阵中各个点的环境是彼此相同的。
简介
为集中反映晶体结构的周期性而引入的一个概念。首先考虑一张二维周期性结构的图像。可在图《点阵》上任选一点O作为原点。在图上就可以找到一系列与O点环境完全相同的点子,这一组无限多的点子就构成了点阵。将图像作一平移,对应于从原点O移至任意阵点的位置,图像仍然不变。这种不变性表明点阵反映了原结构的平移对称性。上述的考虑显然可以推广到具有三维周期性结构的无限大晶体。应该指出,原点位置可以任意选,但得到的点阵却是等同的。点阵平移矢量L总可以选用三个非共面的基矢A1、A2及A3的组合来表示:L=mA1+nA2+pA3,这里的m、n、p为三个整数。A1、A2与A3所构成的
平行六面体,称为
晶胞或初级晶胞,它包含了晶体结构的基本
重复单元。值得注意,基矢与晶胞的选择都不是唯一的,存在无限多种选择方案。一个初基晶胞是晶体结构的最小单元。但是有时为了能更充分地反映出点阵的对称性,也可选用稍大一些的非初基晶胞(即晶胞中包含一个以上的阵点)。
一个点阵可以还原为一系列平行的阵点行列(简称阵列),或一系列的平行的阵点平面(简称阵面)。可用由一组基矢所确定的
坐标系来描述某一组特定的阵列或阵面族的取向。我们选取通过原点的阵列上任意阵点的三个坐标分量,约化为互质的整数u、v、w作为阵列方向的指标,可用符号【uvw】来表示。为了标志某一特定阵面族的方向,可选择最靠近但不通过原点的阵面,读取它在三个坐标轴上截距的倒数,将这三个数约化为互质的数h、k、l就得该阵面旋的方向指标,可用符号(hkl)来表示。这就是阵面族的
密勒指数。
空间点阵
19世纪出现了布喇菲(A.Bravais)的空间点阵学说,这一学说能解释有理指数定律和晶面角守恒定律,但它只是合理的猜想,其正确性到1912年才被劳厄(Laue,Max Theodor Felix yon)等人的x射线衍射实验证实。几十年来的研究已探明了成千上万的晶体结构,肯定了晶体的周期性。
晶体中原子或原子团在三维空间有规律的周期排列构成了晶体结构。为了研究方便,人们忽略了那些种类繁多的原子和原子团,而把晶体看成是一些几何点在空间有规律的周期排列,同时,这些点与实际晶体中的原子又具有某种固定的空间位置关系。
设想在空间有一组平行的等距离平面,与另外一组等距离平面相交,然后,它们又与第三组等距离的平行平面相交。结果,两两面相交的交线便构成了空间分布的格子,而交线的相交点便是空间分布的点,这些空间周期分布的点构成空间点阵。其中每个阵点的周围环境都相同,这就是说,每个阵点周围的阵点数以及各阵点相对参考点的取向相同。
点阵中的平行六面体称为阵胞。实际上,有许多种方式取平行六面体作为阵胞。描述阵胞的形状和大小采用3个矢量,即若以阵胞某角点为原点,沿3个棱边作3个矢量;通常面对我们的为a,向右为b,向上为c。它们之间的夹角分别为α,β和γ,称a、b、c和α,β和γ为阵胞的点阵参数。阵胞是点阵的基本单元,借阵胞的无限平移可以得到整个点阵。
表示方法
空间点阵的类型可以用
皮尔逊(Pearson)符号表示,该符号中第一个为小写字母,代表所属晶系;第二个为大写字母,代表点阵类型。注意
菱方晶系的晶胞是简单晶胞,但却用R作为其点阵类型符号。
选取方式
固体物理
在固体物理学中,一般选取空间点阵中体积最小的平行六面体作为单胞,这样的单胞只能反映其空间点阵的周期性,但不能反映其对称性。如面心立方点阵的固体物理单胞并不反映面心立方的特征。
晶体学
由于固体物理单胞只能反映晶体结构的周期性,不能反映其对称性,所以在晶体学中,规定了选取单胞要满足以下几点原则:
①要能充分反映整个空间点阵的周期性和对称性;
②在满足①的基础上,单胞要具有尽可能多的直角;
③在满足①、②的基础上,所选取单胞的体积要最小。
根据以上原则,所选出的14种布拉菲点阵的单胞可以分为两大类。一类为简单单胞,即只在平行六面体的8个顶点上有结点,而每个顶点处的结点又分属于8个相邻单胞,故一个简单单胞只含有一个结点。另一类为复合单胞(或称复杂单胞),除在平行六面体顶点位置含有结点之外,尚在体心、面心、底心等位置上存在结点,整个单胞含有一个以上的结点。14种布拉菲点阵中包括7个简单单胞,7个复合单胞。
具体内容
根据单胞所反映出的对称性,可以选定合适的坐标系,一般以单胞中某一顶点为坐标原点,相交于原点的三个棱边为X、Y、Z三个坐标轴,定义X、Y轴之间夹角为 γ,Y、Z之间夹角为α,Z、X轴之间夹角为β,如图《点阵》所示。单胞的三个棱边长度a、b、c和它们之间夹角α、β、γ称为点阵常数或晶格参数。六个点阵常数,或者说三个点阵矢量a、b、c描述了单胞的形状和大小,且确定了这些矢量的平移而形成的整个点阵。也就是说空间点阵中的任何一个阵点都可以借矢量a、b、c由位于坐标原点的阵点进行重复平移而产生。每种点阵所含的平移矢量为:
简单点阵:a、b、c;
底心点阵:a、b、c、(a + b)/2;
体心点阵:a、b、c、(a + b + c)/2;
面心点阵:a、b、c、(a + b)/2、(b + c)/2、(a + c)/2;
所以布拉菲点阵也称为平移点阵。
点阵字体
定义
点阵字体是把每一个字符都分成16×16或24×24个点,然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。点阵字体优点是显示速度快,不像
矢量字体需要计算;其最大的缺点是不能放大,一旦放大后就会发现文字边缘的锯齿。
表现形式
点阵字体也叫位图字体,其中每个字形都以一组
二维像素信息表示。这种文字显示方式于较早前的电脑系统(例如未有图形接口时的 DOS 操作系统)被普遍采用。由于
位图的缘故,点阵字体很难进行缩放,特定的点阵字体只能清晰地显示在相应的字号下,否则文字只被强行放大而失真字形,产生成马赛克式的锯齿边缘。但对于字号 8-14px 的尺寸较小的汉字字体(即现今操作系统大多采用的默认字号)现今亦仍然被使用于荧幕显示上,能够提供更高的显示效果;不过现今该种点阵字体主要只作为“辅助”的部分,当使用者设定的字体尺寸并没有拥有位图像时,字体便会以向量图象方式显示;而当打印时,印有字体无论大小亦会使用向量字型打印。如图1所示。
矢量字库
这要先了解点阵字库与矢量字库:
点阵字库常用来作为显示字库使用,这类点阵字库汉字最大的缺点是
不能放大,一旦放大后就会发现文字边缘的锯齿。
矢量字库保存的是对每一个汉字的描述信息,比如一个笔划的起始、终止坐标,半径、弧度等等。在显示、打印这一类字库时,要经过一系列的数学运算才能输出结果,但是这一类字库保存的汉字理论上可以被无限地放大,笔划轮廓仍然能保持圆滑,打印时使用的字库均为此类字库。Windows使用的字库也为以上两类,在FONTS目录下,如果字体扩展名为FON,表示该文件为点阵字库,扩展名为TTF则表示矢量字库。