五次对称与准晶态

1984年11月美国国家标准局(NBS)的一个研究小组,报道了他们在急冷Al-Mn合金中发现一种所谓“二十面体(icosahedron)相”,它的特点是,除了给出六次及二次对称的电子衍射图外,还有五次对称的电子衍射图.图中斑点明锐,而且旋转轴之间的关系符合二十面体的m　点对称群.图1是金属研究所张泽在急冷Ti-Ni-V合金中得到的类似电子衍射图,图中十个衍射斑点为一组,坐落在同心圆上.示意图是一个二十面体,具有　　　点群对称.经典晶体学中,无论是布喇菲14种点阵还是费德洛夫 2 30种空间群,均不允许有五次对称,因为五次对称会破坏空间点阵的平移对称性…     

合金中的准晶态

长期以来,认为金属合金只有两种组态,即晶态和非晶态.最近用电子衍射、x射线衍射和电子显微术方法,在快冷铝锰合金(含锰14%原子比)中发现了一种既不是晶体,也不是非晶体的亚稳相[1].其外貌近似于球形,尺寸可达2μm,嵌锒在面心立方铝晶体中,如同晶体多中心地成核于残存液相固体之中.从不同角度拍摄的电子衍射图上,可以看到六个五次轴、十个三次轴或十五个二次轴,并确定了此相属m35点群.因五次对称轴与平移对称性相矛盾,故此相不同于晶体,但又与晶体有类似之处,故称为准晶体.根据理论计算,理想的二十面体准晶体可以给出有五次对称性的电子衍射…     

准晶体——已有名声的二十面体对称性

“二十面体”准晶体的结构和性质是美国物理学会最近一次年会(巴尔的摩,1985年3月25-29日)上热烈讨论的问题之一.准晶体看来代表一种新的物态,它既具有二十面体点对称性,又具有一种变态的平移序.准晶体的结构特点可以从平面的Penrose拼接[1]中得到启发. 国家标准局D.Shechtinan首先在急冷Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr合金中发现了二十面体有序性,尺寸可以大到2μm的枝晶伏微准晶体,象晶体经常产生的那样产生明锐的电子衍射,但这种电子衍射具有二十面体对称性.初等几何分析证明晶体不具有二十面体对称性.对上述晶体学上不允许出现的电子衍射,一种…     

晶体几何系列之三 准晶是高维晶体投影的证明

晶体中原子的排列具有平移对称性,平移对称性限制了晶体只有n=1,2,3,4,6次转动对称。发现有8-次,10-次,12-次转动对称的准晶。准晶结构是高维晶体结构的投影。晶体和准晶的定义统一于点状衍射花样。     

五次对称性及Ti—Ni准晶相的发现与研究

早在两千多年,希腊的数学家就证明了用正多边形构成的多面体只有五种,即用正方形构成的立方体,用正三角形构成的四面体、八面体及二十面体,以及用正五边形构成的五角十二面体.前三种多面体比较简单,都具有432或23的立方点群对称(镜面对称暂不考虑),常见于立方晶系的晶体中.后两种多面体(图1)尽管外形不同,都具有235点群对称,而以五次对称为其特征.在二十面体中,五次对称轴(实为5次反演轴)贯穿两个相对的顶点,共有六个.而在十二面体中,五次对称轴穿过两个相对但反转了的正五边形的中心,也是六个.除了5次对称轴外,二十面体中还有10个3次对称轴…     

非晶合金及合金液体的局域五次对称性

简要回顾了从20世纪30年代至今,有关非晶合金及合金液体的局域结构五次对称性的实验、理论和模拟研究.在简单液体的早期研究中,人们已经意识到五次对称性在简单液体的无序结构、过冷和晶化等起着重要作用,二十面体短程序作为五次对称性的典型代表受到了广泛关注.自从Frank提出简单液体中二十面体短程序的结构单元,大量的理论和实验研究已经明确在简单液体、合金液体和金属玻璃中存在局域五次对称性,并且建立了局域五次对称性与合金液体复杂动力学行为、玻璃转变、液体-液体相变以及非晶合金的形变等统一的定量描述和物理图像,表明了局域五次对称性作为结构参量的简单、普遍和有效性.     

90年代理论物理学重大前沿课题系列报道（Ⅲ）低维准晶物理性质研究

９０年代理论物理学重大前沿课题系列报道（Ⅲ）低维准晶物理性质研究固体物理学一直认为由于有序结构要满足长程平移不变性，因此五次旋转对称性是不可能存在的。１９８４年，Ｓｈｅｃｈｔｍａｎ等人在ＡＩＭｎ合金中发现了五次对称准晶体，被认为是近几十年来固体物理学...     

固体材料中的新成员——准晶体

 众所周知,晶体具有2、3、4、6这四种旋转对称性.可是1984年秋,美国国家标准局的道·谢克曼等人在用电子显微镜观察由特殊的急冷法制备的Al-Mn合金时,意外地观察到有五次对称性的清晰的电子衍射谱.由于这一发现“违背”了晶体学中最经典的基本定律,引起了许多晶体学家和凝聚态物理学家们的极大重视.各国科学家都争先用X射线衍射,中子衍射,电子衍射和高分辨电子显微镜等手段,对这种新材料进行了深入的研究,很快就弄清了它的结构特征.这些研究表明了它既不是晶体,也不完全是非晶体,而是一种介于晶体和非晶体之间的一种具有特殊排列方式的材料.并给它以“准晶体”这一新概念.     

评《晶体学中的对称群》一书

近年来国内外出版了有关晶体对称性的若干好著作.如唐有祺的《对称性原理》(1977);Burns & Glazer的《固体科学家的空间群(SpaceGroup for Solid State Scientists)》(1978);Buerger的《基础晶体学(Elementary Crystallography)》(1978); Veinshtein等的《现代晶体学(Moclern　Crystallopraphy)Ⅰ,Ⅱ》(1982)以及Shubmikov等的《彩色对称性(ColouredSymmetry)》(1964)等书.由王仁卉、郭可信著的《晶体学中的对称群》一书(科学出版社出版,1990年第一版)与上述各书比较具有它的特点. 1983年新出版的《国际晶体学表(Intern-ational Tab…     

科学大家人生典范——纪念著名科学家郭可信先生

郭可信先生是我国著名物理冶金学家、晶体学家．他在物理冶金、特别是在合金中晶体结构与缺陷及准晶研究等方面取得了卓越的成就，为国家做出了突出贡献．1985年第8期的《物理》发表了郭先生撰写的《五次对称与准晶态》一文，介绍和评述了他领导的研究组发现五次对称和Ti-Ni-V二十面体准晶的重要创新成果，这项成果在国际学术界产生了重要影响并获高度评价，被称为“中国相”，并于1987年获得国家自然科学一等奖．此后郭可信先生和《物理》结下了深厚情谊，并不断以深入浅出的方式评述和介绍他领导的研究组取得的在国内外有重要影响的成果，如1991年第1期的《物理》发表了他撰写的《8次、12次对称及有关准晶的发现——王宁、陈焕获第二届吴健雄物理奖项目》一文，受到读者广泛关注．2006年12月13日，郭可信先生不幸逝世，我刊特组织纪念郭先生的专题，以表达我们对先生的深切悼念和哀思，先生的创新精神和风范长存．[编者按]     

晶体几何系列之一 晶体的点群与空间群

晶体具有规则的外形,来自内部原子的规则排列。晶体具有最小的重复单元,是由最小重复单元在三维空间堆积起来的,即晶体具有平移对称性。对称性可以用群这个数学概念来表征。平移对称性限制了晶体重复单元只有n=1,2,3,4,6次转轴,因此晶体只有32种点群(单胞的对称性)。32种点群同三维空间中平移操作的组合,决定了晶体只有230种空间群。不管有多少种具体的晶体,按照对称性分类只有230种。二维情形下,n=1,2,3,4,6次转轴加上镜面反映只能得到10种点群;10种点群与二维空间中的平移操作组合,只能得到17种二维空间群。远在人类有群论知识之前,许多文明都认识到了二维晶体只有17种对称性,反映在二维装饰图案比如窗棂的设计上。     

LiNbO_3晶体在75℃附近赝考塞耳线衍射异常

用X射线发散束背反射赝考塞耳线衍射方法发现纯LiNbO_3和扩Ti的LiNbO_3晶体在75℃附近的衍射花样有明显的异常。(11010),(01110),(0118),(1108),(03312),(33012)等衍射面的考塞耳花样出现成对的大范围非断裂的畸变。畸变接近二次对称,对称面为x面。破坏了沿z轴方向的三次对称性。同时发现高角度的衍射面畸变α较小,或不畸变。布喇格角较小的衍射面畸变较甚。     

2011年度值得推荐的物理学新书

现代晶体学(第1卷)晶体学基础:对称性和结构晶体学方法(第2卷)晶体的结构出版社:中国科学技术大学出版社作者:[俄]B·K·伐因斯坦等开本:16开页码:432(第1卷)/472(第2卷)定价:60元/卷购书电话:0551-3607216内容简介:《现代晶体学》由4卷组成,原著俄文版和英文版近乎同时出版,出版后曾在整个学术界引起了极大反响.该书是著名晶体学家B·K·伐因斯坦主编的晶体学经     

LiNbO3晶体在75℃附近赝考塞耳线衍射异常

用X射线发散束背反射赝考塞耳线衍射方法发现纯LiNbO₃和扩Ti的LiNbO₃晶体在75℃附近的衍射花样有明显的异常。(11010),(01110),(0118),(1108),(03312),(33012)等衍射面的考塞耳花样出现成对的大范围非断裂的畸变。畸变接近二次对称,对称面为x面。破坏了沿z轴方向的三次对称性。同时发现高角度的衍射面畸变α较小,或不畸变。布喇格角较小的衍射面畸变较甚。 关键词：     

光发射谱测量发现准晶能带结构

固体能带论将电子在晶格中的运动表述为布洛赫波 (振幅受晶体周期调制的一系列不同波长ｋ的平面波 ) ,它是近代固体物理学的范式之一 .1984年 ,由于准晶的发现 ,能带论的适用性受到了挑战 .今天 ,随着准晶研究的不断深入 ,人们终于在能带论和准晶之间找到了新的契合点 .晶体的平移周期性是指将一种基块无空隙、不重叠地堆砌 ,即可构建出整个晶格 .对于准晶来说 ,情况却大相径庭 .研究表明 ,为了构成 5次对称或10次对称的二维准晶 ,或者至少需要两种基础拼块 ,或者 (在使用一种拼块的条件下 )应允许拼块的复叠 (ｃｏｖｅｒａｇｅ) .复叠概念…     

固体的光散射讲座第三讲 晶格振动的喇曼散射

晶体的喇曼散射是研究晶体内部结构的一种简单而有效的成熟方法.它对研究材料的结构和结构相变以及各种特殊条件下的晶体状态有着重要的作用.本文先从晶体的对称性出发,讨论晶格振动的分类,并以k=0处的晶格振动为例,介绍晶格振动模的对称类的分类.然后简述晶体喇曼散射的机理以及对晶体喇曼谱的实验研究. 一、晶体的对称性 我们知道,分子具有一定的点对称性,即保持体系中一点位置不变,对体系施以转动、反射或反演等(点)对称操作,体系仍处于与操作前等效的状态.晶体不仅也具有这种点对称性,而且由于其中原子排列的周期性,晶体还具有平移对称…     

二维轴对称图象高阶胡氏不变矩快速算法的改进

提出了基于二维轴对称性目标图象矩快速算法的实用化改进方案.算法实用化改进是通过两个命题的证明实现的.一是通过轴对称目标图象质心在对称轴上的命题证明,实现了将二维轴对称图象矩快速算法用于轴对称性图象中心矩的计算;二是通过目标图象以坐标系中任意两点为圆心,旋转相同角度,结果图象具有平移性的命题证明,实现了算法用于对旋转不同角度的对称目标图象的中心矩的计算改进.在此基础上,完成了二维轴对称目标图象高阶胡氏不变矩实用化快速算法的实现.实验证明,该算法具有较好的实时性能,且具有较小的引入误差.     

热致液晶的结构与分类

液晶是一种凝聚态物质,它的特性与结构介于晶体与各向同性液体之间,实际上是有序流体,它具有各向异性的物理性质.有时又被称作中间相或介品相. 液晶具有一定的长程取向有序,其分子按某一从优方向排列,这是其物理性质各向异性的主要原因.然而,液晶又是平移无序或部分平移无序的,因而又具有某些类似液体的性质,它可以形成液滴和具有一定的流动性.由于平移对称性的不同,液晶形成各种不同的相. 各种类型的液晶相几乎填充了从各向同性液体到晶体之间在有序性上的所有空隙.例如,向列相很接近液体,然而某些近晶相却会具有三维结构.具有立方结构的近…     

m面GaN平面内结构和光学各向异性研究

采用金属有机物化学气相淀积方法在铝酸锂LiAlO₂衬底上外延生长m面GaN薄膜.X射线衍射测量的结果表明所得薄膜具有较理想的m面晶体取向,并对其各向异性的应变进行了计算,摇摆曲线的测量发现样品存在明显的面内结构各向异性.采用偏振光致发光研究材料的面内光学各向异性,发现随着偏振角度的改变,发光峰的峰位和强度均有明显变化,并用对称性破缺导致价带子带劈裂的理论对结果进行了解释. 关键词： m面GaN 结构各向异性 偏振光致发光     

超导理论中的某些问题

借助格林函数方法,本文讨论了现代超导理论中的一些问题和它的物理图象。发现有一支q~2/m型的元激发存在,它相当于Cooper对的平移,并分析了它所引起的结果。