A Journey into Reciprocal Space: Perspectiva unui cristalograf

Titlul original:

A Journey into Reciprocal Space: A Crystallographer's Perspective

Conținutul cărții:

Conceptul de spațiu reciproc este vechi de peste 100 de ani și a fost utilizat în special de cristalografi pentru a înțelege modelele de pete atunci când razele X sunt difractate de cristale. Cu toate acestea, are o utilizare mult mai generală, în special în fizica stării solide.

Pentru a înțelege ce este, cum se construiește și cum se utilizează, este necesar mai întâi să începem cu așa-numitul spațiu real sau direct și apoi să arătăm cum este legat spațiul reciproc de acesta. Spațiul real descrie obiectele pe care le vedem în jurul nostru, în special în ceea ce privește cristalele, formele și simetriile lor fizice, precum și aranjamentul atomilor în interiorul acestora: așa-numita structură cristalină. Pe de altă parte, spațiul reciproc se ocupă de cristale așa cum sunt ele văzute prin imaginile lor de difracție.

Într-adevăr, cristalografii sunt obișnuiți să lucreze invers, de la imaginile de difracție la structurile cristaline, ceea ce se numește soluția structurii cristaline. În fizica stării solide, se lucrează de obicei în sens invers, pornind de la spațiul reciproc pentru a explica diverse proprietăți ale stării solide, cum ar fi fenomenele termice și electrice.

În această carte, pornesc de la punctul de vedere al cristalografului cu privire la spațiul real și spațiul reciproc și apoi dezvolt acest lucru într-o formă adecvată pentru aplicațiile din fizică. Rețineți că, în timp ce pentru cristalograf spațiul reciproc este un mijloc util de a face față difracției, pentru fizicianul de stare solidă acesta este gândit ca o modalitate de a descrie formarea și mișcarea undelor, caz în care fizicianul se gândește la spațiul reciproc în termeni de moment sau spațiu k-vector de undă. Acest lucru se datorează faptului că, pentru structurile periodice, o caracteristică a cristalelor normale, excitațiile cuantice elementare, de exemplu fononii și electronii, pot fi descrise atât ca particule, cât și ca unde.

Tratamentul prezentat aici va fi neapărat scurt, dar sper că va fi suficient pentru a-l determina pe cititor să se bazeze pe conceptele descrise. Am încercat să scriu această carte într-o formă potrivită atât pentru studenții universitari, cât și pentru absolvenții a ceea ce astăzi numim "fizica materiei condensate".