Podróż w przestrzeń wzajemną: Perspektywa krystalografa

Oryginalny tytuł:

A Journey into Reciprocal Space: A Crystallographer's Perspective

Zawartość książki:

Koncepcja przestrzeni odwrotnej ma ponad 100 lat i była szczególnie wykorzystywana przez krystalografów w celu zrozumienia wzorów plam, gdy promienie rentgenowskie są dyfrahowane przez kryształy. Ma ono jednak znacznie bardziej ogólne zastosowanie, zwłaszcza w fizyce ciała stałego.

Aby zrozumieć, czym ona jest, jak ją skonstruować i jak z niej korzystać, należy najpierw zacząć od tak zwanej przestrzeni rzeczywistej lub bezpośredniej, a następnie pokazać, w jaki sposób przestrzeń wzajemna jest z nią powiązana. Przestrzeń rzeczywista opisuje obiekty, które widzimy wokół nas, zwłaszcza w odniesieniu do kryształów, ich fizycznych kształtów i symetrii oraz układów atomów w nich: tak zwanej struktury kryształu. Z drugiej strony przestrzeń odwrotna zajmuje się kryształami widzianymi przez ich obrazy dyfrakcyjne.

Rzeczywiście, krystalografowie są przyzwyczajeni do pracy wstecz od obrazów dyfrakcyjnych do struktur krystalicznych, które nazywamy rozwiązaniem struktury krystalicznej. W fizyce ciała stałego zwykle działa się w drugą stronę, zaczynając od przestrzeni odwrotnej, aby wyjaśnić różne właściwości ciała stałego, takie jak zjawiska termiczne i elektryczne. W tej książce zaczynam od krystalograficznego punktu widzenia na przestrzeń rzeczywistą i odwrotną, a następnie rozwijam ją w formie odpowiedniej do zastosowań w fizyce.

Należy zauważyć, że podczas gdy dla krystalografa przestrzeń odwrotna jest wygodnym sposobem radzenia sobie z dyfrakcją, dla fizyka ciała stałego jest to sposób na opisanie powstawania i ruchu fal, w którym to przypadku fizyk myśli o przestrzeni odwrotnej w kategoriach pędu lub wektora falowego k-przestrzeni. Dzieje się tak dlatego, że w przypadku struktur periodycznych, charakterystycznych dla normalnych kryształów, elementarne wzbudzenia kwantowe, np. fonony i elektrony, można opisać zarówno jako cząstki, jak i fale.

Przedstawione tu rozważania będą z konieczności skrótowe, ale mam nadzieję, że wystarczy to czytelnikowi do rozwinięcia opisanych koncepcji. Starałem się napisać tę książkę w formie odpowiedniej zarówno dla studentów studiów licencjackich, jak i magisterskich tego, co dziś nazywamy "fizyką materii skondensowanej".