Материал: tsure108

5.9 Осевые векторы ромбоэдрической решетки выражаются через осевые векторы гексагональной решетки следующим образом:

arR = 13 (arΓ −brΓ +crΓ ), brR = 13 (arΓ +2brΓ +crΓ ), crR = 13 (−2arΓ −brΓ +crΓ ).

Отсюда:

трического поля E совпадал с осью z . Тогда группа симметрии поля будет изоморфна группе матриц, удовлетворяющих уравнению

32

Из решения системы уравнений следует a13 = a23 = 0 и a33 =1. Сумма квадратов элементов одной строки такой матрицы (квадрат модуля единичного вектора) равна единице, т.е. a312 +a322 +a332 =1. Отсюда следу-

ет, что a31 = a32 = 0 . Это означает, что однородное электрическое поле инвариантно относительно всех движений пространства, которые описываются матрицами вида

где элементы матриц должны быть такими, чтобы det g = ±1. Если det g = +1, то полученные матрицы описывают повороты вокруг оси z на всевозможные углы (ось симметрии бесконечного порядка). При det g = −1 матрицы описывают отражения в бесконечном количестве плоскостей симметрии, проходящих через ось z . Таким образом, группа симметрии однородного электрического поля может быть обозначена как C∞v .

6.2 Кристаллы кварца принадлежат к классу 32. Поляризация кристаллов под действием одноосного сжатия возникает в том случае, если при этом в кристалле появляется единичное направление, являющееся в то же самое время и полярным. В классе 32 ось третьего порядка является единичным но не полярным направлением из-за присутствия перпендикулярных к этой оси осей второго порядка.

рядка, получаем, что симметрия кристалла в этой случае не изменяется:

32 I∞mmm = 32 .

||3

Следовательно, сжимая кварцевую пластинку, вырезанную так, что ее рабочие грани перпендикулярны оси 3 эффект поляризации не обнаружится.

При сжатии кристалла кварца вдоль одной из осей 2

32 I∞mmm = 2 ,

||2

из всех полярных направлений кристалла, расползающихся в плоскости, перпендикулярной оси 3 выделяется одно. Оно оказывается единичным и полярным. Следовательно, вдоль него и располагается вектор пьезоэлектрической поляризации. Таким образом, для получения пьезоэлектрического эффекта при действии одноосного сжатия кварцевую пластинку следует вырезать так, чтобы ее рабочие грани были перпендикулярны одной из осей 2.

6.3 а) m3m I∞mmm = 4 mmm

||4

б) m3m I∞mmm = 3m

||3

в) m3m I∞mmm = mmm .

||2

6.4mm , m .

6.5Компоненты вектора E :

углы определяются из соотношений:

cosα = jj1 = 0,398 , α = 66o , cos β = jj2 = 0,797 , α = 37o , cosγ = jj1 = 0,452 , α = 63o .

6.6Перпендикулярно направлению [001].

6.7Симметрия кварца 32, следовательно он является одноосным кристаллом и имеет два главных показателя преломления, n0 и ne . Показатель преломления обыкновенной волны n0 не зависит от направления.

Показатель преломления необыкновенной волны n'e зависит от направления, изменяясь от n0 до ne . Его

значение может быть найдено как радиус вектор оптической индикатрисы, лежащей в одной плоскости с нормалью к пластинке и перпендикулярной ей. Поскольку оптическая индикатриса одноосных кристаллов обладает осью симметрии бесконечного порядка, совпадающей с кристаллофизической осью X3, вектор r и

6.9 а) 2, б) 1, в) 3, г) 1.

6.10 C∞v .

7.1

34

7.2Pm3m , Pm3n , Fm3m , Fd3m , Im3m , Pn3n , Pn3m , Fm3c , Fd3c , Ia3d .

7.3Пусть трансляции a и b решетки располагаются в плоскости чертежа. Группа P 2b1 принадлежит к

Трансляция c перпендикулярна трансляциям a и b и, следовательно, перпендикулярна плоскости чертежа. Буква P в символе пространственной группы указывает на моноклинную примитивную решетку Браве, что означает отсутствие внутри элементарной трансляций более коротких чем a , b , c .

Изобразим элементы симметрии, указанные в символе пространственной группы: винтовую ось второго порядка, параллельную оси Z , и перпендикулярную оси плоскость скользящего отражения b .

Винтовые оси будут размножаться трансляциями a , b , (a +b)/ 2 , (b +c)/ 2 . Умножая поворот вокруг

винтовых осей на перпендикулярные трансляции a , b , (a +b)/ 2 , получим новые винтовые оси на половинках этих трансляций. Произведение поворотов вокруг винтовых осей и отражений в плоскости скольжения дает инверсию в точке, смещенной на (b −c)/ 4 относительно точки пересечения оси и плоскости (см. задачу 7.9).

Выберем начало координат в центре инверсии и обозначим границы основания элементарной ячейки.

7.4 Триклинной сингонии принадлежат две точечные группы 1 и 1 , и для нее характерна примитивная решетка Браве. Поэтому оба триклинных класса содержат лишь симморфные пространственные группы P1 и

P1 .

7.5 В пространственной группе P 2b1 имеются винтовые оси второго порядка, скользящие плоскости. Пре-

образуя плоскости скольжения в зеркальные и винтовые оси в поворотные и сводя все элементы симметрии в одну точку получим ось симметрии второго порядка и перпендикулярную ей плоскость отражения, что

соответствует точечной группе 2 m .

7.6 Зафиксируем произвольную точку 1 с координатами x , y , z внутри элементарной ячейки и будем действовать на нее операторами пространственной группы. Точка 2 получается из точки 1 операцией скользящего отражения в плоскости b , параллельной плоскости чертежа и поднятой на высоту c / 4 . Точка 3 получена из точки 1 поворотом вокруг винтовой оси второго порядка. Точка 4 получается из точки 1 инверсией в центре инверсии, расположенным на половине телесной диагонали элементарного параллелепипеда. Запишем координаты полученных точек.

Точка 2

I m4 mm .

7.8Плоскости скольжения типа a, b, зеркальная плоскость.

7.9Запишем в операторном виде произведение поворотов вокруг винтовой оси и отражений в плоскости отражения

mz b2 21z 2c = mz 21z mz 2c + b2 = 1 b2 − 2c