Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип кристаллической структуры
Type of crystal structure
В кристаллографии алмазная кубическая кристаллическая структура представляет собой повторяющийся узор из 8 атомов, который некоторые материалы могут приобретать при затвердевании. Хотя первым известным примером был алмаз, другие элементы 14-й группы также принимают эту структуру, включая α-олово, полупроводники кремний и германий, а также сплавы кремния и германия в любых пропорциях. Существуют также кристаллы, такие как высокотемпературная форма кристобалита, которые имеют схожую структуру: один тип атома (например, кремний в кристобалите) находится в позициях атомов углерода в алмазе, а другой тип атома (например, кислород) – на полпути между ними (см. Категория: Минералы в пространственной группе 227). Несмотря на то, что её часто называют алмазной решеткой, эта структура не является решеткой в строгом математическом смысле этого слова.
In crystallography, the diamond cubic crystal structure is a repeating pattern of 8 atoms that certain materials may adopt as they solidify. While the first known example was diamond, other elements in group 14 also adopt this structure, including α tin, the semiconductors silicon and germanium, and silicon–germanium alloys in any proportion. There are also crystals, such as the high temperature form of cristobalite, which have a similar structure, with one kind of atom (such as silicon in cristobalite) at the positions of carbon atoms in diamond but with another kind of atom (such as oxygen) halfway between those (see :Category:Minerals in space group 227). Although often called the diamond lattice, this structure is not a lattice in the technical sense of this word used in mathematics.
Кристаллографическая структура
Кубическая структура алмаза относится к пространственной группе Fdm (пространственная группа 227), которая соответствует гранецентрированной кубической решетке Браве. Решетка описывает повторяющийся узор; для алмазных кубических кристаллов эта решетка "декорирована" мотивом из двух тетраэдрически связанных атомов в каждой элементарной ячейке, разделенных на 1/4 ширины элементарной ячейки в каждом измерении. Алмазную решетку можно рассматривать как пару пересекающихся гранецентрированных кубических решеток, каждая из которых смещена на 1/4 ширины элементарной ячейки в каждом измерении. Многие полупроводниковые соединения, такие как арсенид галлия, β-карбид кремния и антимонид индия, имеют аналогичную структуру цинкбленда, в которой каждый атом имеет ближайших соседей из другого элемента. Пространственная группа цинкбленда – F3m, однако многие из его структурных свойств весьма схожи со структурой алмаза. Коэффициент атомного заполнения кубической структуры алмаза (доля пространства, которая была бы заполнена сферами, центрированными на вершинах структуры и максимально большими без перекрытия) значительно меньше (что указывает на менее плотную структуру), чем коэффициенты заполнения для гранецентрированной и объемноцентрированной кубических решеток. Структуры цинкбленда имеют коэффициенты заполнения выше 0,34 в зависимости от относительных размеров двух составляющих атомов. Расстояния до первого, второго, третьего, четвертого и пятого ближайших соседей, выраженные в единицах кубической постоянной решетки, равны соответственно .
Diamond's cubic structure is in the Fdm space group (space group 227), which follows the face centered cubic Bravais lattice. The lattice describes the repeat pattern; for diamond cubic crystals this lattice is "decorated" with a motif of two tetrahedrally bonded atoms in each primitive cell, separated by of the width of the unit cell in each dimension. The diamond lattice can be viewed as a pair of intersecting face centered cubic lattices, with each separated by of the width of the unit cell in each dimension. Many compound semiconductors such as gallium arsenide, β silicon carbide, and indium antimonide adopt the analogous zincblende structure, where each atom has nearest neighbors of an unlike element. Zincblende's space group is F3m, but many of its structural properties are quite similar to the diamond structure. The atomic packing factor of the diamond cubic structure (the proportion of space that would be filled by spheres that are centered on the vertices of the structure and are as large as possible without overlapping) is significantly smaller (indicating a less dense structure) than the packing factors for the face centered and body centered cubic lattices. Zincblende structures have higher packing factors than 0.34 depending on the relative sizes of their two component atoms. The first , second , third , fourth , and fifth nearest neighbor distances in units of the cubic lattice constant are respectively.
Механические свойства
Прочность на сжатие и твердость алмаза и различных других материалов, таких как нитрид бора (который имеет близкородственную структуру цинковой обманки), обусловлены алмазной кубической структурой. Аналогично, ферменные системы, соответствующие алмазной кубической геометрии, обладают высокой способностью выдерживать сжатие за счет минимизации длины нераскошенных стержней. Алмазная кубическая геометрия также рассматривалась для обеспечения структурной жесткости, однако более эффективными для этой цели оказались структуры, состоящие из скелетных треугольников, такие как октетная решетка.
The compressive strength and hardness of diamond and various other materials, such as boron nitride, (which has the closely related zincblende structure) is attributed to the diamond cubic structure. Similarly, truss systems that follow the diamond cubic geometry have a high capacity to withstand compression, by minimizing the unbraced length of individual struts. The diamond cubic geometry has also been considered for the purpose of providing structural rigidity though structures composed of skeletal triangles, such as the octet truss, have been found to be more effective for this purpose.