这学期在啃固体物理,卡在倒格子上很久了。
教材上倒空间那张图是印死的,公式给了一堆,aᵢ·bⱼ = 2πδᵢⱼ 也背下来了,但脑子里始终立不起来:倒格子到底长什么样?布里渊区边界为什么切在那儿?盯着静态插图想不通,拿草稿纸画也画不立体。
于是我干脆自己写了一个:把公式、三维模型和动态过程放进一个网页,哪步不懂就转一转、拖一拖、改个参数看看会怎样。
断断续续折腾了几天,起名「物理空间实验室」,初版上线了:
打开就能玩,不用安装,手机浏览器也能用,数据全存本地。
里面有什么
现在有五个能动手的模块,外加一页参考:
- 晶格与倒格子:核心模块。八种晶体结构可以切,SC/BCC/FCC/HCP 这些金属常见的,也有 NaCl、金刚石这种双原子的。三维模型随便拖,能拆开原子层看堆积方式,真实空间和倒空间并排对照,配位数、堆积因子这些数字就摆在旁边;
- 声子与色散:一维原子链,调质量、劲度、波数,看行波怎么变成驻波,布里渊区边界和群速度直接标在图上;
- 能带与费米面:紧束缚模型,调参数看能带怎么劈开;
- 指数与复指数、公式实验台:数学底座,傅里叶合成可以拖着玩;
- 晶系与布拉维:七大晶系加 14 种布拉维格子的参考页,能跳回晶格页对照实物模型。
另外每个模块配了预测题:先看着模型猜结果,答错了会告诉你去哪个视图验证,答对了讲讲为什么。学习记录只存在你自己浏览器里,不联网。
几个想说的细节
写这个最花时间的不是画模型,是保证别画错。
比如 FCC 的 (111) 面怎么切才算切在原子面上而不是切空,接触球的半径关系到底满不满足 2r = a,这些我都写了自动测试去对晶体学定义,测不过不改。所以它的定位也很明确:教学原型,帮你建立空间直觉,不能当专业晶体结构软件用。
接下来
任意 (hkl) 晶面截面在计划里,写好了会更新。
有兴趣的话戳上面的链接转一转。哪个概念看了还是不懂,评论区告诉我,我优先给它做可视化。