Построить обратную решётку и первую зону Бриллюэна для простой гексагональной решётки с постоянные a и c. Координаты векторов элементарных трансляций прямой решётки:

a⃗=(1/2a,−√3/2a,0) , ⃗b=(1/2a,√3/2a,0) , ⃗с=(0,0,c) . Определить координаты векторов обратной решётки. Изобразить первую зону Бриллюэна. Определить расстояния от центра зоны Бриллюэна до граней, рёбер и вершин зоны.

Для построения обратной решетки необходимо найти базисы обратной решетки, которые определяются следующим образом:

𝑏1⃗ ⋅ 𝑎1⃗ = 2π, 𝑏1⃗ ⋅ 𝑎2⃗ = 0, 𝑏1⃗ ⋅ 𝑐⃗ = 0
𝑏2⃗ ⋅ 𝑎1⃗ = 0, 𝑏2⃗ ⋅ 𝑎2⃗ = 2π/√3, 𝑏2⃗ ⋅ 𝑐⃗ = 0
𝑏3⃗ ⋅ 𝑎1⃗ = 0, 𝑏3⃗ ⋅ 𝑎2⃗ = 0, 𝑏3⃗ ⋅ 𝑐⃗ = 2π/c

Решая эти уравнения, находим:

𝑏1⃗ = (4π/3a,0,0)
𝑏2⃗ = (−2π/3a,2π/√3a,0)
𝑏3⃗ = (0,0,2π/c)

Теперь можно построить первую зону Бриллюэна. Для простой гексагональной решетки она имеет форму шестиугольника, ограниченного шестью точками, находящимися на серединах ребер прямоугольника, образованного векторами 𝑎1⃗ и 𝑎2⃗. Расстояние от центра зоны Бриллюэна до граней, ребер и вершин зоны можно найти, зная координаты базисных векторов обратной решетки:

Расстояние до граней: 2π/|𝑏1⃗| = π/√3a
Расстояние до ребер: 2π/|𝑏2⃗| = 4π/(√3a)
Расстояние до вершин: 2π/|𝑏3⃗| = c/π

Изобразим первую зону Бриллюэна на графике: