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 базис обратной решетки, который определяется через вектора элементарных трансляций прямой решетки:

⃗a∗=2π(√3/3,1/3,0)/(ac)
⃗b∗=2π(√3/3,−1/3,0)/(ac)
⃗c∗=2π(0,0,1/c)

Таким образом, базис обратной решетки будет иметь вид:

⃗G1=2π(√3/3,1/3,0)/(ac)
⃗G2=2π(√3/3,−1/3,0)/(ac)
⃗G3=2π(0,0,1/c)

Для построения первой зоны Бриллюэна необходимо найти точки, которые находятся на равном расстоянии от центра зоны Бриллюэна и ближайших точек обратной решетки. Центр зоны Бриллюэна находится в точке:

⃗K=2π(1/3,1/3,0)/(a)

Расстояние от центра зоны Бриллюэна до ближайших точек обратной решетки можно найти, используя формулу:

|⃗K−⃗G|=(2π/|⃗G|)sin(|⃗K×⃗G|/2)

Таким образом, расстояния от центра зоны Бриллюэна до граней, рёбер и вершин зоны будут иметь следующие значения:

- Расстояние до грани, параллельной вектору ⃗a∗: 4π/(3a)
- Расстояние до грани, параллельной вектору ⃗b∗: 4π/(3a)
- Расстояние до грани, параллельной вектору ⃗c∗: 2π/c
- Расстояние до ребра, образованного векторами ⃗a∗ и ⃗b∗: 4π/(3√3a)
- Расстояние до ребра, образованного векторами ⃗b∗ и ⃗c∗: 2π/(3√3c)
- Расстояние до ребра, образованного векторами ⃗c∗ и ⃗a∗: 2π/(3a)
- Расстояние до вершины, образованной пересечением трех граней: 4π/(3√3a)

Первая зона Бриллюэна для простой гексагональной решетки выглядит как шестиугольник с вершинами в точках:

⃗K1=2π(1/3,1/3,0)/(a)
⃗K2=2π(−1/3,1/3,0)/(a)
⃗K3=2π(−1/3,−1/3,0)/(a)
⃗K4=2π(1/3,−1/3,0)/(a)
⃗K5=2π(0,0,1/c)
⃗K6=2π(0,0,−1/c)

Изображение первой зоны Бриллюэна: