Kiderakenteita

Kiderakenteita ovat kiteisten aineiden pysyvät, säännölliset järjestykset, joissa atomit, ionit tai molekyylit toistuvat kolmiulotteisesti. Rakenteen keskeisin elementti on yksikkösolu, jonka koko, kulmat ja symmetria määrittävät koko kideverkon rakenteen. Kiderakenteet voidaan kuvata Bravais-lattioiden kautta, joita on 14 erilaista, ja niitä täydentävät erilaiset symmetrian tilanryhmät. Näiden rakenteiden yleinen ilmentymä on yksikkösolun toisto, jonka jatkuvuus luo kiteisen verkon säännöllisyyden.

Kiderakenteet voidaan luokitella lattice-tilan mukaan sekä klassisten kiteisten järjestelmien kautta. Yleisiä käsitteitä ovat yksikkösolun pituudet, kulmat sekä atomien tai ionien tarkat paikat tilassa. Erityisesti tilanryhmien ja Bravais-lattian yhdistelmät määrittävät sen, miten atomit voivat asettua suhteessa toisiinsa. Kiderakenteet voivat olla täydellisiä tai niihin liittyy puutteita ja epäjatkuvuuksia, joita kutsutaan defekteiksi, ja ne voivat ilmetä polymorfismina, jolloin sama aine muodostaa eri kiderakenteita olosuhteista riippuen.

Kiderakenteiden tutkimuksessa käytetään erilaisia diffraktiomenetelmiä. Röntgen-diffraktio (XRD) on yleisin tapa määrittää yksikkösolun parametrit, tilanryhmät ja ainesosan atomirakenteet. Neutronidiffraktio antaa lisätietoa kevyiden atomien ja magnetisen järjestyksen osalta, kun taas elektronidiffraktio ja elektronimikroskooppi tuottavat käytännön tietoa nanoskoossa. Tulokset vaikuttavat materiaaleihin, kuten tiheyteen, lujuuteen, sähkö- ja johtavuuteen sekä optisiin ominaisuuksiin.

Esimerkkejä kiderakenteista ovat natriumkloridin rock-salt -rakenteen NaCl, hiili-diamondin kolmiulotteinen verkko ja kvartsin SiO2::n trigonaalinen/kuvioitu rakenne. Kiderakenteet ovat keskeisiä materiaalien ominaisuuksien ja toimintojen ymmärtämisessä sekä uusien materiaalien suunnittelussa.