Программа CRYSTAL предназначена для выполнения простейших геометрических операций с различными кристаллическими структурами, как наиболее известными, уже заложенными в программу, так и произвольными, задаваемыми пользователем. Программа позволяет строить плоскую и трехмерную проекции вдоль произвольного направления, а также на качественном уровне сравнивать условия для движения частиц в различных направлениях в кристалле.
1
) Программа демонстрации кристалла имеет две версии: CRYSTAL (версия для MS-DOS) и CRYSTALW (версия для MS-Windows). Эти программы сходны по своим функциям и отличаются небольшими деталями.Дальнейшее описание относится к версии для MS-DOS, но столь же прост и понятен интерфейс и программы для Windows.
2) При запуске программа выдает два меню:
а) выбор типа решетки --- с перечислением основных типов кристаллов (ПК, ОЦК, ГЦК, гексагональная, ГПУ, алмаз), а также пунктами ``User Defined'' для ввода структур,
данные для которых занесены во входной файл ``struct3d.dat'' и ``Exit''--- для выхода.б) выбор типа проекции --- одна ячейка, несколько ячеек, каналограмма, плоская проекция, эффект теней. Кроме того, в новой версии программы добавлены пункты для иллюстрации рассеяния волн кристаллом.
Для выбора нужно использовать стрелки ``вниз'' и ``вверх
'' и ``Enter'', для переключения между меню --- стрелки ``влево'' и ``вправо'' или табуляцию. Для выбора из структур, определенных пользователем, нужно нажать соответствующую букву.3) После этого программа показывает кристалл и выделяет одну ячейку со всеми содержащимися в ней частицами. Кроме того, подписываются основные ближайшие к выбранному кристаллографические направления кристалла.
Для работы с кристаллом имеются следующие возможности:
а) Для вращения кристалла можно использовать стрелки, либо кнопками ``F1 -- F6'' задать интересующее направление, меняя индексы Миллера, отображаемые в левом верхнем углу экрана.
б) Кнопки ``+'' и ``---'' позволяют изменять расстояние, с которого проектируется кристалла. Так, использование ``+'' позволяет более детально осмотреть выбранное направление и ближайшие соседние, приводя после нескольких нажатий к практически плоской проекции. Нажатие ``---'', наоборот, дает общий обзор всех направлений, выделяя лишь основные.
в) Нажатие ``Enter'' выводит плоскую проекцию кристалла.
Далее демонстрируется получение минимальных векторов в плоскости, переводящих плоскую проекцию кристалла в себя. После нажатия любой кнопки из имеющихся векторов строится новый, меньшей длины, как сумма или разность имеющихся. Процесс заканчивается построением минимальной пары векторов.
4) Выйти в основное меню можно с помощью ``Esc''. Нажатие ``Esc'' в нем приводит к выходу из программы.
Пункт основного меню ``User Defined'' предоставляет возможность пользователю задать свой тип кристалла. Для этого необходимо изучить структуру входного файла ``struct3d.dat'' в рабочей директории программы, содержащего всю необходимую для работы программы информацию: надписи в меню, координаты векторов элементарных трансляций и координаты частиц в элементарной ячейке.
Разобравшись с его устройством, можно самостоятельно менять структуру кристалла, например, вводя деформацию имеющейся решетки, или даже задавать свои кристаллические структуры.
Файл состоит из нескольких записей, по одной на каждый тип кристалла. Все записи имеют следующий формат по строкам:
1) Символьная строка для выдачи на экран в меню.
2
) Масштабный коэффициент для пересчета физических или условных единиц в размер отображения на экране.3) ax, bx, cx
4) ay, by, cy
--- Координаты базисных векторов кристалла.5) az, bz, cz
6) n, k --- целые числа, n --- минимальное число частиц в ячейке, достаточное для построения кристалла (сами вектора см. 7,8,9), k --- число всех частиц в ячейке и на ее границах (используется лишь для наглядности показа ячейки).
7) ai, ( i={1┘n} ), ai, ( i= { n+1 ┘ k} )
8) bi, ( i={1┘n} ), bi, ( i= { n+1 ┘ k} )
9) ci, ( i={1┘n} ), ci, ( i= { n+1 ┘ k} )
Строки 7), 8), 9)
--- Минимальный и полный набор векторов частиц в ячейке в единицах векторов элементарных трансляций:
Pi=ai a + bi b + ci c. Так, задание тройки координат столбцом (.5, .5, 0 ) всегда указывает центр грани, независимо от ее размеров и формы.В начальном варианте файл содержит несколько записей для стандартных кристаллических ячеек и запись специально для введения других решеток.
В версии программы для Windows структура файла аналогична, но несколько расширена для включения более сложных структур.
[1] А. А. Кацнельсон, ``Введение в физику твердого тела'', Изд-во Московского университета, 1984
[2] Ч. Киттель, ``Введение в физику твердого тела'', Госуд. изд-во физико-математической литературы, Москва, 1962, Глава 1.
[3] Ч. Киттель, ``Элементарная физика твердого тела'', Москва, ``Наука'', 1965, Глава 1.
[4] В. В. Балашов, ``Строение вещества'', Изд-во Московского университета, 1993
Данная работа поддержана грантом РФФИ--2000, проект 00--02--17207. Демонстрационную версию программы можно найти на Web--страничке кафедры физики атомного ядра и квантовой теории столкновений сайта НИИЯФ МГУ: http://www.sinp.msu.ru/np_chair.php3. Договориться о регистрации и условиях использования программы и получить регистрационный код можно по тел. 939--25--13 или E-mail: bibikov@monet.npi.msu.su