Cấu trúc tinh thể là sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử trong một tinh thể.

Trong khoáng vật học và tinh thể học, cấu trúc tinh thể đại diện cho cách các nguyên tử được sắp xếp trong tinh thể. Nó bao gồm một ô cơ sở và nhiều nguyên tử được xếp theo một cách đặc biệt, lặp lại liên tục trong không gian ba chiều theo mạng Bravais. Kích thước của ô đơn vị trong các chiều khác nhau gọi là thông số mạng hay hằng số mạng. Tinh thể có thể thuộc về các nhóm không gian khác nhau dựa trên tính chất đối xứng của ô đơn vị.

Cấu trúc và tính đối xứng của tinh thể ảnh hưởng lớn đến các đặc tính liên kết, tính chất điện và quang của nó.

Ô đơn vị là phần cơ bản trong cấu trúc tinh thể.

Ô đơn vị là cách sắp xếp các nguyên tử trong không gian ba chiều. Khi lặp lại, nó sẽ chiếm đầy không gian và tạo thành tinh thể. Vị trí của các nguyên tử trong ô đơn vị được mô tả bởi hệ đơn vị hay hệ cơ sở, bao gồm ba thông số tương ứng với ba chiều không gian (x_i, y_i, z_i).

Mỗi cấu trúc tinh thể có một ô đơn vị quy ước, thường được chọn để mạng tinh thể có tính đối xứng cao nhất. Tuy nhiên, ô đơn vị quy ước không phải luôn nhỏ nhất. Ô mạng cơ sở (Tế bào đơn vị) là lựa chọn nhỏ nhất từ đó có thể tạo thành tinh thể bằng cách lặp lại ô nguyên tố. Ô Wigner-Seitz là một loại ô nguyên tố với tính đối xứng giống mạng tinh thể.

Hệ tinh thể

Hệ tinh thể là tập hợp các điểm của mạng tinh thể với các phép đối xứng quay và phản xạ mà không làm thay đổi vị trí của điểm trong mạng tinh thể. Hệ tinh thể không chứa nguyên tử trong ô đơn vị, mà chỉ là các biểu diễn hình học. Có bảy hệ tinh thể: hệ lập phương (đơn giản nhất và đối xứng cao nhất), hệ sáu phương, hệ bốn phương, hệ ba phương (hình mặt thoi), hệ thoi, hệ một nghiêng và hệ ba nghiêng. Một số nhà tinh thể học coi hệ ba phương là phần của hệ sáu phương.

Phân loại các loại mạng tinh thể

Mạng Bravais là tập hợp các điểm được hình thành từ một điểm gốc thông qua các bước phân tách nhất định được xác định bởi các véc tơ cơ sở. Trong không gian ba chiều, có tổng cộng 14 mạng Bravais, phân biệt bởi các nhóm không gian. Tất cả các vật liệu có cấu trúc tinh thể đều thuộc một trong những mạng Bravais này (trừ các giả tinh thể). 14 mạng tinh thể được phân loại theo các hệ tinh thể khác nhau như được trình bày bên phải của bảng.

Cấu trúc tinh thể bao gồm một mạng tinh thể với ô đơn vị và các nguyên tử đặt tại các nút mạng của các ô đơn vị đó.

Nhóm điểm và nhóm không gian

Nhóm điểm tinh thể học hay lớp tinh thể là tập hợp các phép đối xứng không tịnh tiến, dưới tác động của chúng, tinh thể sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Tổng cộng có 32 lớp tinh thể.

Nhóm không gian của một cấu trúc tinh thể được hình thành từ các phép đối xứng tịnh tiến cộng với các phép đối xứng của nhóm điểm. Tổng số nhóm không gian là 230.

Sai hỏng mạng

Trong các tinh thể thực tế, thường xuất hiện các sai hỏng mạng hoặc các điểm bất thường trong cấu trúc tinh thể lý tưởng. Những sai hỏng này ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ và điện của tinh thể thực. Đặc biệt, sự bất định trong tinh thể giúp tinh thể dễ biến dạng hơn nhiều so với tinh thể hoàn hảo.

• Mạng tinh thể
• Tinh thể học
• Sai hỏng mạng tinh thể
• Nuôi tinh thể
• Tinh thể lỏng
• Liên kết tinh thể
• Tinh thể mầm
• Khoa học vật liệu
• Công nghệ vật liệu
• Gốm
• Kim loại học

Liên kết ngoài

(bằng tiếng Anh)

• Phụ lục A từ tài liệu hướng dẫn phần mềm Atoms cho XAFS Lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2011 tại Wayback Machine
• Giới thiệu về Khoáng vật: Lớp và Hệ tinh thể Lưu trữ ngày 22 tháng 8 năm 2006 tại Wayback Machine