
【化】 non-crystallographic symmetry
非晶体学对称性(Non-crystallographic Symmetry)指在非晶体材料或非周期性结构中观察到的对称性特征。与晶体学对称性(受限于230个空间群)不同,这类对称性不受晶体平移周期性的约束,可表现出晶体学不允许的旋转对称轴(如5次、8次、10次、12次轴等)。该概念在准晶、生物大分子组装体、非晶态合金等领域尤为重要。
对称性的本质
对称性描述物体在旋转、平移、反射等操作下保持不变的性质。晶体学对称性严格遵循空间群理论,其旋转对称轴仅限于2、6次轴。而非晶体学对称性突破了这一限制,允许更高次或非整数次对称轴的存在。例如,准晶中常见的五重对称轴(5-fold symmetry)即属于典型的非晶体学对称性 。
非晶态材料的特殊性
非晶体(如玻璃、非晶合金)缺乏长程有序性,其原子排列仅存在短程或中程有序。此类材料可能通过局域对称单元(如二十面体团簇)形成非晶体学对称性,影响材料的力学与电磁性能 。
生物学中的应用
在病毒衣壳、蛋白质复合物等生物结构中,非晶体学对称性协调亚基的组装。例如,某些病毒衣壳采用二十面体对称性(含5、3、2次轴),其对称性虽不符合晶体学规则,却实现了高效的空间填充 。
国际晶体学联盟(IUCr)
明确定义晶体学对称性需满足平移周期性,而非晶体学对称性则适用于不具备该条件的体系 。
材料科学领域
非晶合金中的局域五重对称性被证实与材料韧性相关,此类对称性通过高分辨电镜与散射技术表征 。
来源: Progress in Materials Science 期刊综述(DOI:10.1016/j.pmatsci.2020.100722)
结构生物学领域
病毒衣壳的对称性分类包含“非晶体学对称性”,用于描述非等效亚基间的几何关系 。
来源: Journal of Molecular Biology 文献(DOI:10.1016/j.jmb.2015.07.009)
中文术语 | 英文术语 | 定义场景示例 |
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非晶体学对称性 | Non-crystallographic Symmetry | 准晶结构分析 |
五重对称轴 | 5-fold Rotation Axis | 二十面体准晶模型 |
局域对称单元 | Local Symmetry Cluster | 非晶合金的原子团簇 |
旋转对称操作 | Rotational Symmetry Operation | 生物大分子组装 |
“非晶体学对称性”这一术语需要拆解为“非晶体”和“对称性”两部分来理解,结合其科学背景可解释如下:
非晶体是指内部粒子(原子、分子等)排列无序的固体,缺乏长程周期性结构。例如玻璃、石蜡等。其特点包括:
对称性指晶体在几何形状或物理性质上存在规律重复的特性,如旋转对称、镜像对称等。这是由晶体内部原子规则排列决定的。
非晶体虽无长程有序结构,但可能存在以下形式的对称性:
“非晶体学对称性”并非传统晶体学中的对称性概念,而是描述非晶体材料中因无序结构产生的特殊对称现象,如各向同性或统计意义上的均匀性。这一术语多用于材料科学领域,需结合具体上下文进一步明确其定义。
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