物質(zhì)是由原子、分子或離子組成的.當(dāng)這些微觀粒子在三維空間按一定的規(guī)則進(jìn)行排列,形成空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)時(shí),就形成了晶體.因此,具有空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的固體就叫晶體.事實(shí)上,絕大多數(shù)固體都是晶體.不過(guò),它們又有單晶體和多晶體之分.所謂單晶體,就是由同一空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)貫穿晶體而成的；而多晶體卻沒(méi)有這種能貫穿整個(gè)晶體的結(jié)構(gòu),它是由許多單晶體以隨機(jī)的取向結(jié)合起來(lái)的.例如,飛落到地球上的隕石就是多晶體,其主要成份是由長(zhǎng)石等礦物晶體組成的.而食鹽的主要成份氯化鈉（NaCl）卻是一種常見的單晶體,它是由鈉離子（Na+）和氯離子（Cl－）按一定規(guī)則排列的立方體所組成,從大范圍（即整個(gè)晶體）來(lái)看,這種排列始終是有規(guī)則的.因此,我們平常所看到的食鹽顆粒都是小立方體.又如鉆石,它是由碳原子在大范圍內(nèi)按一定的規(guī)則排列而成的晶體,人們常常在它的外表面加工出許多小面,使它變成多面體,由于它具有很高的折射率,又是透明的,所以,在陽(yáng)光照射下,它對(duì)光線產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射和折射,發(fā)出閃爍的光輝.值得注意的是,在晶體中,這樣晶瑩透明的有很多,但是,并不是所有透明的固體都是晶體,如玻璃就不是晶體.為什么呢?這是因?yàn)?組成玻璃的微觀粒子只是在一個(gè)很小的范圍內(nèi)作有規(guī)則的排列,而從大范圍來(lái)看,它們的排列是不規(guī)則的,因此,玻璃不是晶體.
自然界中形成的晶體叫天然晶體,而人們利用各種方法生長(zhǎng)出來(lái)的晶體則叫人工晶體.目前,人們不僅能生長(zhǎng)出自然界中已有的晶體,還能制造出許多自然界中沒(méi)有的晶體.人們發(fā)現(xiàn),晶體的顏色五彩紛呈,從紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫到各種混合顏色,簡(jiǎn)直應(yīng)有盡有,令人目不暇接.不過(guò),更加令人驚奇的是,晶體不僅美麗,還有許多重要的用途呢!
比如說(shuō)激光晶體.這是一種非常重要的晶體,它吸收足夠的能量之后能發(fā)出一種特殊的強(qiáng)光,我們叫它"激光",所以這種晶體叫做激光晶體.目前,人們已研制出數(shù)百種激光晶體.其中,紅寶石晶體是最引人注目的一種.這是因?yàn)?有一位美國(guó)科學(xué)家Maiman,曾在1960年利用這種晶體獲得了一項(xiàng)舉世矚目的重大科學(xué)成就--研制出世界上第一臺(tái)激光器.今天,這些激光晶體在軍事技術(shù)、宇宙探索、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等眾多領(lǐng)域內(nèi)都已得到了廣泛的應(yīng)用.例如,激光電視、激光彩色立體電影、激光雷達(dá)、激光手術(shù)刀等都是激光晶體在這些領(lǐng)域內(nèi)成功應(yīng)用的結(jié)果.又如水中通信,由于海水對(duì)紅光產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收,而對(duì)藍(lán)綠光則吸收得較少,因此,藍(lán)綠光在海水中能夠傳播較遠(yuǎn)的距離.利用這一特性,人們就可以利用激光晶體產(chǎn)生的藍(lán)綠光進(jìn)行水中通信和探索.
另一種重要的晶體恐怕要屬半導(dǎo)體晶體了.這是因?yàn)?由半導(dǎo)體晶體硅和鍺做成的各種晶體管,取代了原來(lái)的電子管,在無(wú)線電子工業(yè)上有著極其廣泛的應(yīng)用,由于它們的出現(xiàn),電子產(chǎn)品的體積大大減少,成本大幅度降低.可以說(shuō),沒(méi)有半導(dǎo)體晶體,就沒(méi)有無(wú)線電子工業(yè)的飛速發(fā)展,我們今天就不可能擁有隨身聽、超薄電視和筆記本電腦等體積小巧、攜帶方便的電子產(chǎn)品了.此外,光纖通訊技術(shù)也離不開半導(dǎo)體晶體.利用這種晶體做光源,人們就能在一根頭發(fā)絲般的光導(dǎo)纖維中傳遞幾十萬(wàn)路電話或幾千路電視,從而大大提高了信息傳遞的數(shù)量和質(zhì)量.試想,如果沒(méi)有這些半導(dǎo)體晶體,我們?cè)跄芸吹礁咔逦鹊碾娨?又怎能清楚地聽到從遙遠(yuǎn)的大洋彼岸傳來(lái)的親人的聲音呢?
不過(guò),在眾多性能之中,最奇妙的當(dāng)屬光折變效應(yīng)了.具有這種效應(yīng)的晶體叫光折變晶體.那么,這是怎樣一種效應(yīng)呢?原來(lái),當(dāng)外界微弱的光照到這種晶體上時(shí),晶體的折射率會(huì)發(fā)生變化,形成極為特殊的折射率光柵.憑借這種光柵,晶體便成為神通廣大的"齊天大圣",向人們演示出種種不可思議的奇妙現(xiàn)象：它可以在3cm3的體積中存儲(chǔ)5000幅不同的圖像,并可以迅速顯示其中任意一幅；它可以把微弱的圖像亮度增強(qiáng)1000倍；它可以精密地探測(cè)出小得只有10-7米的距離改變；它可以使畸變得無(wú)法辨認(rèn)的圖像清晰如初；它可以濾去靜止不變的圖像,專門跟蹤剛發(fā)生的圖像改變；它還可以模擬人腦的聯(lián)想思維能力!因此,這種奇妙的晶體一經(jīng)發(fā)現(xiàn),便引起了人們的極大興趣.目前,它已發(fā)展成一種新穎的功能晶體,向人們展示著良好的應(yīng)用前景.
此外,還有許多晶體,如電光晶體、聲光晶體、壓電晶體、熱釋電晶體、磁性晶體、超硬晶體等,它們?cè)诓煌募夹g(shù)領(lǐng)域中也起著重要的作用,在此就不一一列舉了.不過(guò),值得一提的是,近年來(lái),隨著光子晶體和納米晶體的出現(xiàn)和發(fā)展,掀起了微觀晶體的研究熱潮,使人類認(rèn)識(shí)達(dá)到了一個(gè)新的層次.可以相信,不久的將來(lái)我們將擁有更多、更奇妙的晶體.