晶体学

晶体学是研究晶体中的原子（或离子）排列的结构形态以及结构形态变化规律的学科。50年代以来，中国物理工作者运用X射线、电子、中子等衍射和散射手段研究单晶和多晶的晶体结构，取得了多种结果。中华人民共和国成立初期，中国的X射线衍射研究，只有应用物理所陆学善等在合金的粉末衍射分析方面有过一些工作。不久，刘益焕开展了合金加工和热处理后结构、结构变化以及休姆-罗塞莱（Hume-Rothery）电子化合物中的有序无序相变及超结构的研究。吴乾章利用X射线多晶衍射物相分析方法，对耐火材料的耐用性进行研究。他们这些工作，对中国的X射线衍射分析研究起到了奠基作用。在建立和发展X 射线多晶衍射的技术和方法方面，物理所、上海硅酸盐所、化学所研制了精密型德拜-谢乐（Debye-Scherrer）照相机以及纪尼叶（Guinier）单色聚焦照相机和单色器。他们使用大直径德拜-谢乐照相机，通过修正偏心与吸收流移常数的方法，使测量晶体点阵常数的精确度达到五十万分之一，属于当时世界先进水平。同时，他们还推导出适用于低对称性的联立方程组来求解点阵常数；提出了适用于四方、六角、正交、单斜晶系的X射线粉末衍射图谱指标化的一种新图解法。陆学善和章综在利用X射线粉末衍射技术研究金属合金体系的有关晶体结构和超结构的工作中，发现了合金相中一类以氯化铯型为基本结构单位，空位做有序分布而形成的超结构相，指出决定其结构的主要因素是基本结构单位内所含的平均价电子数。
     这其中，最突出的成果是发现铝-铜-镍三元素的τ相内存在着8种结构。这8种结构都是以氯化铯型为基本结构单位，经畸变和空位沿六角晶系的z轴做有序分布而形成的10～17层的属于不同结构类型的超结构。用X射线衍射法对物质多型性进行的研究也曾取得良好成绩。上海硅酸盐所郭常霖等发现84种碳化硅新多型体，占到世界上所发现的150多种多型体的一半以上。他们还测定过10多个属于特殊结构系列的新多型体的晶体结构。物理所在对碘酸锂的相变研究中，发现碘酸锂相变过程存在着一系列中间相。这些工作，使人们对重建型相变有新的认识。物理所用多晶粉末衍射的方法测定过一系列金属间化合物和无机盐的晶体结构，如 FeGa，CoGa……测定的精确度达到了世界上公认的高水平。1955年，唐有祺在应用物理所组建了中国第一个单晶体结构分析的研究组。同年，在中国首次用X射线方法测定出一个单晶体结构。
     次年，吴乾章在应用物理所指导单晶体结构分析方法的研究，稍后，又倡导和组织了对结构分析“直接法”的研究，并最先组织了单晶体结构分析电子计算机程序的编写工作。1963年以来，范福海等对直接法进行大量研究，他们突破了晶体学中直接法只能应用于小分子单晶体的X射线衍射分析的狭小领域的局限，开展了将直接法应用于测定蛋白质结构的研究，在将直接法与传统的蛋白质结构分析方法-同晶型置换法和异常散射法相结合的研究中，取得了国际上迄今最佳的试验结果，从而把直接法的应用从小分子推广到大分子。范福海、郑启泰等就直接法处理晶体结构分析中关于由赝对称引起的衍射周相不确定性问题，即用直接法测定特殊的“超结构”问题进行了系统研究，阐明了这一问题的原因、表现形式及解决这一问题的方法理论；建立了一套系统的实用算法，并将这种算法纳入了直接法电子计算机程序系统SAPI。这是目前国际上唯一能够自动处理晶体结构中赝对称性问题的程序。