Kristallographische Basis in der Festkörperstruktur

In der Kristallographie bezeichnet die Basis (engl. basis, motif) die geordnete Gruppe von Atomen, Ionen oder Molekülen, die an jedem Gitterpunkt eines idealisierten Translationsgitters angeordnet ist. Die Kombination aus Bravais-Gitter und Basis beschreibt vollständig die Periodizität und Struktur eines kristallinen Festkörpers.

Formal ergibt sich die Kristallstruktur aus allen Vektoren R = n₁a₁ + n₂a₂ + n₃a₃ + rⱼ, wobei aᵢ die primitiven Gittervektoren, nᵢ ganze Zahlen und rⱼ die Positionen der Atome der Basis innerhalb der Einheitszelle sind. Die Basis umfasst damit Anzahl, chemische Identität und Lageparameter der Atome relativ zu einem Referenzgitterpunkt.

Die Unterscheidung zwischen Gitter und Basis ist zentral: Verschiedene Strukturen (z.B. fcc-Metalle, NaCl- oder Zinkblende-Struktur) können auf demselben Bravais-Gitter beruhen, unterscheiden sich aber durch ihre jeweilige Basis. Viele makroskopische Eigenschaften – etwa Dichte, elastische Konstanten, elektronische Bandstruktur und Diffusionspfade – hängen unmittelbar von der Basis ab, da sie die lokale Koordination und Bindungsgeometrie festlegt.

In der Werkstoffmodellierung (z.B. Dichtefunktionaltheorie, Molekulardynamik) wird die Basis explizit über die atomaren Koordinaten in der Einheitszelle definiert und bildet die Grundlage für die Berechnung der Zustandsdichte, Phononendispersion sowie Defekt- und Oberflächenstrukturen. Eine konsistente und symmetriekompatible Definition der Basis ist daher entscheidend für die korrekte Beschreibung und Vorhersage werkstofflicher Eigenschaften.

© 2026