Kristallstruktuur ja kristallvõred

Mitte igal tahkel ainel ei ole sama tüüpi sisemist korrastatust. Kristallilises tahkes aines on aatomid paigutatud mustrisse, mis kordub regulaarselt pikkade vahemaade tagant — metallid, soolad, kvarts ja teemant on kõik kristallilised. Amorfses tahkes aines, näiteks tavalises klaasis, on aatomid ikka tihedalt kokku pakitud, kuid ilma selle pika ulatusega korduva korrastatuseta; kohalikud sidemepaigutused on kohati sarnased, kuid ei ole perioodilist mustrit, mis laieneks lõputult läbi materjali. See erinevus — pika ulatusega perioodiline korrastatus versus selle puudumine — ongi see, mida "kristalliline" füüsiliselt tähendab.

Kristalli struktuuri täpne kirjeldamine nõuab kahe idee eristamist, mida on lihtne omavahel segi ajada. Võre on puhtalt matemaatiline objekt: lõpmatu, perioodiline punktide massiiv ruumis, tekitatud fikseeritud translatsioonivektorite hulga kordamisel, kus igal võrepunktil on kõigi teiste punktidega identne ümbrus. Võre ise ei ütle midagi aatomite kohta — see on tugiraamistik. Tegelik kristall ehitatakse, kinnitades iga võrepunkti külge aluse — ühe või mitu aatomit fikseeritud paigutuses. Lihtsal kristallil nagu vaskel on alus üks aatom võrepunkti kohta; teistel kristallidel, sealhulgas paljudel tavalistel mineraalidel ja pooljuhtühenditel, on alus kahest, mitmest või paljudest aatomitest, mis korduvad igal võrepunktil, tekitades palju keerukamaid elementaarrakke, samal ajal kui aluseks olev võre jääb lihtsaks.

See võre-pluss-alus pilt ei ole ainult raamatupidamine — see on peaaegu kogu tahkiseainefüüsika alus. Võre perioodilisus on see, mis lubab kristalli elektronide lainefunktsioone klassifitseerida Blochi teoreemi abil, mis omakorda tekitab lubatud ja keelatud energiavööd (mida käsitletakse järgmises mõistes), mis määravad, kas materjal on juht, pooljuht või isolaator. Sama perioodilisus on ka see, mis paneb toimima röntgen- ja elektronidifraktsiooni tehnikad, kuna hajumiskeskuste perioodiline massiiv tekitab konstruktiivse interferentsi mustrid (Braggi difraktsioon), mida kasutatakse kristalli struktuuri katseliseks määramiseks.