Calculator de Indici Miller pentru Identificarea Planurilor Cristaline

Calculați indicii Miller din interceptările planurilor cristaline cu acest instrument ușor de utilizat. Esențial pentru cristalografie, știința materialelor și aplicațiile fizicii solide.

Calculator de Indici Miller

Intercepturile Planului Cristalin

Introduceți intercepturile planului cristalin cu axele x, y și z. Folosiți '0' pentru planuri paralele cu o axă (interceptie infinită).

Introduceți un număr sau 0 pentru infinit

Introduceți un număr sau 0 pentru infinit

Introduceți un număr sau 0 pentru infinit

Indici Miller

Indicii Miller pentru acest plan sunt:

(1,1,1)
Copiați în clipboard

Vizualizare

Ce sunt Indicii Miller?

Indicii Miller sunt un sistem de notare folosit în cristalografie pentru a specifica planuri și direcții în rețelele cristaline.

Pentru a calcula indicii Miller (h,k,l) din intercepturi (a,b,c):

1. Luați reciprocele intercepturilor: (1/a, 1/b, 1/c) 2. Convertiți în cea mai mică set de întregi cu aceeași proporție 3. Dacă un plan este paralel cu o axă (interceptie = infinit), indicele său Miller corespunzător este 0

  • Indicii negativi sunt indicați cu o bară deasupra numărului, de exemplu, (h̄,k,l)
  • Notarea (hkl) reprezintă un plan specific, în timp ce {hkl} reprezintă o familie de planuri echivalente
  • Indicii de direcție sunt scriși în paranteze pătrate [hkl], iar familiile de direcții sunt denumite prin <hkl>
📚

Documentație

Calculator de Indici Miller

Introducere

Calculatorul Indici Miller este un instrument puternic pentru cristalografi, oameni de știință ai materialelor și studenți pentru a determina indicii Miller ai planurilor cristaline. Indicii Miller sunt un sistem de notare folosit în cristalografie pentru a specifica planuri și direcții în rețelele cristaline. Acest calculator vă permite să convertiți cu ușurință interceptările unui plan cristalin cu axele coordonatelor în indicii Miller corespunzători, oferind o modalitate standardizată de a identifica și comunica despre planuri cristaline specifice.

Indicii Miller sunt fundamentali pentru înțelegerea structurilor cristaline și a proprietăților acestora. Prin reprezentarea planurilor cu un set simplu de trei întregi (h,k,l), indicii Miller permit oamenilor de știință să analizeze modelele de difracție cu raze X, să prezică comportamentele de creștere a cristalelor, să calculeze distanțele interplanare și să studieze diverse proprietăți fizice care depind de orientarea cristalografică.

Ce sunt indicii Miller?

Indicii Miller sunt un set de trei întregi (h,k,l) care definesc o familie de planuri paralele într-o rețea cristalină. Acești indici sunt derivați din reciprocalele interceptărilor pe care un plan le face cu axele cristalografice. Notarea oferă o modalitate standardizată de a identifica planuri specifice în cadrul unei structuri cristaline.

Reprezentare vizuală a indicilor Miller

x y z

O

a=2 b=3 c=6

(3,2,1) Plan

Indici Miller (3,2,1) Plan Cristalin

O vizualizare 3D a unui plan cristalin cu indicii Miller (3,2,1). Planul intersectează axele x, y și z în punctele 2, 3 și 6 respectiv, rezultând indicii Miller (3,2,1) după ce se iau reciprocalele și se găsește cel mai mic set de întregi cu aceeași proporție.

Formula pentru calcularea indicilor Miller

Pentru a calcula indicii Miller (h,k,l) ai unui plan cristalin, urmați acești pași matematici:

  1. Determinați interceptările planului cu axele x, y și z, dând valori a, b și c.
  2. Luați reciprocalele acestor interceptări: 1/a, 1/b, 1/c.
  3. Convertiți aceste reciprocale în cel mai mic set de întregi care mențin aceeași proporție.
  4. Trei întregi rezultanți sunt indicii Miller (h,k,l).

Matematic, aceasta poate fi exprimată ca:

h:k:l=1a:1b:1ch : k : l = \frac{1}{a} : \frac{1}{b} : \frac{1}{c}

Unde:

  • (h,k,l) sunt indicii Miller
  • a, b, c sunt interceptările planului cu axele x, y și z, respectiv

Cazuri speciale și convenții

Mai multe cazuri speciale și convenții sunt importante de înțeles:

  1. Interceptări infinite: Dacă un plan este paralel cu o axă, interceptarea sa este considerată infinită, iar indicele Miller corespunzător devine zero.

  2. Indici negativi: Dacă un plan intersectează o axă pe partea negativă a originii, indicele Miller corespunzător este negativ, denotat cu o bară deasupra numărului în notarea cristalografică, de exemplu, (h̄kl).

  3. Interceptări fracționare: Dacă interceptările sunt fracționare, acestea sunt convertite în întregi prin înmulțirea cu cel mai mic multiplu comun.

  4. Simplificare: Indicii Miller sunt întotdeauna reduși la cel mai mic set de întregi care mențin aceeași proporție.

Ghid pas cu pas pentru utilizarea calculatorului

Calculatorul nostru de Indici Miller oferă o modalitate simplă de a determina indicii Miller pentru orice plan cristalin. Iată cum să-l folosiți:

  1. Introduceți interceptările: Introduceți valorile unde planul intersectează axele x, y și z.

    • Folosiți numere pozitive pentru interceptările pe partea pozitivă a originii.
    • Folosiți numere negative pentru interceptările pe partea negativă.
    • Introduceți "0" pentru planurile care sunt paralele cu o axă (interceptare infinită).
  2. Vizualizați rezultatele: Calculatorul va calcula automat și va afișa indicii Miller (h,k,l) pentru planul specificat.

  3. Vizualizați planul: Calculatorul include o vizualizare 3D pentru a vă ajuta să înțelegeți orientarea planului în cadrul rețelei cristaline.

  4. Copiați rezultatele: Utilizați butonul "Copiați în clipboard" pentru a transfera cu ușurință indicii Miller calculați în alte aplicații.

Exemplu de calcul

Să parcurgem un exemplu:

Să presupunem că un plan intersectează axele x, y și z în punctele 2, 3 și 6 respectiv.

  1. Interceptările sunt (2, 3, 6).
  2. Luând reciprocalele: (1/2, 1/3, 1/6).
  3. Pentru a găsi cel mai mic set de întregi cu aceeași proporție, înmulțiți cu cel mai mic multiplu comun al denominatoarelor (LCM de 2, 3, 6 = 6): (1/2 × 6, 1/3 × 6, 1/6 × 6) = (3, 2, 1).
  4. Prin urmare, indicii Miller sunt (3,2,1).

Cazuri de utilizare pentru indicii Miller

Indicii Miller au numeroase aplicații în diverse domenii științifice și inginerie:

Cristalografie și difracție cu raze X

Indicii Miller sunt esențiali pentru interpretarea modelelor de difracție cu raze X. Distanța dintre planurile cristaline, identificate prin indicii Miller, determină unghiurile la care razele X sunt difractate, conform legii lui Bragg:

nλ=2dhklsinθn\lambda = 2d_{hkl}\sin\theta

Unde:

  • nn este un întreg
  • λ\lambda este lungimea de undă a razelor X
  • dhkld_{hkl} este distanța dintre planuri cu indicii Miller (h,k,l)
  • θ\theta este unghiul de incidență

Știința materialelor și inginerie

  1. Analiza energiei de suprafață: Diferite planuri cristaline au energii de suprafață diferite, afectând proprietăți precum creșterea cristalelor, cataliza și aderența.

  2. Proprietăți mecanice: Orientarea planurilor cristaline influențează proprietățile mecanice, cum ar fi sistemele de alunecare, planurile de cleavare și comportamentul la fractură.

  3. Fabricarea semiconductorilor: În fabricarea semiconductorilor, anumite planuri cristaline sunt selectate pentru creșterea epitaxială și fabricarea dispozitivelor datorită proprietăților lor electronice.

  4. Analiza texturii: Indicii Miller ajută la caracterizarea orientărilor preferate (textura) în materiale policristaline, care afectează proprietățile lor fizice.

Mineralogie și geologie

Geologii folosesc indicii Miller pentru a descrie fețele cristaline și planurile de cleavare în minerale, ajutând la identificare și înțelegerea condițiilor de formare.

Aplicații educaționale

Indicii Miller sunt concepte fundamentale predate în cursurile de știința materialelor, cristalografie și fizică a solidelor, făcând acest calculator un instrument educațional valoros.

Alternative la indicii Miller

Deși indicii Miller sunt cea mai utilizată notare pentru planurile cristaline, există mai multe sisteme alternative:

  1. Indici Miller-Bravais: O notare cu patru indici (h,k,i,l) folosită pentru sistemele cristaline hexagonale, unde i = -(h+k). Această notare reflectă mai bine simetria structurilor hexagonale.

  2. Simboluri Weber: Folosite în principal în literatura mai veche, în special pentru descrierea direcțiilor în cristale cubice.

  3. Vectori de rețea directă: În unele cazuri, planurile sunt descrise folosind vectorii de rețea directă în loc de indicii Miller.

  4. Poziții Wyckoff: Pentru descrierea pozițiilor atomice în structurile cristaline mai degrabă decât a planurilor.

În ciuda acestor alternative, indicii Miller rămân notarea standard datorită simplității și aplicabilității lor universale în toate sistemele cristaline.

Istoria indicilor Miller

Sistemul de indici Miller a fost dezvoltat de mineralogul și cristalograful britanic William Hallowes Miller în 1839, publicat în tratatul său "A Treatise on Crystallography". Notarea lui Miller s-a bazat pe lucrările anterioare ale lui Auguste Bravais și alții, dar a oferit o abordare mai elegantă și matematică consecventă.

Înainte de sistemul lui Miller, au fost folosite diverse notații pentru a descrie fețele cristaline, inclusiv parametrii Weiss și simbolurile Naumann. Inovația lui Miller a fost utilizarea reciprocelor interceptărilor, care a simplificat multe calcule cristalografice și a oferit o reprezentare mai intuitivă a planurilor paralele.

Adoptarea indicilor Miller a accelerat odată cu descoperirea difracției cu raze X de către Max von Laue în 1912 și lucrările ulterioare ale lui William Lawrence Bragg și William Henry Bragg. Cercetările lor au demonstrat utilitatea practică a indicilor Miller în interpretarea modelelor de difracție și determinarea structurilor cristaline.

Pe parcursul secolului XX, pe măsură ce cristalografia a devenit din ce în ce mai importantă în știința materialelor, fizica solidelor și biochimie, indicii Miller au devenit ferm stabiliți ca notarea standard. Astăzi, ei rămân esențiali în tehnicile moderne de caracterizare a materialelor, cristalografia computațională și proiectarea nanomaterialelor.

Exemple de cod pentru calcularea indicilor Miller

1import math
2import numpy as np
3
4def calculate_miller_indices(intercepts):
5    """
6    Calculate Miller indices from intercepts
7    
8    Args:
9        intercepts: List of three intercepts [a, b, c]
10        
11    Returns:
12        List of three Miller indices [h, k, l]
13    """
14    # Handle infinity intercepts (parallel to axis)
15    reciprocals = []
16    for intercept in intercepts:
17        if intercept == 0 or math.isinf(intercept):
18            reciprocals.append(0)
19        else:
20            reciprocals.append(1 / intercept)
21    
22    # Find non-zero values for GCD calculation
23    non_zero = [r for r in reciprocals if r != 0]
24    
25    if not non_zero:
26        return [0, 0, 0]
27    
28    # Scale to reasonable integers (avoiding floating point issues)
29    scale = 1000
30    scaled = [round(r * scale) for r in non_zero]
31    
32    # Find GCD
33    gcd_value = np.gcd.reduce(scaled)
34    
35    # Convert back to smallest integers
36    miller_indices = []
37    for r in reciprocals:
38        if r == 0:
39            miller_indices.append(0)
40        else:
41            miller_indices.append(round((r * scale) / gcd_value))
42    
43    return miller_indices
44
45# Example usage
46intercepts = [2, 3, 6]
47indices = calculate_miller_indices(intercepts)
48print(f"Miller indices for intercepts {intercepts}: {indices}")  # Output: [3, 2, 1]
49

Exemple numerice

Iată câteva exemple comune de calcul al indicilor Miller:

  1. Exemplu 1: Caz standard

    • Interceptări: (2, 3, 6)
    • Reciprocalele: (1/2, 1/3, 1/6)
    • Înmulțiți cu LCM-ul denominatoarelor (6): (3, 2, 1)
    • Indici Miller: (3,2,1)
  2. Exemplu 2: Plan paralel cu o axă

    • Interceptări: (1, ∞, 2)
    • Reciprocalele: (1, 0, 1/2)
    • Înmulțiți cu 2: (2, 0, 1)
    • Indici Miller: (2,0,1)
  3. Exemplu 3: Interceptări negative

    • Interceptări: (-1, 2, 3)
    • Reciprocalele: (-1, 1/2, 1/3)
    • Înmulțiți cu 6: (-6, 3, 2)
    • Indici Miller: (-6,3,2)
  4. Exemplu 4: Interceptări fracționare

    • Interceptări: (1/2, 1/3, 1/4)
    • Reciprocalele: (2, 3, 4)
    • Deja în formă întreagă
    • Indici Miller: (2,3,4)
  5. Exemplu 5: Plan special (100)

    • Interceptări: (1, ∞, ∞)
    • Reciprocalele: (1, 0, 0)
    • Indici Miller: (1,0,0)

Întrebări frecvente

La ce sunt folosiți indicii Miller?

Indicii Miller sunt folosiți pentru a identifica și descrie planuri și direcții în rețelele cristaline. Ei oferă o notare standardizată care ajută cristalografii, oamenii de știință ai materialelor și inginerii să comunice despre orientările cristaline specifice. Indicii Miller sunt esențiali pentru analiza modelelor de difracție cu raze X, înțelegerea creșterii cristalelor, calcularea distanțelor interplanare și studiul diverselor proprietăți fizice care depind de orientarea cristalografică.

Cum să tratez un plan care este paralel cu una dintre axe?

Când un plan este paralel cu o axă, acesta nu intersectează niciodată acea axă, astfel că interceptarea este considerată a fi la infinit. În notarea indicilor Miller, reciproca infinitului este zero, astfel că indicele Miller corespunzător devine zero. De exemplu, un plan paralel cu axa y ar avea interceptări (a, ∞, c) și indicii Miller (h,0,l).

Ce înseamnă indicii Miller negativi?

Indicii Miller negativi indică faptul că planul intersectează axa corespunzătoare pe partea negativă a originii. În notarea cristalografică, indicii negativi sunt de obicei denotați cu o bară deasupra numărului, cum ar fi (h̄kl). Indicii negativi reprezintă planuri care sunt echivalente cu omologii lor pozitivi în ceea ce privește proprietățile fizice, dar au orientări diferite.

Cum se leagă indicii Miller de structura cristalină?

Indicii Miller se leagă direct de aranjamentul atomic într-o structură cristalină. Distanța dintre planurile cu indici Miller specifici (dhkl) depinde de sistemul cristalin și de parametrii rețelei. În difracția cu raze X, aceste planuri acționează ca planuri de reflexie conform legii lui Bragg, producând modele de difracție caracteristice care dezvăluie structura cristalină.

Care este diferența dintre indicii Miller și indicii Miller-Bravais?

Indicii Miller folosesc trei întregi (h,k,l) și sunt potriviți pentru majoritatea sistemelor cristaline. Indicii Miller-Bravais folosesc patru întregi (h,k,i,l) și sunt proiectați specific pentru sistemele cristaline hexagonale. Al patrulea indice, i, este redundant (i = -(h+k)) dar ajută la menținerea simetriei sistemului hexagonal și face planurile echivalente mai ușor de recunoscut.

Cum calculez unghiul dintre două planuri cristaline?

Unghiul θ dintre două planuri cu indicii Miller (h₁,k₁,l₁) și (h₂,k₂,l₂) într-un sistem cristalin cubic poate fi calculat folosind:

cosθ=h1h2+k1k2+l1l2(h12+k12+l12)(h22+k22+l22)\cos\theta = \frac{h_1h_2 + k_1k_2 + l_1l_2}{\sqrt{(h_1^2 + k_1^2 + l_1^2)(h_2^2 + k_2^2 + l_2^2)}}

Pentru sistemele non-cubice, calculul este mai complex și implică tensorul metric al sistemului cristalin.

Care este relația dintre indicii Miller și d-spacing?

Distanța d (distanța interplanară) pentru planurile cu indicii Miller (h,k,l) depinde de sistemul cristalin. Pentru un cristal cubic cu parametru de rețea a, relația este:

dhkl=ah2+k2+l2d_{hkl} = \frac{a}{\sqrt{h^2 + k^2 + l^2}}

Pentru alte sisteme cristaline, se aplică formule mai complexe care încorporează parametrii specifici ai rețelei.

Pot indicii Miller să fie fracții?

Nu, conform convenției, indicii Miller sunt întotdeauna întregi. Dacă calculul inițial generează fracții, acestea sunt convertite în cel mai mic set de întregi care mențin aceeași proporție. Acest lucru se face prin înmulțirea tuturor valorilor cu cel mai mic multiplu comun al denominatoarelor.

Cum determin indicii Miller ai unei fețe cristaline experimental?

Indici Miller ai fețelor cristaline pot fi determinați experimental folosind difracția cu raze X, difracția cu electroni sau goniometria optică. În difracția cu raze X, unghiurile la care are loc difracția sunt legate de d-spacing-ul planurilor cristaline prin legea lui Bragg, care poate fi folosită pentru a identifica indicii Miller corespunzători.

Care sunt indicii Miller ai planurilor cristaline comune?

Unele planuri cristaline comune și indicii lor Miller includ:

  • (100), (010), (001): Fețele primare cubice
  • (110), (101), (011): Fețele diagonale în sistemele cubice
  • (111): Fața octahedrală în sistemele cubice
  • (112): Plan comun de alunecare în metalele cu rețea cubică centrată pe corp

Referințe

  1. Miller, W. H. (1839). A Treatise on Crystallography. Cambridge: For J. & J.J. Deighton.

  2. Ashcroft, N. W., & Mermin, N. D. (1976). Solid State Physics. Holt, Rinehart and Winston.

  3. Hammond, C. (2015). The Basics of Crystallography and Diffraction (4th ed.). Oxford University Press.

  4. Cullity, B. D., & Stock, S. R. (2014). Elements of X-ray Diffraction (3rd ed.). Pearson Education.

  5. Kittel, C. (2004). Introduction to Solid State Physics (8th ed.). Wiley.

  6. Kelly, A., & Knowles, K. M. (2012). Crystallography and Crystal Defects (2nd ed.). Wiley.

  7. International Union of Crystallography. (2016). International Tables for Crystallography, Volume A: Space-group symmetry. Wiley.

  8. Giacovazzo, C., Monaco, H. L., Artioli, G., Viterbo, D., Ferraris, G., Gilli, G., Zanotti, G., & Catti, M. (2011). Fundamentals of Crystallography (3rd ed.). Oxford University Press.

  9. Buerger, M. J. (1978). Elementary Crystallography: An Introduction to the Fundamental Geometrical Features of Crystals. MIT Press.

  10. Tilley, R. J. (2006). Crystals and Crystal Structures. Wiley.

Încercați calculatorul nostru de Indici Miller astăzi pentru a determina rapid și precis indicii Miller pentru orice plan cristalin. Fie că sunteți un student care învață cristalografia, un cercetător care analizează structuri de materiale sau un inginer care proiectează materiale noi, acest instrument vă va ajuta să identificați și să înțelegeți planurile cristaline cu ușurință.