Miller-Indizes-Rechner zur Identifizierung von Kristallflächen
Berechnen Sie Miller-Indizes aus den Schnittpunkten von Kristallflächen mit diesem benutzerfreundlichen Tool. Unentbehrlich für Kristallographie, Materialwissenschaften und Anwendungen der Festkörperphysik.
Miller-Indizes Rechner
Kristallfläche Schnittpunkte
Geben Sie die Schnittpunkte der Kristallfläche mit den x-, y- und z-Achsen ein. Verwenden Sie '0' für Flächen, die parallel zu einer Achse sind (unendlicher Schnittpunkt).
Geben Sie eine Zahl oder 0 für Unendlichkeit ein
Geben Sie eine Zahl oder 0 für Unendlichkeit ein
Geben Sie eine Zahl oder 0 für Unendlichkeit ein
Miller-Indizes
Die Miller-Indizes für diese Fläche sind:
Visualisierung
Was sind Miller-Indizes?
Miller-Indizes sind ein Notationssystem, das in der Kristallographie verwendet wird, um Ebenen und Richtungen in Kristallgittern zu spezifizieren.
Um die Miller-Indizes (h,k,l) aus den Schnittpunkten (a,b,c) zu berechnen:
1. Nehmen Sie die reziproken Werte der Schnittpunkte: (1/a, 1/b, 1/c) 2. Wandeln Sie sie in die kleinste Menge von Ganzzahlen mit dem gleichen Verhältnis um 3. Wenn eine Fläche parallel zu einer Achse ist (Schnittpunkt = unendlich), ist der entsprechende Miller-Index 0
- Negative Indizes werden mit einem Strich über der Zahl angezeigt, z.B. (h̄,k,l)
- Die Notation (hkl) repräsentiert eine spezifische Fläche, während {hkl} eine Familie von äquivalenten Flächen darstellt
- Richtungsindizes werden in eckigen Klammern [hkl] geschrieben, und Familien von Richtungen werden durch <hkl> bezeichnet
Dokumentation
Miller-Indizes Rechner
Einführung
Der Miller-Indizes Rechner ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Kristallographen, Materialwissenschaftler und Studenten, um die Miller-Indizes von Kristallflächen zu bestimmen. Miller-Indizes sind ein Notationssystem, das in der Kristallographie verwendet wird, um Ebenen und Richtungen in Kristallgittern anzugeben. Dieser Rechner ermöglicht es Ihnen, die Schnittpunkte einer Kristallfläche mit den Koordinatenachsen einfach in die entsprechenden Miller-Indizes umzuwandeln und bietet eine standardisierte Möglichkeit, spezifische Kristallflächen zu identifizieren und darüber zu kommunizieren.
Miller-Indizes sind grundlegend für das Verständnis von Kristallstrukturen und deren Eigenschaften. Durch die Darstellung von Ebenen mit einem einfachen Satz von drei Ganzzahlen (h,k,l) ermöglichen Miller-Indizes Wissenschaftlern, Röntgenbeugungsmuster zu analysieren, Kristallwachstumsverhalten vorherzusagen, die interplanare Abstände zu berechnen und verschiedene physikalische Eigenschaften zu studieren, die von der kristallographischen Orientierung abhängen.
Was sind Miller-Indizes?
Miller-Indizes sind eine Gruppe von drei Ganzzahlen (h,k,l), die eine Familie von parallelen Ebenen in einem Kristallgitter definieren. Diese Indizes werden aus den Kehrwerten der fraktionalen Schnittpunkte abgeleitet, die eine Ebene mit den kristallographischen Achsen bildet. Die Notation bietet eine standardisierte Möglichkeit, spezifische Ebenen innerhalb einer Kristallstruktur zu identifizieren.
Visuelle Darstellung der Miller-Indizes
Formel zur Berechnung der Miller-Indizes
Um die Miller-Indizes (h,k,l) einer Kristallfläche zu berechnen, befolgen Sie diese mathematischen Schritte:
- Bestimmen Sie die Schnittpunkte der Ebene mit den x-, y- und z-kristallographischen Achsen, die die Werte a, b und c ergeben.
- Nehmen Sie die Kehrwerte dieser Schnittpunkte: 1/a, 1/b, 1/c.
- Wandeln Sie diese Kehrwerte in den kleinsten Satz von Ganzzahlen um, die dasselbe Verhältnis beibehalten.
- Die resultierenden drei Ganzzahlen sind die Miller-Indizes (h,k,l).
Mathematisch kann dies ausgedrückt werden als:
Wo:
- (h,k,l) die Miller-Indizes sind
- a, b, c die Schnittpunkte der Ebene mit den x-, y- und z-Achsen sind
Sonderfälle und Konventionen
Mehrere Sonderfälle und Konventionen sind wichtig zu verstehen:
-
Unendliche Schnittpunkte: Wenn eine Ebene parallel zu einer Achse ist, wird ihr Schnittpunkt als unendlich betrachtet, und der entsprechende Miller-Index wird null.
-
Negative Indizes: Wenn eine Ebene eine Achse auf der negativen Seite des Ursprungs schneidet, wird der entsprechende Miller-Index negativ, was in der kristallographischen Notation mit einem Strich über der Zahl angezeigt wird, z.B. (h̄kl).
-
Fraktionale Schnittpunkte: Wenn die Schnittpunkte fraktional sind, werden sie in Ganzzahlen umgewandelt, indem man mit dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen multipliziert.
-
Vereinfachung: Miller-Indizes werden immer auf den kleinsten Satz von Ganzzahlen reduziert, die dasselbe Verhältnis beibehalten.
Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Verwendung des Rechners
Unser Miller-Indizes Rechner bietet eine unkomplizierte Möglichkeit, die Miller-Indizes für jede Kristallfläche zu bestimmen. So verwenden Sie ihn:
-
Geben Sie die Schnittpunkte ein: Geben Sie die Werte ein, an denen die Ebene die x-, y- und z-Achsen schneidet.
- Verwenden Sie positive Zahlen für Schnittpunkte auf der positiven Seite des Ursprungs.
- Verwenden Sie negative Zahlen für Schnittpunkte auf der negativen Seite.
- Geben Sie "0" für Ebenen ein, die parallel zu einer Achse sind (unendlicher Schnittpunkt).
-
Ergebnisse anzeigen: Der Rechner berechnet automatisch und zeigt die Miller-Indizes (h,k,l) für die angegebene Ebene an.
-
Visualisieren Sie die Ebene: Der Rechner enthält eine 3D-Visualisierung, um Ihnen zu helfen, die Orientierung der Ebene innerhalb des Kristallgitters zu verstehen.
-
Kopieren Sie die Ergebnisse: Verwenden Sie die Schaltfläche "In die Zwischenablage kopieren", um die berechneten Miller-Indizes einfach in andere Anwendungen zu übertragen.
Beispielberechnung
Lassen Sie uns ein Beispiel durchgehen:
Angenommen, eine Ebene schneidet die x-, y- und z-Achsen an den Punkten 2, 3 und 6.
- Die Schnittpunkte sind (2, 3, 6).
- Die Kehrwerte nehmen: (1/2, 1/3, 1/6).
- Um den kleinsten Satz von Ganzzahlen mit demselben Verhältnis zu finden, multiplizieren Sie mit dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Nenner (kgV von 2, 3, 6 = 6): (1/2 × 6, 1/3 × 6, 1/6 × 6) = (3, 2, 1).
- Daher sind die Miller-Indizes (3,2,1).
Anwendungsfälle für Miller-Indizes
Miller-Indizes haben zahlreiche Anwendungen in verschiedenen wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Bereichen:
Kristallographie und Röntgenbeugung
Miller-Indizes sind entscheidend für die Interpretation von Röntgenbeugungsmustern. Der Abstand zwischen Kristallflächen, die durch ihre Miller-Indizes identifiziert werden, bestimmt die Winkel, unter denen Röntgenstrahlen gebeugt werden, gemäß dem Bragg-Gesetz:
Wo:
- eine ganze Zahl ist
- die Wellenlänge der Röntgenstrahlen ist
- der Abstand zwischen Ebenen mit Miller-Indizes (h,k,l) ist
- der Einfallswinkel ist
Materialwissenschaften und Ingenieurwesen
-
Oberflächenenergieanalyse: Verschiedene kristallographische Ebenen haben unterschiedliche Oberflächenenergien, die Eigenschaften wie Kristallwachstum, Katalyse und Haftung beeinflussen.
-
Mechanische Eigenschaften: Die Orientierung der Kristallflächen beeinflusst mechanische Eigenschaften wie Gleitsysteme, Spaltflächen und Bruchverhalten.
-
Halbleiterfertigung: In der Halbleiterfertigung werden spezifische Kristallflächen aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften für epitaktisches Wachstum und Gerätefertigung ausgewählt.
-
Texturanalyse: Miller-Indizes helfen, bevorzugte Orientierungen (Textur) in polykristallinen Materialien zu charakterisieren, die deren physikalische Eigenschaften beeinflussen.
Mineralogie und Geologie
Geologen verwenden Miller-Indizes, um Kristallflächen und Spaltflächen in Mineralien zu beschreiben, was bei der Identifizierung und dem Verständnis der Bildungsbedingungen hilft.
Bildungsanwendungen
Miller-Indizes sind grundlegende Konzepte, die in Kursen zur Materialwissenschaft, Kristallographie und Festkörperphysik gelehrt werden, was diesen Rechner zu einem wertvollen Bildungswerkzeug macht.
Alternativen zu Miller-Indizes
Obwohl Miller-Indizes die am weitesten verbreitete Notation für Kristallflächen sind, gibt es mehrere alternative Systeme:
-
Miller-Bravais-Indizes: Eine Vier-Index-Notation (h,k,i,l), die für hexagonale Kristallsysteme verwendet wird, wobei i = -(h+k). Diese Notation spiegelt besser die Symmetrie hexagonaler Strukturen wider.
-
Weber-Symbole: Werden hauptsächlich in älterer Literatur verwendet, insbesondere zur Beschreibung von Richtungen in kubischen Kristallen.
-
Direkte Gittervektoren: In einigen Fällen werden Ebenen mit den direkten Gittervektoren anstelle von Miller-Indizes beschrieben.
-
Wyckoff-Positionen: Zur Beschreibung von atomaren Positionen innerhalb von Kristallstrukturen anstelle von Ebenen.
Trotz dieser Alternativen bleiben Miller-Indizes die Standardnotation aufgrund ihrer Einfachheit und universellen Anwendbarkeit in allen Kristallsystemen.
Geschichte der Miller-Indizes
Das System der Miller-Indizes wurde 1839 von dem britischen Mineralogen und Kristallographen William Hallowes Miller entwickelt und in seiner Abhandlung "A Treatise on Crystallography" veröffentlicht. Millers Notation basierte auf früheren Arbeiten von Auguste Bravais und anderen, bot jedoch einen eleganteren und mathematisch konsistenteren Ansatz.
Vor Millers System wurden verschiedene Notationen verwendet, um Kristallflächen zu beschreiben, einschließlich der Weiss-Parameter und der Naumann-Symbole. Millers Innovation bestand darin, die Kehrwerte der Schnittpunkte zu verwenden, was viele kristallographische Berechnungen vereinfachte und eine intuitivere Darstellung paralleler Ebenen bot.
Die Annahme der Miller-Indizes beschleunigte sich mit der Entdeckung der Röntgenbeugung durch Max von Laue im Jahr 1912 und der anschließenden Arbeit von William Lawrence Bragg und William Henry Bragg. Ihre Forschung zeigte die praktische Nützlichkeit der Miller-Indizes bei der Interpretation von Beugungsmustern und der Bestimmung von Kristallstrukturen.
Im Laufe des 20. Jahrhunderts, als die Kristallographie zunehmend wichtig in den Materialwissenschaften, der Festkörperphysik und der Biochemie wurde, wurden Miller-Indizes fest als die Standardnotation etabliert. Heute sind sie in modernen Techniken zur Materialcharakterisierung, der computergestützten Kristallographie und dem Design von Nanomaterialien unerlässlich.
Codebeispiele zur Berechnung von Miller-Indizes
1import math
2import numpy as np
3
4def calculate_miller_indices(intercepts):
5 """
6 Berechnet die Miller-Indizes aus den Schnittpunkten
7
8 Args:
9 intercepts: Liste von drei Schnittpunkten [a, b, c]
10
11 Returns:
12 Liste von drei Miller-Indizes [h, k, l]
13 """
14 # Behandeln von unendlichen Schnittpunkten (parallel zur Achse)
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 # Finde nicht-null Werte für GCD-Berechnung
23 non_zero = [r for r in reciprocals if r != 0]
24
25 if not non_zero:
26 return [0, 0, 0]
27
28 # Skaliere auf vernünftige Ganzzahlen (Vermeidung von Gleitpunktproblemen)
29 scale = 1000
30 scaled = [round(r * scale) for r in non_zero]
31
32 # Finde GCD
33 gcd_value = np.gcd.reduce(scaled)
34
35 # Wandle zurück in kleinste Ganzzahlen
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# Beispielverwendung
46intercepts = [2, 3, 6]
47indices = calculate_miller_indices(intercepts)
48print(f"Miller-Indizes für Schnittpunkte {intercepts}: {indices}") # Ausgabe: [3, 2, 1]
49
1function gcd(a, b) {
2 a = Math.abs(a);
3 b = Math.abs(b);
4
5 while (b !== 0) {
6 const temp = b;
7 b = a % b;
8 a = temp;
9 }
10
11 return a;
12}
13
14function gcdMultiple(numbers) {
15 return numbers.reduce((result, num) => gcd(result, num), numbers[0]);
16}
17
18function calculateMillerIndices(intercepts) {
19 // Behandle unendliche Schnittpunkte
20 const reciprocals = intercepts.map(intercept => {
21 if (intercept === 0 || !isFinite(intercept)) {
22 return 0;
23 }
24 return 1 / intercept;
25 });
26
27 // Finde nicht-null Werte für GCD-Berechnung
28 const nonZeroReciprocals = reciprocals.filter(val => val !== 0);
29
30 if (nonZeroReciprocals.length === 0) {
31 return [0, 0, 0];
32 }
33
34 // Skaliere auf Ganzzahlen, um Gleitpunktprobleme zu vermeiden
35 const scale = 1000;
36 const scaled = nonZeroReciprocals.map(val => Math.round(val * scale));
37
38 // Finde GCD
39 const divisor = gcdMultiple(scaled);
40
41 // Wandle in kleinste Ganzzahlen um
42 const millerIndices = reciprocals.map(val =>
43 val === 0 ? 0 : Math.round((val * scale) / divisor)
44 );
45
46 return millerIndices;
47}
48
49// Beispiel
50const intercepts = [2, 3, 6];
51const indices = calculateMillerIndices(intercepts);
52console.log(`Miller-Indizes für Schnittpunkte ${intercepts}: (${indices.join(',')})`);
53// Ausgabe: Miller-Indizes für Schnittpunkte 2,3,6: (3,2,1)
54
1import java.util.Arrays;
2
3public class MillerIndicesCalculator {
4
5 public static int gcd(int a, int b) {
6 a = Math.abs(a);
7 b = Math.abs(b);
8
9 while (b != 0) {
10 int temp = b;
11 b = a % b;
12 a = temp;
13 }
14
15 return a;
16 }
17
18 public static int gcdMultiple(int[] numbers) {
19 int result = numbers[0];
20 for (int i = 1; i < numbers.length; i++) {
21 result = gcd(result, numbers[i]);
22 }
23 return result;
24 }
25
26 public static int[] calculateMillerIndices(double[] intercepts) {
27 double[] reciprocals = new double[intercepts.length];
28
29 // Berechne Kehrwerte
30 for (int i = 0; i < intercepts.length; i++) {
31 if (intercepts[i] == 0 || Double.isInfinite(intercepts[i])) {
32 reciprocals[i] = 0;
33 } else {
34 reciprocals[i] = 1 / intercepts[i];
35 }
36 }
37
38 // Zähle nicht-null Werte
39 int nonZeroCount = 0;
40 for (double r : reciprocals) {
41 if (r != 0) nonZeroCount++;
42 }
43
44 if (nonZeroCount == 0) {
45 return new int[]{0, 0, 0};
46 }
47
48 // Skaliere auf Ganzzahlen
49 int scale = 1000;
50 int[] scaled = new int[nonZeroCount];
51 int index = 0;
52
53 for (double r : reciprocals) {
54 if (r != 0) {
55 scaled[index++] = (int) Math.round(r * scale);
56 }
57 }
58
59 // Finde GCD
60 int divisor = gcdMultiple(scaled);
61
62 // Wandle in kleinste Ganzzahlen um
63 int[] millerIndices = new int[reciprocals.length];
64 for (int i = 0; i < reciprocals.length; i++) {
65 if (reciprocals[i] == 0) {
66 millerIndices[i] = 0;
67 } else {
68 millerIndices[i] = (int) Math.round((reciprocals[i] * scale) / divisor);
69 }
70 }
71
72 return millerIndices;
73 }
74
75 public static void main(String[] args) {
76 double[] intercepts = {2, 3, 6};
77 int[] indices = calculateMillerIndices(intercepts);
78
79 System.out.println("Miller-Indizes für Schnittpunkte " +
80 Arrays.toString(intercepts) + ": " +
81 Arrays.toString(indices));
82 // Ausgabe: Miller-Indizes für Schnittpunkte [2.0, 3.0, 6.0]: [3, 2, 1]
83 }
84}
85
1' Excel VBA Funktion zur Berechnung der Miller-Indizes
2Function CalculateMillerIndices(x As Double, y As Double, z As Double) As String
3 Dim recipX As Double, recipY As Double, recipZ As Double
4 Dim nonZeroCount As Integer, i As Integer
5 Dim scale As Long, gcdVal As Long
6 Dim scaledVals() As Long
7 Dim millerH As Long, millerK As Long, millerL As Long
8
9 ' Berechne Kehrwerte
10 If x = 0 Then
11 recipX = 0
12 Else
13 recipX = 1 / x
14 End If
15
16 If y = 0 Then
17 recipY = 0
18 Else
19 recipY = 1 / y
20 End If
21
22 If z = 0 Then
23 recipZ = 0
24 Else
25 recipZ = 1 / z
26 End If
27
28 ' Zähle nicht-null Werte
29 nonZeroCount = 0
30 If recipX <> 0 Then nonZeroCount = nonZeroCount + 1
31 If recipY <> 0 Then nonZeroCount = nonZeroCount + 1
32 If recipZ <> 0 Then nonZeroCount = nonZeroCount + 1
33
34 If nonZeroCount = 0 Then
35 CalculateMillerIndices = "(0,0,0)"
36 Exit Function
37 End If
38
39 ' Skaliere auf Ganzzahlen
40 scale = 1000
41 ReDim scaledVals(1 To nonZeroCount)
42 i = 1
43
44 If recipX <> 0 Then
45 scaledVals(i) = Round(recipX * scale)
46 i = i + 1
47 End If
48
49 If recipY <> 0 Then
50 scaledVals(i) = Round(recipY * scale)
51 i = i + 1
52 End If
53
54 If recipZ <> 0 Then
55 scaledVals(i) = Round(recipZ * scale)
56 End If
57
58 ' Finde GCD
59 gcdVal = scaledVals(1)
60 For i = 2 To nonZeroCount
61 gcdVal = GCD(gcdVal, scaledVals(i))
62 Next i
63
64 ' Berechne Miller-Indizes
65 If recipX = 0 Then
66 millerH = 0
67 Else
68 millerH = Round((recipX * scale) / gcdVal)
69 End If
70
71 If recipY = 0 Then
72 millerK = 0
73 Else
74 millerK = Round((recipY * scale) / gcdVal)
75 End If
76
77 If recipZ = 0 Then
78 millerL = 0
79 Else
80 millerL = Round((recipZ * scale) / gcdVal)
81 End If
82
83 CalculateMillerIndices = "(" & millerH & "," & millerK & "," & millerL & ")"
84End Function
85
86Function GCD(a As Long, b As Long) As Long
87 Dim temp As Long
88
89 a = Abs(a)
90 b = Abs(b)
91
92 Do While b <> 0
93 temp = b
94 b = a Mod b
95 a = temp
96 Loop
97
98 GCD = a
99End Function
100
101' Verwendung in Excel:
102' =CalculateMillerIndices(2, 3, 6)
103' Ergebnis: (3,2,1)
104
1#include <iostream>
2#include <vector>
3#include <cmath>
4#include <numeric>
5#include <algorithm>
6
7// Berechne GCD von zwei Zahlen
8int gcd(int a, int b) {
9 a = std::abs(a);
10 b = std::abs(b);
11
12 while (b != 0) {
13 int temp = b;
14 b = a % b;
15 a = temp;
16 }
17
18 return a;
19}
20
21// Berechne GCD von mehreren Zahlen
22int gcdMultiple(const std::vector<int>& numbers) {
23 int result = numbers[0];
24 for (size_t i = 1; i < numbers.size(); ++i) {
25 result = gcd(result, numbers[i]);
26 }
27 return result;
28}
29
30// Berechne Miller-Indizes aus den Schnittpunkten
31std::vector<int> calculateMillerIndices(const std::vector<double>& intercepts) {
32 std::vector<double> reciprocals;
33
34 // Berechne Kehrwerte
35 for (double intercept : intercepts) {
36 if (intercept == 0 || std::isinf(intercept)) {
37 reciprocals.push_back(0);
38 } else {
39 reciprocals.push_back(1.0 / intercept);
40 }
41 }
42
43 // Finde nicht-null Werte
44 std::vector<double> nonZeroReciprocals;
45 for (double r : reciprocals) {
46 if (r != 0) {
47 nonZeroReciprocals.push_back(r);
48 }
49 }
50
51 if (nonZeroReciprocals.empty()) {
52 return {0, 0, 0};
53 }
54
55 // Skaliere auf Ganzzahlen
56 const int scale = 1000;
57 std::vector<int> scaled;
58 for (double r : nonZeroReciprocals) {
59 scaled.push_back(std::round(r * scale));
60 }
61
62 // Finde GCD
63 int divisor = gcdMultiple(scaled);
64
65 // Wandle in kleinste Ganzzahlen um
66 std::vector<int> millerIndices;
67 for (double r : reciprocals) {
68 if (r == 0) {
69 millerIndices.push_back(0);
70 } else {
71 millerIndices.push_back(std::round((r * scale) / divisor));
72 }
73 }
74
75 return millerIndices;
76}
77
78int main() {
79 std::vector<double> intercepts = {2, 3, 6};
80 std::vector<int> indices = calculateMillerIndices(intercepts);
81
82 std::cout << "Miller-Indizes für Schnittpunkte [";
83 for (size_t i = 0; i < intercepts.size(); ++i) {
84 std::cout << intercepts[i];
85 if (i < intercepts.size() - 1) std::cout << ", ";
86 }
87 std::cout << "]: (";
88
89 for (size_t i = 0; i < indices.size(); ++i) {
90 std::cout << indices[i];
91 if (i < indices.size() - 1) std::cout << ",";
92 }
93 std::cout << ")" << std::endl;
94
95 // Ausgabe: Miller-Indizes für Schnittpunkte [2, 3, 6]: (3,2,1)
96
97 return 0;
98}
99
Numerische Beispiele
Hier sind einige gängige Beispiele für die Berechnung der Miller-Indizes:
-
Beispiel 1: Standardfall
- Schnittpunkte: (2, 3, 6)
- Kehrwerte: (1/2, 1/3, 1/6)
- Multipliziere mit dem kgV der Nenner (6): (3, 2, 1)
- Miller-Indizes: (3,2,1)
-
Beispiel 2: Ebene parallel zu einer Achse
- Schnittpunkte: (1, ∞, 2)
- Kehrwerte: (1, 0, 1/2)
- Multipliziere mit 2: (2, 0, 1)
- Miller-Indizes: (2,0,1)
-
Beispiel 3: Negative Schnittpunkte
- Schnittpunkte: (-1, 2, 3)
- Kehrwerte: (-1, 1/2, 1/3)
- Multipliziere mit 6: (-6, 3, 2)
- Miller-Indizes: (-6,3,2)
-
Beispiel 4: Fraktionale Schnittpunkte
- Schnittpunkte: (1/2, 1/3, 1/4)
- Kehrwerte: (2, 3, 4)
- Bereits in Ganzzahlenform
- Miller-Indizes: (2,3,4)
-
Beispiel 5: Besondere Ebene (100)
- Schnittpunkte: (1, ∞, ∞)
- Kehrwerte: (1, 0, 0)
- Miller-Indizes: (1,0,0)
Häufig gestellte Fragen
Wofür werden Miller-Indizes verwendet?
Miller-Indizes werden verwendet, um Ebenen und Richtungen in Kristallgittern zu identifizieren und zu beschreiben. Sie bieten eine standardisierte Notation, die Kristallographen, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren hilft, über spezifische kristalline Orientierungen zu kommunizieren. Miller-Indizes sind entscheidend für die Analyse von Röntgenbeugungsmustern, das Verständnis des Kristallwachstums, die Berechnung interplanarer Abstände und das Studium verschiedener physikalischer Eigenschaften, die von der kristallographischen Orientierung abhängen.
Wie gehe ich mit einer Ebene um, die parallel zu einer der Achsen ist?
Wenn eine Ebene parallel zu einer Achse ist, schneidet sie diese Achse nie, sodass der Schnittpunkt als unendlich betrachtet wird. In der Notation der Miller-Indizes ist der Kehrwert von unendlich null, sodass der entsprechende Miller-Index null wird. Zum Beispiel hätte eine Ebene, die parallel zur y-Achse verläuft, Schnittpunkte (a, ∞, c) und Miller-Indizes (h,0,l).
Was bedeuten negative Miller-Indizes?
Negative Miller-Indizes zeigen an, dass die Ebene die entsprechende Achse auf der negativen Seite des Ursprungs schneidet. In der kristallographischen Notation werden negative Indizes typischerweise mit einem Strich über der Zahl angezeigt, wie z.B. (h̄kl). Negative Indizes repräsentieren Ebenen, die ihren positiven Gegenstücken in Bezug auf physikalische Eigenschaften entsprechen, aber unterschiedliche Orientierungen aufweisen.
Wie hängen Miller-Indizes mit der Kristallstruktur zusammen?
Miller-Indizes stehen in direktem Zusammenhang mit der atomaren Anordnung in einer Kristallstruktur. Der Abstand zwischen Ebenen mit spezifischen Miller-Indizes (dhkl) hängt vom Kristallsystem und den Gitterparametern ab. In der Röntgenbeugung fungieren diese Ebenen als reflektierende Ebenen gemäß dem Bragg-Gesetz, was charakteristische Beugungsmuster erzeugt, die die Kristallstruktur offenbaren.
Was ist der Unterschied zwischen Miller-Indizes und Miller-Bravais-Indizes?
Miller-Indizes verwenden drei Ganzzahlen (h,k,l) und sind für die meisten Kristallsysteme geeignet. Miller-Bravais-Indizes verwenden vier Ganzzahlen (h,k,i,l) und sind speziell für hexagonale Kristallsysteme konzipiert. Der vierte Index, i, ist redundant (i = -(h+k)), hilft jedoch, die Symmetrie des hexagonalen Systems aufrechtzuerhalten und macht äquivalente Ebenen leichter erkennbar.
Wie berechne ich den Winkel zwischen zwei Kristallflächen?
Der Winkel θ zwischen zwei Ebenen mit Miller-Indizes (h₁,k₁,l₁) und (h₂,k₂,l₂) in einem kubischen Kristallsystem kann berechnet werden mit:
Für nicht-kubische Systeme ist die Berechnung komplexer und beinhaltet den metrischen Tensor des Kristallsystems.
Was ist der Zusammenhang zwischen Miller-Indizes und d-Abständen?
Der d-Abstand (interplanarer Abstand) für Ebenen mit Miller-Indizes (h,k,l) hängt vom Kristallsystem ab. Für einen kubischen Kristall mit Gitterparameter a lautet die Beziehung:
Für andere Kristallsysteme gelten komplexere Formeln, die die spezifischen Gitterparameter einbeziehen.
Können Miller-Indizes Brüche sein?
Nein, nach Konvention sind Miller-Indizes immer Ganzzahlen. Wenn die Berechnung zunächst Brüche ergibt, werden sie in den kleinsten Satz von Ganzzahlen umgewandelt, die dasselbe Verhältnis beibehalten. Dies geschieht, indem man alle Werte mit dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Nenner multipliziert.
Wie bestimme ich die Miller-Indizes einer Kristallfläche experimentell?
Die Miller-Indizes von Kristallflächen können experimentell mithilfe von Röntgenbeugung, Elektronenbeugung oder optischer Goniometrie bestimmt werden. Bei der Röntgenbeugung stehen die Winkel, unter denen die Beugung auftritt, in Beziehung zu den d-Abständen der Kristallflächen gemäß dem Bragg-Gesetz, das zur Identifizierung der entsprechenden Miller-Indizes verwendet werden kann.
Was sind die Miller-Indizes häufiger Kristallflächen?
Einige häufige Kristallflächen und ihre Miller-Indizes sind:
- (100), (010), (001): Primäre kubische Flächen
- (110), (101), (011): Diagonale Flächen in kubischen Systemen
- (111): Oktaedrische Fläche in kubischen Systemen
- (112): Häufige Gleitebene in raumzentrierten kubischen Metallen
Referenzen
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