Pengira Indeks Miller untuk Pengenalan Permukaan Kristal

Kira indeks Miller daripada pemotongan kristal dengan alat yang mudah digunakan ini. Penting untuk kristalografi, sains bahan, dan aplikasi fizik pepejal.

Pengira Indeks Miller

Pintas Permukaan Kristal

Masukkan pintasan permukaan kristal dengan paksi x, y, dan z. Gunakan '0' untuk permukaan yang selari dengan paksi (pintasan tak terhingga).

Masukkan nombor atau 0 untuk tak terhingga

Masukkan nombor atau 0 untuk tak terhingga

Masukkan nombor atau 0 untuk tak terhingga

Indeks Miller

Indeks Miller untuk permukaan ini adalah:

(1,1,1)
Salin ke Papan Klip

Visualisasi

Apa itu Indeks Miller?

Indeks Miller adalah sistem notasi yang digunakan dalam kristalografi untuk menentukan permukaan dan arah dalam kisi kristal.

Untuk mengira indeks Miller (h,k,l) daripada pintasan (a,b,c):

1. Ambil kebalikan pintasan: (1/a, 1/b, 1/c) 2. Tukar kepada set integer terkecil dengan nisbah yang sama 3. Jika permukaan selari dengan paksi (pintasan = tak terhingga), indeks Miller yang bersesuaian adalah 0

  • Indeks negatif ditunjukkan dengan bar di atas nombor, contohnya, (h̄,k,l)
  • Notasi (hkl) mewakili permukaan tertentu, manakala {hkl} mewakili keluarga permukaan yang setara
  • Indeks arah ditulis dalam tanda kurung siku [hkl], dan keluarga arah ditandakan dengan <hkl>
📚

Dokumentasi

Kalkulator Indeks Miller

Pengenalan

Kalkulator Indeks Miller adalah alat yang kuat untuk para kristalografer, ilmuwan material, dan mahasiswa untuk menentukan indeks Miller dari pesawat kristal. Indeks Miller adalah sistem notasi yang digunakan dalam kristalografi untuk menentukan pesawat dan arah dalam kisi kristal. Kalkulator ini memungkinkan Anda untuk dengan mudah mengubah titik potong pesawat kristal dengan sumbu koordinat menjadi indeks Miller yang sesuai, memberikan cara yang terstandarisasi untuk mengidentifikasi dan berkomunikasi tentang pesawat kristal tertentu.

Indeks Miller adalah dasar untuk memahami struktur kristal dan sifat-sifatnya. Dengan merepresentasikan pesawat dengan satu set tiga bilangan bulat (h,k,l), indeks Miller memungkinkan ilmuwan untuk menganalisis pola difraksi sinar-X, memprediksi perilaku pertumbuhan kristal, menghitung jarak antar pesawat, dan mempelajari berbagai sifat fisik yang bergantung pada orientasi kristalografi.

Apa Itu Indeks Miller?

Indeks Miller adalah sekumpulan tiga bilangan bulat (h,k,l) yang mendefinisikan satu keluarga pesawat paralel dalam kisi kristal. Indeks ini diturunkan dari kebalikan dari titik potong fraksional yang dibuat oleh pesawat dengan sumbu kristalografi. Notasi ini memberikan cara terstandarisasi untuk mengidentifikasi pesawat tertentu dalam struktur kristal.

Representasi Visual Indeks Miller

x y z

O

a=2 b=3 c=6

(3,2,1) Pesawat

Indeks Miller (3,2,1) Pesawat Kristal

Sebuah visualisasi 3D dari pesawat kristal dengan indeks Miller (3,2,1). Pesawat ini memotong sumbu x, y, dan z pada titik 2, 3, dan 6 masing-masing, menghasilkan indeks Miller (3,2,1) setelah mengambil kebalikan dan menemukan set bilangan bulat terkecil dengan rasio yang sama.

Rumus untuk Menghitung Indeks Miller

Untuk menghitung indeks Miller (h,k,l) dari sebuah pesawat kristal, ikuti langkah-langkah matematis berikut:

  1. Tentukan titik potong pesawat dengan sumbu x, y, dan z, memberikan nilai a, b, dan c.
  2. Ambil kebalikan dari titik potong ini: 1/a, 1/b, 1/c.
  3. Ubah kebalikan ini menjadi set bilangan bulat terkecil yang mempertahankan rasio yang sama.
  4. Tiga bilangan bulat yang dihasilkan adalah indeks Miller (h,k,l).

Secara matematis, ini dapat dinyatakan sebagai:

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

Dimana:

  • (h,k,l) adalah indeks Miller
  • a, b, c adalah titik potong pesawat dengan sumbu x, y, dan z, masing-masing

Kasus Khusus dan Konvensi

Beberapa kasus khusus dan konvensi penting untuk dipahami:

  1. Titik Potong Tak Terhingga: Jika sebuah pesawat sejajar dengan sumbu, titik potongnya dianggap tak terhingga, dan indeks Miller yang bersangkutan menjadi nol.

  2. Indeks Negatif: Jika sebuah pesawat memotong sumbu di sisi negatif asal, indeks Miller yang bersangkutan adalah negatif, ditandai dengan garis di atas angka dalam notasi kristalografi, misalnya, (h̄kl).

  3. Titik Potong Fraksional: Jika titik potong adalah fraksional, mereka diubah menjadi bilangan bulat dengan mengalikan dengan kelipatan persekutuan terkecil.

  4. Sederhanakan: Indeks Miller selalu direduksi menjadi set bilangan bulat terkecil yang mempertahankan rasio yang sama.

Panduan Langkah-demi-Langkah Menggunakan Kalkulator

Kalkulator Indeks Miller kami menyediakan cara yang sederhana untuk menentukan indeks Miller untuk pesawat kristal mana pun. Berikut cara menggunakannya:

  1. Masukkan Titik Potong: Masukkan nilai di mana pesawat memotong sumbu x, y, dan z.

    • Gunakan angka positif untuk titik potong di sisi positif asal.
    • Gunakan angka negatif untuk titik potong di sisi negatif.
    • Masukkan "0" untuk pesawat yang sejajar dengan sumbu (titik potong tak terhingga).
  2. Lihat Hasilnya: Kalkulator akan secara otomatis menghitung dan menampilkan indeks Miller (h,k,l) untuk pesawat yang ditentukan.

  3. Visualisasikan Pesawat: Kalkulator menyertakan visualisasi 3D untuk membantu Anda memahami orientasi pesawat dalam kisi kristal.

  4. Salin Hasil: Gunakan tombol "Salin ke Papan Klip" untuk dengan mudah mentransfer indeks Miller yang dihitung ke aplikasi lain.

Contoh Perhitungan

Mari kita melalui sebuah contoh:

Misalkan sebuah pesawat memotong sumbu x, y, dan z pada titik 2, 3, dan 6 masing-masing.

  1. Titik potong adalah (2, 3, 6).
  2. Mengambil kebalikan: (1/2, 1/3, 1/6).
  3. Untuk menemukan set bilangan bulat terkecil dengan rasio yang sama, kalikan dengan kelipatan persekutuan terkecil dari penyebut (KPK dari 2, 3, 6 = 6): (1/2 × 6, 1/3 × 6, 1/6 × 6) = (3, 2, 1).
  4. Oleh karena itu, indeks Miller adalah (3,2,1).

Kasus Penggunaan Indeks Miller

Indeks Miller memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang ilmiah dan teknik:

Kristalografi dan Difraksi Sinar-X

Indeks Miller sangat penting untuk menginterpretasikan pola difraksi sinar-X. Jarak antara pesawat kristal, yang diidentifikasi oleh indeks Miller mereka, menentukan sudut di mana sinar-X dibiaskan, mengikuti hukum Bragg:

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

Dimana:

  • nn adalah bilangan bulat
  • λ\lambda adalah panjang gelombang sinar-X
  • dhkld_{hkl} adalah jarak antara pesawat dengan indeks Miller (h,k,l)
  • θ\theta adalah sudut datang

Ilmu Material dan Teknik

  1. Analisis Energi Permukaan: Pesawat kristalografi yang berbeda memiliki energi permukaan yang berbeda, mempengaruhi sifat seperti pertumbuhan kristal, katalisis, dan adhesi.

  2. Sifat Mekanis: Orientasi pesawat kristal mempengaruhi sifat mekanis seperti sistem slip, pesawat pemisahan, dan perilaku patah.

  3. Pembuatan Semikonduktor: Dalam fabrikasi semikonduktor, pesawat kristal tertentu dipilih untuk pertumbuhan epitaksial dan fabrikasi perangkat karena sifat elektroniknya.

  4. Analisis Tekstur: Indeks Miller membantu mengkarakterisasi orientasi yang disukai (tekstur) dalam bahan polikristalin, yang mempengaruhi sifat fisiknya.

Mineralogi dan Geologi

Para geolog menggunakan indeks Miller untuk menggambarkan wajah kristal dan pesawat pemisahan dalam mineral, membantu dengan identifikasi dan pemahaman kondisi pembentukan.

Aplikasi Pendidikan

Indeks Miller adalah konsep dasar yang diajarkan dalam kursus ilmu bahan, kristalografi, dan fisika keadaan padat, menjadikan kalkulator ini alat pendidikan yang berharga.

Alternatif untuk Indeks Miller

Meskipun indeks Miller adalah notasi yang paling banyak digunakan untuk pesawat kristal, beberapa sistem alternatif ada:

  1. Indeks Miller-Bravais: Notasi empat indeks (h,k,i,l) yang digunakan untuk sistem kristal heksagonal, di mana i = -(h+k). Notasi ini lebih mencerminkan simetri struktur heksagonal.

  2. Simbol Weber: Digunakan terutama dalam literatur lama, terutama untuk menggambarkan arah dalam kristal kubik.

  3. Vektor Kisi Langsung: Dalam beberapa kasus, pesawat digambarkan menggunakan vektor kisi langsung daripada indeks Miller.

  4. Posisi Wyckoff: Untuk menggambarkan posisi atom dalam struktur kristal daripada pesawat.

Meskipun ada alternatif ini, indeks Miller tetap menjadi notasi standar karena kesederhanaannya dan penerapan universalnya di semua sistem kristal.

Sejarah Indeks Miller

Sistem indeks Miller dikembangkan oleh mineralogis dan kristalografer Inggris William Hallowes Miller pada tahun 1839, diterbitkan dalam karyanya "A Treatise on Crystallography." Notasi Miller dibangun di atas pekerjaan sebelumnya oleh Auguste Bravais dan lainnya, tetapi memberikan pendekatan yang lebih elegan dan konsisten secara matematis.

Sebelum sistem Miller, berbagai notasi digunakan untuk menggambarkan wajah kristal, termasuk parameter Weiss dan simbol Naumann. Inovasi Miller adalah menggunakan kebalikan dari titik potong, yang menyederhanakan banyak perhitungan kristalografi dan memberikan representasi yang lebih intuitif dari pesawat paralel.

Adopsi indeks Miller meningkat dengan penemuan difraksi sinar-X oleh Max von Laue pada tahun 1912 dan pekerjaan berikutnya oleh William Lawrence Bragg dan William Henry Bragg. Penelitian mereka menunjukkan utilitas praktis indeks Miller dalam menginterpretasikan pola difraksi dan menentukan struktur kristal.

Sepanjang abad ke-20, ketika kristalografi menjadi semakin penting dalam ilmu bahan, fisika keadaan padat, dan biokimia, indeks Miller menjadi mapan sebagai notasi standar. Saat ini, mereka tetap penting dalam teknik karakterisasi bahan modern, kristalografi komputasional, dan desain nanomaterial.

Contoh Kode untuk Menghitung Indeks Miller

1import math
2import numpy as np
3
4def calculate_miller_indices(intercepts):
5    """
6    Hitung indeks Miller dari titik potong
7    
8    Args:
9        intercepts: Daftar tiga titik potong [a, b, c]
10        
11    Returns:
12        Daftar tiga indeks Miller [h, k, l]
13    """
14    # Tangani titik potong tak terhingga (sejajar dengan sumbu)
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    # Temukan nilai non-nol untuk perhitungan GCD
23    non_zero = [r for r in reciprocals if r != 0]
24    
25    if not non_zero:
26        return [0, 0, 0]
27    
28    # Skala ke bilangan bulat yang wajar (menghindari masalah titik mengambang)
29    scale = 1000
30    scaled = [round(r * scale) for r in non_zero]
31    
32    # Temukan GCD
33    gcd_value = np.gcd.reduce(scaled)
34    
35    # Ubah kembali ke bilangan bulat terkecil
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# Contoh penggunaan
46intercepts = [2, 3, 6]
47indices = calculate_miller_indices(intercepts)
48print(f"Indeks Miller untuk titik potong {intercepts}: {indices}")  # Output: [3, 2, 1]
49

Contoh Numerik

Berikut beberapa contoh umum perhitungan indeks Miller:

  1. Contoh 1: Kasus Standar

    • Titik Potong: (2, 3, 6)
    • Kebalikan: (1/2, 1/3, 1/6)
    • Kalikan dengan KPK penyebut (6): (3, 2, 1)
    • Indeks Miller: (3,2,1)
  2. Contoh 2: Pesawat Sejajar dengan Sumbu

    • Titik Potong: (1, ∞, 2)
    • Kebalikan: (1, 0, 1/2)
    • Kalikan dengan 2: (2, 0, 1)
    • Indeks Miller: (2,0,1)
  3. Contoh 3: Titik Potong Negatif

    • Titik Potong: (-1, 2, 3)
    • Kebalikan: (-1, 1/2, 1/3)
    • Kalikan dengan 6: (-6, 3, 2)
    • Indeks Miller: (-6,3,2)
  4. Contoh 4: Titik Potong Fraksional

    • Titik Potong: (1/2, 1/3, 1/4)
    • Kebalikan: (2, 3, 4)
    • Sudah dalam bentuk bilangan bulat
    • Indeks Miller: (2,3,4)
  5. Contoh 5: Pesawat Khusus (100)

    • Titik Potong: (1, ∞, ∞)
    • Kebalikan: (1, 0, 0)
    • Indeks Miller: (1,0,0)

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa itu indeks Miller digunakan untuk?

Indeks Miller digunakan untuk mengidentifikasi dan menggambarkan pesawat dan arah dalam kisi kristal. Mereka memberikan notasi terstandarisasi yang membantu para kristalografer, ilmuwan material, dan insinyur berkomunikasi tentang orientasi kristal tertentu. Indeks Miller sangat penting untuk menganalisis pola difraksi sinar-X, memahami pertumbuhan kristal, menghitung jarak antar pesawat, dan mempelajari berbagai sifat fisik yang bergantung pada orientasi kristalografi.

Bagaimana cara menangani pesawat yang sejajar dengan salah satu sumbu?

Ketika sebuah pesawat sejajar dengan sumbu, ia tidak pernah memotong sumbu tersebut, sehingga titik potong dianggap berada pada tak terhingga. Dalam notasi indeks Miller, kebalikan dari tak terhingga adalah nol, sehingga indeks Miller yang bersangkutan menjadi nol. Misalnya, pesawat yang sejajar dengan sumbu y akan memiliki titik potong (a, ∞, c) dan indeks Miller (h,0,l).

Apa arti indeks Miller negatif?

Indeks Miller negatif menunjukkan bahwa pesawat memotong sumbu yang bersangkutan di sisi negatif dari asal. Dalam notasi kristalografi, indeks negatif biasanya ditandai dengan garis di atas angka, seperti (h̄kl). Indeks negatif mewakili pesawat yang setara dengan rekan positifnya dalam hal sifat fisik tetapi memiliki orientasi yang berbeda.

Bagaimana indeks Miller terkait dengan struktur kristal?

Indeks Miller terkait langsung dengan susunan atom dalam struktur kristal. Jarak antara pesawat dengan indeks Miller tertentu (dhkl) tergantung pada sistem kristal dan parameter kisi. Dalam difraksi sinar-X, pesawat ini bertindak sebagai pesawat refleksi sesuai dengan hukum Bragg, menghasilkan pola difraksi khas yang mengungkapkan struktur kristal.

Apa perbedaan antara indeks Miller dan indeks Miller-Bravais?

Indeks Miller menggunakan tiga bilangan bulat (h,k,l) dan cocok untuk sebagian besar sistem kristal. Indeks Miller-Bravais menggunakan empat bilangan bulat (h,k,i,l) dan dirancang khusus untuk sistem kristal heksagonal. Indeks keempat, i, bersifat redundan (i = -(h+k)) tetapi membantu mempertahankan simetri sistem heksagonal dan membuat pesawat yang setara lebih mudah dikenali.

Bagaimana cara menghitung sudut antara dua pesawat kristal?

Sudut θ antara dua pesawat dengan indeks Miller (h₁,k₁,l₁) dan (h₂,k₂,l₂) dalam sistem kristal kubik dapat dihitung menggunakan:

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)}}

Untuk sistem non-kubik, perhitungannya lebih kompleks dan melibatkan tensor metrik dari sistem kristal.

Apa hubungan antara indeks Miller dan jarak d?

Jarak d (jarak antar pesawat) untuk pesawat dengan indeks Miller (h,k,l) tergantung pada sistem kristal. Untuk kristal kubik dengan parameter kisi a, hubungan tersebut adalah:

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

Untuk sistem kristal lainnya, rumus yang lebih kompleks berlaku yang menggabungkan parameter kisi spesifik.

Bisakah indeks Miller berupa fraksi?

Tidak, berdasarkan konvensi, indeks Miller selalu merupakan bilangan bulat. Jika perhitungan awal menghasilkan fraksi, mereka diubah menjadi set bilangan bulat terkecil yang mempertahankan rasio yang sama. Ini dilakukan dengan mengalikan semua nilai dengan kelipatan persekutuan terkecil dari penyebut.

Bagaimana cara menentukan indeks Miller dari wajah kristal secara eksperimental?

Indeks Miller dari wajah kristal dapat ditentukan secara eksperimental menggunakan difraksi sinar-X, difraksi elektron, atau goniometri optik. Dalam difraksi sinar-X, sudut di mana difraksi terjadi terkait dengan jarak d dari pesawat kristal melalui hukum Bragg, yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi indeks Miller yang bersangkutan.

Apa indeks Miller dari pesawat kristal umum?

Beberapa pesawat kristal umum dan indeks Miller mereka termasuk:

  • (100), (010), (001): Wajah kubik primer
  • (110), (101), (011): Wajah diagonal dalam sistem kubik
  • (111): Wajah oktahedral dalam sistem kubik
  • (112): Pesawat slip umum dalam logam kubik pusat tubuh

Referensi

  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.

Cobalah Kalkulator Indeks Miller kami hari ini untuk dengan cepat dan akurat menentukan indeks Miller untuk pesawat kristal mana pun. Apakah Anda seorang mahasiswa yang mempelajari kristalografi, seorang peneliti yang menganalisis struktur material, atau seorang insinyur yang merancang bahan baru, alat ini akan membantu Anda mengidentifikasi dan memahami pesawat kristal dengan mudah.