結晶状態：unit cellとcrystal defects

🧠 結晶は長距離秩序 long-range order 長距離秩序（long-range order） long-range order（長距離秩序） をもつ周期構造 periodic structure 周期構造（periodic structure） periodic structure（周期構造） で、最小反復単位 repeating unit 反復単位（repeating unit） repeating unit（反復単位） である単位格子 grating 格子（grating） grating（格子） の並進により結晶格子 grating 格子（grating） grating（格子） 全体を構成する。

結晶格子と単位格子

格子点lattice points 格子点（lattice points）lattice points（格子点） と基本構造 basic structure 基本構造（basic structure） basic structure（基本構造） の組合せが結晶構造 crystal structure 結晶構造（crystal structure） crystal structure（結晶構造） を作る。実在結晶には空孔 vacancy空孔（vacancy） vacancy（空孔）、格子間原子interstitial格子間原子（interstitial）interstitial（格子間原子）、置換原子substitution置換原子（substitution）substitution（置換原子）、転位dislocation 転位（dislocation）dislocation（転位） などの欠陥が存在する。

格子grating 格子（grating）grating（格子） の対称性や欠陥は屈折率 refractive index屈折率（refractive index） refractive index（屈折率）・複屈折birefringence 複屈折（birefringence）birefringence（複屈折） にも現れるため、結晶材料の光学特性と対応させる。

flowchart TD
  A["単位<span class='jp-term jp-term-diagram' title='grating'>格子</span>を定義"]
  B["3方向へ周期的に反復"]
  C["欠陥を含む<span class='jp-term jp-term-diagram' title='macroscopic'>巨視的</span>結晶"]
  A --> B
  B --> C

長距離秩序の記述

$Z$は単位格子内式単位 formula units単位格子内式単位（formula units） formula units（単位格子内式単位）、$M$はモル質量 molar massモル質量（molar mass） molar mass（モル質量）。

格子欠陥が物性を変える

微細構造を光学的に読み出す散乱の仕組みは、光散乱light scattering 光散乱（light scattering）light scattering（光散乱） ―Rayleigh散乱とMie散乱へ発展する。

• 単結晶single crystal 単結晶（single crystal）single crystal（単結晶） と多結晶 polycrystal 多結晶（polycrystal） polycrystal（多結晶） を区別。
• 点欠陥point defect 点欠陥（point defect）point defect（点欠陥） は拡散や伝導率 conductivity 伝導率（conductivity） conductivity（伝導率） に影響。
• 転位は機械的強度と塑性 plasticity 塑性（plasticity） plasticity（塑性） 変形を左右。

材料・生体への応用

骨塩のハイドロキシアパタイト hydroxyapatite ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite） hydroxyapatite（ハイドロキシアパタイト） や腎結石の構造解析に関係する。

結晶構造crystal structure 結晶構造（crystal structure）crystal structure（結晶構造） とその時間変化は、ナノ結晶の電子回折 electron diffraction 電子回折（electron diffraction） electron diffraction（電子回折） や超高速電子回折 electron diffraction 電子回折（electron diffraction） electron diffraction（電子回折） によって原子レベルで解析できる。¹²

まとめ

• 結晶は長距離秩序 long-range order 長距離秩序（long-range order） long-range order（長距離秩序） をもつ周期構造 periodic structure 周期構造（periodic structure） periodic structure（周期構造） で、最小反復単位 repeating unit 反復単位（repeating unit） repeating unit（反復単位） である単位格子 grating 格子（grating） grating（格子） の並進により結晶格子 grating 格子（grating） grating（格子） 全体を構成する。
• 単結晶single crystal 単結晶（single crystal）single crystal（単結晶） と多結晶 polycrystal 多結晶（polycrystal） polycrystal（多結晶） を区別。
• 骨塩のハイドロキシアパタイト hydroxyapatite ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite） hydroxyapatite（ハイドロキシアパタイト） や腎結石の構造解析に関係する。