Biophysics · 07.01

結晶状態：unit cellとcrystal defects

The crystalline state (unit cell, 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

\rho=\frac{ZM}{N_A V_{\mathrm{cell}}}

$Z$ 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。

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。