晶向、晶面與晶體幾何

米勒指數(Miller indices)

晶體裡佈滿了一片片平坦的原子層,要談論其中任何一片,你都需要一個名字。米勒指數就是這套命名系統:三個整數寫在圓括號裡,(hkl),用來釘住一個晶面在單位晶胞中的取向。它不直接描述那個面,而是巧妙地利用「面切在三軸的哪裡」——就像用一道斜坡碰到哪些牆、碰在多高來辨認它。

步驟有三。第一,找出面與 a、b、c 三軸相交的位置,以晶胞稜長為單位(即截距)。第二,取每個截距的倒數。第三,把分數乘上去清成最小整數,套上圓括號。一個在三軸都切在一倍稜長處的面,截距為 1、1、1,倒數 1、1、1,故為 (111)。一個切 a 於 1、而與 b、c 平行的面,截距為 1、無限大、無限大;倒數為 1、0、0,故為 (100)。取倒數的整個用意就在處理無限大:平行於某軸的面得到乾淨的指數 0,而非無法使用的無限大。

有一點微妙處常讓人搞混。這組指數命名的不是單一平面,而是一整疊等間距、彼此平行、具該取向的平面。而且 (100) 與 (200) 並不相同:(200) 描述的平面間距只有 (100) 的一半。為晶面取向命名時我們化為最簡整數,但在繞射中像 (200) 這種倍數會以另一支反射重新出現,所以晶體學家會刻意保留它們。

一個在 a/2、b、無限大(平行於 c)處與軸相交的面,截距為 1/2、1、無限大;倒數為 2、1、0;故為 (210) 面。注意:面永遠碰不到的軸貢獻一個 0,而它最靠近原點相交的軸貢獻最大的指數。

先截距、再倒數、再清分數——把一個面化為 (hkl) 的三步驟法則。

(100) 與 (200) 取向相同但間距不同:(200) 面的間距只有一半。命名晶面時化為最簡整數,但在繞射中要保留倍數,因為它們是不同的反射。

又称
(hkl)Miller index晶面指數