Kristallirakenteissa

Kristallirakenteissa atomi, ioni tai molekyyli asettuu säännöllisesti kolmiulotteiseen tilaan. Tämä toistuva järjestys muodostaa pienimmästä rakennuspalikasta, yksikkökoloista (unit cell), koostuvan rakenteen, jonka toisto määrittää koko kristallin geometrian ja monien ominaisuuksien peruspiirteet.

Bravais-lattia kuvaa säännöllisen toistuvan tilan perusmuotoa. Maailmassa on 14 Bravais-lattiaa ja seitsemän kidejärjestelmää, joiden piirissä yksikkökoloon liittyvät parametrit a, b, c sekä kulmat α, β ja γ määrittelevät tilan symmetrian. Yhteenvetona kristallit voivat olla erilaisia sekä atomien, ioni- ja molekyylikoostumusten että järjestäytymisen perusteella.

Atomirakenteet voivat olla metallisia, ionisia tai kovalenttisesti sitovia. Metalliset kristallit ovat yleisesti bcc-, fcc- tai hcp-kiteissä, joissa atomit pakkautuvat tiheästi. Ioniset kidesrakenteet, kuten NaCl-tyyppinen rocksalt, ovat yleisiä myös; kovalenttisten verkkojen piirteisiin kuuluvat esimerkiksi piikiteet. Tiheä pakkautuminen vaikuttaa koordinaatioon ja suureen osaan materiaaleista liittyviin ominaisuuksiin.

Millerin indeksit (hkl) kuvaavat kristallitasoja, ja [uvw]-suunnat kertovat suuntia rakenteessa. Näiden merkkien avulla voidaan tulkita diffraktiotuloksia ja luoda malli kideparien sijainnista.

Rakenne voidaan tutkia kokeellisesti röntgen-, elektronidiffraktioin tai neutronidiffractionin avulla. Diffraktio paljastaa säännöllisen elektronitiheyden vuorovaikutuksen aallon kanssa ja antaa mahdollisuuden laskea sekä yksikkökolo että koko kristallin rakenne Fourier-analyysillä ja rakennefaktoreilla. Kristallirakenteiden tuntemus on keskeistä materiaalien ominaisuuksien, kuten lujuuden, sähkönjohtavuuden ja optisten ominaisuuksien ymmärtämisessä.