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材料科学シミュレーター

結晶構造シミュレーター — SC/BCC/FCC/HCP/ダイヤモンド

5種類の結晶構造の充填率・配位数・格子定数をリアルタイム計算。ミラー指数からブラッグ回折角まで一気に求めよう。

結晶構造を選択
原子半径 r (Å)
Å
ブラッグ条件 (立方晶)
hkl:
X線波長 λ (Å)
Å
計算中...

幾何学的な角度のみ。構造因子・消滅則は未適用。HCP角度は対象外。

一時停止中はスライダーを動かすと結果が即座に更新されます。

計算結果
—
格子定数 a (Å)
—
単位胞原子数 Z
—
充填率 (%)
—
配位数
—
2θ (°)
ユニットセル

球を縮小した模式図。半径変更時も表示サイズは一定です。球の数は原子数Zではありません。HCPは理想 c/a = √(8/3)。理想HCPの出典(ASE)

充填構造
理論・主要公式
$$2d\sin\theta = n\lambda$$

立方晶面間隔: $d_{hkl}= a/\sqrt{h^2+k^2+l^2}$

結晶構造の幾何計算:充填率とBragg角

🙋
原子半径を変えたのに、充填率が同じなのはバグですか?
🎓
この理想剛体球モデルでは正しい挙動です。BCCはa=4r/√3なので、原子体積も単位胞体積もr³に比例し、比はπ√3/8≈68.0%で一定です。半径を変えると格子定数とBragg角は変わります。

検算できる計算例

BCC、r=1.28Å、(110)、λ=1.54Å:a=2.956Å、d=2.090Å、2θ=43.23°、充填率68.0%、配位数8、単位胞原子数2。FCCで同じrならa=3.620Å、充填率74.0%、配位数12、原子数4です。

モデルと適用範囲

同じ大きさの剛体球が接触する理想構造です。SC:a=2r、BCC:a=4r/√3、FCC:a=2√2r、Diamond:a=8r/√3。HCPはa=2r、理想c/a=√(8/3)の模式図で、表示原子数6は六角柱の慣用胞です。原始胞の2原子とは胞の選び方が違います。

角度計算は立方晶だけです。整数h,k,l(0〜9、全部0を除く)についてd=a/√(h²+k²+l²)、n=1、2θ=2asin(λ/2d)を計算します。λ>2dでは実角度が存在しません。HCPの角度はこのページでは計算しません。

Bragg角が求まっても、その位置に観測可能なピークが出るとは限りません。本ツールは構造因子・消滅則・強度・温度・装置誤差を計算しません。例えばBCC(111)は幾何学的角度を持っても消滅反射です。材料同定や測定精度を保証しません。原子半径は結合状態に依存し、実物性表への自動換算もありません。

FAQ

半径で充填率が変わらないのはなぜ?

接触する剛体球モデルではaがrに比例するため、原子体積と胞体積の比はrによらず、構造で決まります。

角度が出ない場合は?

(000)、非整数・範囲外の指数、λ>2d、またはHCP選択を確認してください。波長と格子定数はともにÅです。

角度からXRDピークを予測できますか?

幾何学的条件だけです。構造因子や消滅則を適用していないため、実際のピーク有無や強度を予測しません。

HCPの原子数は2ではありませんか?

原始胞は2ですが、図の六角柱慣用胞は6です。胞を混同せず比較してください。

LibreTexts: X-ray diffraction and systematic absences

使い方ガイド

角度計算は立方晶だけです。整数h,k,l(0〜9、全部0を除く)についてd=a/√(h²+k²+l²)、n=1、2θ=2asin(λ/2d)を計算します。λ>2dでは実角度が存在しません。HCPの角度はこのページでは計算しません。

具体的な計算例

BCC、r=1.28Å、(110)、λ=1.54Å:a=2.956Å、d=2.090Å、2θ=43.23°、充填率68.0%、配位数8、単位胞原子数2。FCCで同じrならa=3.620Å、充填率74.0%、配位数12、原子数4です。

実務での注意点

Bragg角が求まっても、その位置に観測可能なピークが出るとは限りません。本ツールは構造因子・消滅則・強度・温度・装置誤差を計算しません。例えばBCC(111)は幾何学的角度を持っても消滅反射です。材料同定や測定精度を保証しません。原子半径は結合状態に依存し、実物性表への自動換算もありません。

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物質の状態変化(相転移)とは|蒸発・凝固・昇華を物理シミュレーションで可視化
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