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单晶体是容易观察和理解晶体衍射特性的方法。单晶体可以模拟来自单晶的X射线、中子和电子衍射图样，显示相互作用的晶格截面并构成平面或矢量的立体投影。通过将模拟图案与观察到的衍射图像结合，可以自动索引图案并确定晶体的取向。
单晶材料的整个样品的晶格是连续的并且不破裂到样品的边缘，没有晶界。与晶界相关的缺陷的缺失可以使单晶具有独特的性能，特别是机械、光学和电学，这也可以是各向异性的，这取决于晶体结构的类型。这些特性，除了使它们在某些宝石中珍贵之外，在工业应用中，特别是在光学和电子学中被工业应用。单晶的反面是一种无定形结构，原子位置限于短程有序。在这两个端之间存在多晶，它由许多被称为微晶的小晶体和亚晶相组成。
单晶硅用于半导体的制造。在微处理器操作的量子尺度上，晶界的存在将通过改变局部电学特性对场效应晶体管的功能有显著影响。因此，微处理器制造商已经投入大量的设备来生产硅的大单晶。
由于熵效应有利于固体微观结构中的某些缺陷，如杂质、不均匀应变和位错等晶体缺陷，有意义的尺寸的单晶在自然界中罕见，而且难以生产。在实验室中，虽然它们可以在受控条件下进行。另一方面，不的单晶在自然界中可以达到巨大的尺寸：已知几种矿物如绿柱石、石膏和长石，已经产生了几米宽的晶体。
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