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晶體結(jié)構(gòu)可視化軟件 VESTA使用教程（上篇）

來源：測(cè)試GO 時(shí)間：2021-01-22 15:31:26 瀏覽：43896次

1引言

量子力學(xué)第一性原理計(jì)算方法被廣泛地應(yīng)用在化學(xué)、物理、生命科學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域，而在進(jìn)行第一性原理計(jì)算時(shí)，常常需要多種輔助軟件，比如建模軟件MaterialsStudio、數(shù)據(jù)處理軟件Ultraedit、數(shù)據(jù)上傳軟件WinScp、能帶圖作圖軟件p4vasp以及可視化數(shù)據(jù)處理軟件VESTA等一系列軟件。其中VESTA作為一款免費(fèi)的可視化軟件，在圖形的繪制當(dāng)中非常便捷，廣大計(jì)算工作者常用其繪制晶體/材料結(jié)構(gòu)圖。

2軟件簡(jiǎn)介

VESTA的全稱為VisualizationforElectronicandStructuralAnalysis，其由日本京都大學(xué)的FujioIZUMI和國立科學(xué)博物館的KoichiMOMMA共同開發(fā)出的一款應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)可視化的專業(yè)軟件。作為一款免費(fèi)的軟件，使用者可以在學(xué)術(shù)、科學(xué)及教育等領(lǐng)域中應(yīng)用。

2.1軟件下載

在網(wǎng)頁上輸入“VESTA”的關(guān)鍵字符即可搜索到該軟件官網(wǎng)，點(diǎn)擊鏈接進(jìn)入，可見圖1的官網(wǎng)界面。點(diǎn)擊左側(cè)菜單欄的Download選項(xiàng)，出現(xiàn)如圖2所示的下載通道，除了可以在Windows系統(tǒng)下使用，也可以在MacOS和Linux上使用。VESTA十分小巧，下載后無需安裝，解壓即可使用，操作非常方便快捷。

自2017正式推出至今，VESTA經(jīng)歷了1.x、2.x、3.x等幾代產(chǎn)品，其功能也不斷完善和更新，2020年的最新版本為VESTA3.5.2，大小僅為20多MB，（下載鏈接：http://jp-minerals.org/vesta/en/download.html）。

若鏈接失效，可聯(lián)系我們：17318936377（微信同號(hào)）

圖1

2.2軟件界面

VESTA界面比較簡(jiǎn)潔，如圖3所示，其主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）菜單欄；

（2）水平工具欄：主要有選擇查看角度，移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)等功能；

（3）垂直工具欄：主要有旋轉(zhuǎn)，選擇，移動(dòng)，放大，測(cè)量角度和距離等功能；

（4）副面板：快速調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)；

（5）繪圖窗口：可同時(shí)打開多個(gè)窗口；

（6）文本區(qū)域：顯示結(jié)構(gòu)圖的各類信息以及當(dāng)前選中的對(duì)象。

圖2

2.3軟件功能

VESTA的功能十分強(qiáng)大，它可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)建模、調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)、顯示外觀和查看結(jié)構(gòu)信息，以及輸出圖片或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式等一系列功能，部分功能如下文所示（圖4-6）：

a)可視化晶體模型：

圖3

b)可視化體數(shù)據(jù)：

采用VESTA可以繪制電子密度分布圖、電荷密度分布圖：

c)可視化晶體形貌：

圖4

d)協(xié)助其他軟件：

VESTA可以為其它軟件制作運(yùn)算必須的初始文件，比如可以制作VASP運(yùn)行所必須的POSCAR原子坐標(biāo)軟件。此外，還可以打開42種類型的文件格式，可以輸出15種類型的文件格式，比如cif，pdb等。

3建立晶體結(jié)構(gòu)

VESTA軟件的主界面如圖7所示，其左面欄的黑色箭頭（黃色邊框內(nèi)）代表模型三維空間的立體展現(xiàn)，通過點(diǎn)擊黑色箭頭，在右方結(jié)構(gòu)模型處移動(dòng)鼠標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)模型的三維旋轉(zhuǎn)；下方的白色箭頭可以實(shí)現(xiàn)原子的選取；十字標(biāo)號(hào)可以使模型在可視化窗口中進(jìn)行上下左右的移動(dòng)。紅色邊框內(nèi)的幾個(gè)標(biāo)號(hào)分別代表兩個(gè)原子之間的距離、三個(gè)原子之間呈現(xiàn)的夾角、平面角和界面之間的夾角（自上而下）。位于界面欄上方的a,b,c和a*,b*和c*（藍(lán)色邊框內(nèi)）則可以直接實(shí)現(xiàn)模型在x、y和z軸上面的視角。

圖5

3.1導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)文件

下載好的晶體結(jié)構(gòu)文件可以直接采用VESTA打開（圖8），VESTA支持非常多的晶體結(jié)構(gòu)文件格式，如：cif，xyz，ins，POSCAR，pdb，cc1，ics等。

3.2手動(dòng)建模

對(duì)于無法下載的晶體結(jié)構(gòu)文件，若能從相關(guān)文獻(xiàn)中獲得晶體結(jié)構(gòu)信息，則可采用手動(dòng)建模的方式來建立晶體結(jié)構(gòu)。下面以手動(dòng)建模ZnS晶體為例，已知其晶體結(jié)構(gòu)信息如圖9，按照下述步驟展開操作：

圖6

步驟1：在菜單欄選擇新建晶體結(jié)構(gòu)命令；

步驟2：修改晶體結(jié)構(gòu)名稱為ZnS；

步驟3：選擇對(duì)稱性信息并輸入點(diǎn)陣參數(shù)；

步驟4：按照文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)輸入Zn和S原子的信息；

步驟5：單擊OK即可獲得如圖14所示的晶體結(jié)構(gòu)。

4查看晶體結(jié)構(gòu)信息

4.1查看基本信息

單擊文本區(qū)域的“Summary”選項(xiàng)即可看到晶體結(jié)構(gòu)的基本信息，如圖15所示。

圖7

4.2查看原子坐標(biāo)

如圖16所示，使用垂直工具欄上的“選擇”工具，并選擇想查看的原子，然后就能在Output里面獲得原子坐標(biāo)。

圖8

4.3查看原子距離

如圖17所示，在垂直工具欄里選擇“距離”工具，然后單擊想測(cè)量的兩個(gè)原子，隨后就能在Output里面獲得原子距離。

圖9

4.4查看原子夾角，二面角和界面角

以測(cè)量原子夾角為例，在垂直工具欄內(nèi)選擇“角度”工具，然后依次選擇三個(gè)原子，隨后就能在Output里面獲得原子夾角，如圖18所示。二面角和界面角的測(cè)量類似，這里不再敘述。

圖10

本文簡(jiǎn)要介紹了VESTA軟件以及其構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)的方法，而關(guān)于該軟件更深入的應(yīng)用我們將在另一篇推文中進(jìn)行詳細(xì)講解，希望各位持續(xù)關(guān)注。

5參考文獻(xiàn)

[1]K.MommaandF.Izumi,“VESTA3forthree-dimens-ionalvisualizationofcrystal,volumetricandmorphologydata,”J.Appl.Crystallogr.,44,1272–1276(2011).

[2]Wang,T.;Zhao,N.;Shi,C.;Ma,L.;He,F.;He,C.;Li,J.;Liu,E.,InterfaceandDopingEffectsonLiIonStorageBehavi-orofGraphene/Li2O.TheJournalofPhysicalChemistryC2017.

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