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晶體結構可視化軟件 VESTA使用教程（上篇）

來源：測試GO 時間：2021-01-22 15:31:26 瀏覽：43095次

1引言

量子力學第一性原理計算方法被廣泛地應用在化學、物理、生命科學和材料學等領域，而在進行第一性原理計算時，常常需要多種輔助軟件，比如建模軟件MaterialsStudio、數據處理軟件Ultraedit、數據上傳軟件WinScp、能帶圖作圖軟件p4vasp以及可視化數據處理軟件VESTA等一系列軟件。其中VESTA作為一款免費的可視化軟件，在圖形的繪制當中非常便捷，廣大計算工作者常用其繪制晶體/材料結構圖。

2軟件簡介

VESTA的全稱為VisualizationforElectronicandStructuralAnalysis，其由日本京都大學的FujioIZUMI和國立科學博物館的KoichiMOMMA共同開發出的一款應用于晶體結構和電子結構可視化的專業軟件。作為一款免費的軟件，使用者可以在學術、科學及教育等領域中應用。

2.1軟件下載

在網頁上輸入“VESTA”的關鍵字符即可搜索到該軟件官網，點擊鏈接進入，可見圖1的官網界面。點擊左側菜單欄的Download選項，出現如圖2所示的下載通道，除了可以在Windows系統下使用，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經歷了1.x、2.x、3.x等幾代產品，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，可聯系我們：17318936377（微信同號）

圖1

2.2軟件界面

VESTA界面比較簡潔，如圖3所示，其主要由以下幾個部分組成：

（1）菜單欄；

（2）水平工具欄：主要有選擇查看角度，移動，旋轉等功能；

（3）垂直工具欄：主要有旋轉，選擇，移動，放大，測量角度和距離等功能；

（4）副面板：快速調整晶體結構；

（5）繪圖窗口：可同時打開多個窗口；

（6）文本區域：顯示結構圖的各類信息以及當前選中的對象。

圖2

2.3軟件功能

VESTA的功能十分強大，它可以非常簡單地實現晶體結構建模、調整晶體結構參數、顯示外觀和查看結構信息，以及輸出圖片或轉換數據格式等一系列功能，部分功能如下文所示（圖4-6）：

a)可視化晶體模型：

圖3

b)可視化體數據：

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)協助其他軟件：

VESTA可以為其它軟件制作運算必須的初始文件，比如可以制作VASP運行所必須的POSCAR原子坐標軟件。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建立晶體結構

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）代表模型三維空間的立體展現，通過點擊黑色箭頭，在右方結構模型處移動鼠標可以實現模型的三維旋轉；下方的白色箭頭可以實現原子的選取；十字標號可以使模型在可視化窗口中進行上下左右的移動。紅色邊框內的幾個標號分別代表兩個原子之間的距離、三個原子之間呈現的夾角、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*（藍色邊框內）則可以直接實現模型在x、y和z軸上面的視角。

圖5

3.1導入晶體結構文件

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

3.2手動建模

對于無法下載的晶體結構文件，若能從相關文獻中獲得晶體結構信息，則可采用手動建模的方式來建立晶體結構。下面以手動建模ZnS晶體為例，已知其晶體結構信息如圖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構命令；

步驟2：修改晶體結構名稱為ZnS；

步驟3：選擇對稱性信息并輸入點陣參數；

步驟4：按照文獻中的數據輸入Zn和S原子的信息；

步驟5：單擊OK即可獲得如圖14所示的晶體結構。

4查看晶體結構信息

4.1查看基本信息

單擊文本區域的“Summary”選項即可看到晶體結構的基本信息，如圖15所示。

圖7

4.2查看原子坐標

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。

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，然后單擊想測量的兩個原子，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

以測量原子夾角為例，在垂直工具欄內選擇“角度”工具，然后依次選擇三個原子，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量類似，這里不再敘述。

圖10

本文簡要介紹了VESTA軟件以及其構建晶體結構的方法，而關于該軟件更深入的應用我們將在另一篇推文中進行詳細講解，希望各位持續關注。

5參考文獻

[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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