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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：47571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1VESTA官網(wǎng)界面

    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(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2VESTA的界面

    圖2

    2.3軟件功能

    VESTA的功能十分強(qiáng)大，它可以非常簡單地實(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采用VESTA繪制出的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

    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采用VESTA繪制出的晶體形貌圖

    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5VESTA的主界面

    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6ZnS的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)

    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查看晶體結(jié)構(gòu)基本信息

    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查看原子坐標(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查看原子距離

    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查看原子夾角

    圖10

    本文簡要介紹了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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    文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具。現(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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