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晶体结构可视化软件 VESTA使用教程（上篇）

来源：测试GO 时间：2021-01-22 15:31:26 浏览：27104次

1引言

量子力学第一性原理计算方法被广泛地应用在化学、物理、生命科学和材料学等领域，而在进行第一性原理计算时，常常需要多种辅助软件，比如建模软件MaterialsStudio、数据处理软件Ultraedit、数据上传软件WinScp、能带图作图软件p4vasp以及可视化数据处理软件VESTA等一系列软件。其中VESTA作为一款免费的可视化软件，在图形的绘制当中非常便捷，广大计算工作者常用其绘制晶体/材料结构图。

2软件简介

VESTA的全称为VisualizationforElectronicandStructuralAnalysis，其由日本京都大学的FujioIZUMI和国立科学博物馆的KoichiMOMMA共同开发出的一款应用于晶体结构和电子结构可视化的专业软件。作为一款免费的软件，使用者可以在学术、科学及教育等领域中应用。

2.1软件下载

在网页上输入“VESTA”的关键字符即可搜索到该软件官网，点击链接进入，可见图1的官网界面。点击左侧菜单栏的Download选项，出现如图2所示的下载通道，除了可以在Windows系统下使用，也可以在MacOS和Linux上使用。VESTA十分小巧，下载后无需安装，解压即可使用，操作非常方便快捷。

自2017正式推出至今，VESTA经历了1.x、2.x、3.x等几代产品，其功能也不断完善和更新，2020年的最新版本为VESTA3.5.2，大小仅为20多MB，（下载链接：http://jp-minerals.org/vesta/en/download.html）。

若链接失效，可联系我们：17318936377（微信同号）

图1

2.2软件界面

VESTA界面比较简洁，如图3所示，其主要由以下几个部分组成：

（1）菜单栏；

（2）水平工具栏：主要有选择查看角度，移动，旋转等功能；

（3）垂直工具栏：主要有旋转，选择，移动，放大，测量角度和距离等功能；

（4）副面板：快速调整晶体结构；

（5）绘图窗口：可同时打开多个窗口；

（6）文本区域：显示结构图的各类信息以及当前选中的对象。

图2

2.3软件功能

VESTA的功能十分强大，它可以非常简单地实现晶体结构建模、调整晶体结构参数、显示外观和查看结构信息，以及输出图片或转换数据格式等一系列功能，部分功能如下文所示（图4-6）：

a)可视化晶体模型：

图3

b)可视化体数据：

采用VESTA可以绘制电子密度分布图、电荷密度分布图：

c)可视化晶体形貌：

图4

d)协助其他软件：

VESTA可以为其它软件制作运算必须的初始文件，比如可以制作VASP运行所必须的POSCAR原子坐标软件。此外，还可以打开42种类型的文件格式，可以输出15种类型的文件格式，比如cif，pdb等。

3建立晶体结构

VESTA软件的主界面如图7所示，其左面栏的黑色箭头（黄色边框内）代表模型三维空间的立体展现，通过点击黑色箭头，在右方结构模型处移动鼠标可以实现模型的三维旋转；下方的白色箭头可以实现原子的选取；十字标号可以使模型在可视化窗口中进行上下左右的移动。红色边框内的几个标号分别代表两个原子之间的距离、三个原子之间呈现的夹角、平面角和界面之间的夹角（自上而下）。位于界面栏上方的a,b,c和a*,b*和c*（蓝色边框内）则可以直接实现模型在x、y和z轴上面的视角。

图5

3.1导入晶体结构文件

下载好的晶体结构文件可以直接采用VESTA打开（图8），VESTA支持非常多的晶体结构文件格式，如：cif，xyz，ins，POSCAR，pdb，cc1，ics等。

3.2手动建模

对于无法下载的晶体结构文件，若能从相关文献中获得晶体结构信息，则可采用手动建模的方式来建立晶体结构。下面以手动建模ZnS晶体为例，已知其晶体结构信息如图9，按照下述步骤展开操作：

图6

步骤1：在菜单栏选择新建晶体结构命令；

步骤2：修改晶体结构名称为ZnS；

步骤3：选择对称性信息并输入点阵参数；

步骤4：按照文献中的数据输入Zn和S原子的信息；

步骤5：单击OK即可获得如图14所示的晶体结构。

4查看晶体结构信息

4.1查看基本信息

单击文本区域的“Summary”选项即可看到晶体结构的基本信息，如图15所示。

图7

4.2查看原子坐标

如图16所示，使用垂直工具栏上的“选择”工具，并选择想查看的原子，然后就能在Output里面获得原子坐标。

图8

4.3查看原子距离

如图17所示，在垂直工具栏里选择“距离”工具，然后单击想测量的两个原子，随后就能在Output里面获得原子距离。

图9

4.4查看原子夹角，二面角和界面角

以测量原子夹角为例，在垂直工具栏内选择“角度”工具，然后依次选择三个原子，随后就能在Output里面获得原子夹角，如图18所示。二面角和界面角的测量类似，这里不再叙述。

图10

本文简要介绍了VESTA软件以及其构建晶体结构的方法，而关于该软件更深入的应用我们将在另一篇推文中进行详细讲解，希望各位持续关注。

5参考文献

[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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