测试表征系列 | 晶体结构可视化软件VESTA使用教程（上篇）——简单易学，超级好用
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Materials Studio、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 。
VESTA的全称为Visualization for Electronic and Structural Analysis，其由日本京都大学的Fujio IZUMI和国立科学博物馆的Koichi MOMMA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，2022年的最新版本为VESTA 3.5.8，大小仅为20多MB。
（下载链接：http://jp-minerals.org/vesta/en/download.html）。
图1 VESTA官网界面
图2 VESTA下载界面
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3 VESTA的界面
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4 采用VESTA绘制出的晶体结构示意图
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：
图5 采用VESTA绘制出的晶体结构示意图
c) 可视化晶体形貌：
图6 采用VESTA绘制出的晶体形貌图
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。
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7 VESTA的主界面
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。
图8 在VESTA软件中导入数据
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9 ZnS的晶体结构参数
步骤1：在菜单栏选择新建晶体结构命令，如图10所示；
图10 新建晶体结构
步骤2：修改晶体结构名称为ZnS，如图11所示；
图11 晶体结构命名
步骤3：选择对称性信息并输入点阵参数，如图12所示；
图12 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，如图13所示；
图13 输入原子信息
步骤5：单击OK即可获得如图14所示的晶体结构。
图14 手动绘制的ZnS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15 查看晶体结构基本信息
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16 查看原子坐标
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17 查看原子距离
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18 查看原子夹角
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。
参考文献
[1] K. Momma and F. Izumi, “VESTA 3 for three-dimens-ional visualization of crystal, volumetric and morphology data,” J. Appl. Crystallogr., 44, 1272–1276 (2011).
[2] Wang, T.; Zhao, N.; Shi, C.; Ma, L.; He, F.; He, C.; Li, J.; Liu, E., Interface and Doping Effects on Li Ion Storage Behavi-or of Graphene/Li2O. The Journal of Physical Chemistry C 2017.
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