電影《功夫》里有段話：少年，我看你 骨骼驚奇，是萬中無一的武學奇才，維護世界和平就靠你了，我這有本秘籍《如來神掌》，見與你有緣，就十塊賣給你了！那麼，作為材料人的你是否也想看看自己的材料是否「骨骼驚奇」呢，我這裡有 晶體結構可視化軟體VESTA入門教程，見與你有緣，就分享給你啦，讓你也能輕鬆繪製出如圖1所示的漂亮的晶體/材料結構圖。
圖1採用Vesta繪製出的材料結構示意圖
目錄
1、軟體介紹
2、建立晶體結構
2.1 導入晶體結構文件
2.2 手動建模
3、查看晶體結構信息
3.1 查看基本信息
3.2 查看原子坐標
3.3 查看原子距離
3.4 查看原子夾角，二面角和介面角
4、調整晶體結構
4.1 調整晶胞參數
4.2 降低晶體對稱性
4.3 增加原子和調整原子位置
4.4 刪除原子
4.5 構建超晶胞
5、美化晶體結構
5.1 修改總體外觀
5.2 修改晶體結構顯示方式
5.3 調整原子、鍵和多面體等顯示特性
5.4 顯示晶面
6、輸出圖片或數據
7、其他功能
1、軟體介紹
VESTA（ Visualization for Electronic and STructural Analysis）是由日本國立科學博物館的Koichi MOMMA和京都大學的Fujio IZUMI開發出的一款用於晶體結構和電子結構可視化的專業軟體。VESTA功能十分強大，它可以非常簡單地實現晶體結構建模、查看結構信息、調整晶體結構參數和顯示外觀，輸出圖片或轉換數據格式等一系列功能。
VESTA是一款免費的軟體，你可以在學術、科學、教育及非商業應用中盡情使用，但最好在發表時引用下面這個參考文獻：K. Momma and F. Izumi, 「VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data,」 J. Appl. Crystallogr., 44, 1272–1276 (2011)。
VESTA十分小巧，僅有60 MB，下載後無需安裝，解壓即可使用（下載連結：http://jp-minerals.org/vesta/en/download.html）。除了可以在Windows系統下使用，它也可以在MacOS和Linux上使用。自2017正式推出至今，它經歷了1.x、2.x、3.x等幾代產品，其功能也在不斷完善，最新的版本是VESTA 3.4.8。
圖2VESTA官網
VESTA介面比較簡潔（如圖3），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：主要由旋轉，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3 VESTA的介面
2、建立晶體結構
2.1 導入晶體結構文件
將下載好的晶體結構文件直接採用VESTA打開即可（圖4），VESTA支持非常多的晶體結構文件格式，如：cif，xyz，ins，POSCAR，pdb，cc1，ics等。
圖4 採用VESTA打開cif文件即可導入晶體結構
2.2 手動建模
如果我們無法下載到晶體結構文件，但能從一些文獻中獲得晶體結構信息，那可以採用手動建模的方式建立晶體結構。下面以手動建模ZnS晶體為例，已知其晶體結構信息如圖5。
圖5 ZnS的晶體結構參數
步驟1：在菜單欄選擇新建晶體結構命令，如圖6所示；
圖6 新建晶體結構
步驟2：修改晶體結構名稱為ZnS，如圖7所示；
圖7 修改名稱
步驟3：選擇對稱性信息並輸入點陣參數，如圖8所示；
圖8選擇對稱性信息並輸入點陣參數
步驟4：按照文獻中的數據輸入Zn和S原子的信息，如圖9所示；
圖9輸入原子信息
步驟5：單擊OK即可獲得如圖10所示的晶體結構。
圖10 手動繪製的ZnS晶體結構
3、查看晶體結構信息
3.1 查看基本信息
如圖11所示，在文本區域單擊「Summary」即可看到晶體結構的基本信息。
圖11 查看晶體結構基本信息
3.2 查看原子坐標
如圖12，使用垂直工具欄上的「選擇」工具，選擇你想查看的原子，然後就能在Output裡面獲得原子坐標。（提示：在原子的右上角單擊更容易選擇上該原子）
圖12 查看原子坐標
3.3 查看原子距離
如圖13，選擇「距離」工具，然後單擊你想測量的兩個原子，隨後就能在Output裡面獲得原子距離。
圖13 查看原子距離
3.4 查看原子夾角，二面角和介面角
以測量原子夾角為例（圖14），選擇「角度」工具，然後依次選擇三個原子，隨後就能在Output裡面獲得原子夾角。二面角和介面角的測量類似，這裡不再敘述。
圖14 查看原子夾角
4、調整晶體結構
4.1 調整晶胞參數
如圖15所示，依次選擇「Edit Edit Data Unite Cell」就可以打開「Edit Data」介面（圖16），在圖16紅圈所示地方就可以對晶胞參數進行調整。這裡只能對晶胞長度a進行調整，因為該例中ZnS是立方結構。
圖15 打開Unite Cell頁面
圖16 調整晶胞參數
4.2 降低晶體對稱性
有時候為了方便對晶體結構進行修改，我們需要降低晶體的對稱性至「P1」。從4.1中的圖15和圖16可以看出，由於對稱性的存在，Zn和S原子只有一個等效位點且有些晶體點陣參數不能修改。為此，我們可以按照圖17的方式通過「Remove symmetry」來去除晶體對稱性。
圖17 降低晶體對稱性
可以看到，點陣參數都可以修改了（圖18）且原子等效位置種類也大大增加了（圖19）。
圖18 修改點陣參數
圖19 原子等效位置
4.3 增加原子和調整原子位置
增加原子操作是在「Edit Data」選項卡中的「Structure parameters」頁面進行的，如圖20所示，單擊「New」並輸入原子參數就可增加原子，結果如圖21所示。如果先選中已有的原子，則可以對原子位置進行調整。
圖20 增加原子
圖21 增加一個綠色的Li原子
4.4 刪除原子
VESTA刪除原子分為兩種，一種是真正意義上的刪除；另一種只是表觀刪除，只是不讓原子顯示出來。
（1）真正刪除：如圖22所示，選中原子序號，點擊刪除即可。
圖22 真正刪除原子
（2）表觀刪除：如圖23，選中原子，按下Delete即可。此時原子僅僅不顯示，進入「Edit Data」選項卡中的「Structure parameters」頁面可以發現原子還是存在的（圖24），再次點擊Appy就可以重新顯示出來。
圖23 表觀刪除原子
圖24 查看原子信息
圖24 查看原子信息
4.5 構建超晶胞
（1）如圖25所示，在「Edit Data」選項卡中的「Unit Cell」頁面單擊「Transform」；
圖25 選擇Transform
（2）如圖26，在打開的介面中輸入轉換矩陣（這裡表示「b軸×2」），並在兩次彈出的對話框內連續選擇是（這裡沒有顯示這些對話框），最後單擊「OK」；
圖26 輸入轉換矩陣
（3）系統自動回到如圖27的介面，然後點擊「Apply」即可，就可得到如圖28所示的結果；
圖27 最後點擊應用
圖28 構建好的超晶胞
5、美化晶體結構
5.1 修改總體外觀
如圖29，通過「View」「Overall Appearance」即可打開如圖30所示的總體外觀調整介面，在這裡我們可以對繪圖窗口圖形的總體外觀進行調整，包括背景顏色，投影方式，深度效果等重要參數。
圖29 打開總體外觀
圖30 總體外觀調整介面
5.2 修改晶體結構顯示方式
如圖31，我們可以在副面板中通過Style來改變晶體結構的顯示方式，總共有五種類型（圖32）。
圖31 調整晶體結構顯示方式
圖32 五種晶體結構顯示方式
5.3 調整原子、鍵和多面體等顯示特性
晶體結構中的晶胞邊框、原子大小與顏色、鍵和多面體等顯示特性都可以在「Properties」介面中進行調整（圖33），我們可以在副面板中單擊「Properties」來調出它（圖34）。
圖33 Properties介面
圖34 Properties介面的打開方法
（1）調整晶胞邊框和坐標軸
如圖35所示，在「General」頁面，我們可以輕易地調整是否顯示晶胞邊框，線框類型，粗細以及顏色。與此同時，我們也可以調整是否顯示坐標軸及坐標軸標籤（圖36）。
圖35 在General頁面調整晶胞邊框和坐標軸
圖36 調整晶胞邊框和坐標軸前後對比圖
（2）調整原子大小和原色
如圖37，在Atoms頁面，我們就可以對原子的大小和顏色等各種性質進行調整。
圖37 調整原子的大小和顏色
（3）調整鍵的顯示
如圖38，在Bonds頁面，我們可以對鍵的各種顯示方式進行調整，包括單顏色，雙顏色，漸變線，虛線等各種類型。
圖38 調整鍵的顯示方式
需要注意的是，在對「鍵」的顯示類型進行調整前必須要存在鍵才行，如果原子之間不存在鍵，可以按照圖39和40建立鍵。
圖39 打開「Bonds」介面的方法
圖40 在「Bonds」介面中新建Zn-S鍵
5.4 顯示晶面
首先通過「Edit」「Lattice Planes」打開編輯晶面的介面（圖41），然後按照如圖42所示，通過新建晶面來顯示晶面。
圖41 打開編輯晶面的方式
圖42 新建晶面
6、輸出圖片或數據
在我們建立、修改並美化好晶體結構之後，我們就可以按照圖43的方式將結果輸出，除了可以將結果保存為各種數據文件之外，最重要的是將其保存為圖片。VESTA軟體繪製的圖形既可以保存為「位圖」也可以保存為「矢量圖」，一般我們是選擇保存為「位圖」。
圖43 將結果輸出為數據文件或圖片
在保存為位圖輸出圖片的時候，我們還需要填寫一個「Scale」因子（圖44），這個因子越大，輸出的圖片也越清晰，一般情況下我們使用3就可以了。
圖44 調整Scale因子
7、其他功能
除了廣泛地用來顯示材料的晶體結構，VESTA還可以用來進行以下工作：
（1）進行簡單的理論計算相關的晶體結構建模；
（2）獲得理論XRD譜圖（圖45）；
（3）查看與電子結構相關的理論計算結果（圖46）；
（4）轉化晶體結構文件類型（輸出為POSCAR和CIF等類型的文件）
圖45 獲得理論XRD譜圖
圖46 查看電子結構圖
註：本文是作者根據個人經驗總結而得，作者已盡力查找資料以避免可能的錯誤或誤導，如有差錯，歡迎大家在評論區留言指正，多多交流。
本文由 王老師供稿。
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