VESTA绘制晶体结构基本教程

软件简介

https://jp-minerals.org/vesta/en/download.html

（上图来自2016JACS: 10.1021/jacs.6b09067）

个人建议所有做材料的同学都上手玩一下这个软件~除了大小论文里面可以放自己亲手画的晶体结构，也可以通过这个软件更深入地认识自己所做的材料，获取键长、键角等具体信息，还能绘制不同晶面，对电子衍射结果有一个更直观的感受。大家可以下载好软件每个按键都点一点试一试，其实上手还是挺快的~搜索引擎可以找到很多相关的教程，今天我们就一些基础的功能展开简单的介绍。

晶体结构的绘制

还是老样子，我以half-Heusler化合物为例讲一讲怎么画出如下图所示的晶体结构：

1）获取基本结构信息

如果知道晶体的空间群、晶格常数、原子占位等基本信息，可以通过File-New Structure自己手动输入进行建胞。但一般来说我们做的都是已有的材料，或者至少有相同结构的材料，可以通过各类数据库下载（Springer、Materials Project、COD等）得到cif/POSCAR文件，直接拖入VESTA软件界面即可得到原始的结构图像，如下图（NbFeSb）:

对于新材料，可以直接下载同结构的材料结构之后在菜单Edit-Edit Data-Structure parameters里面修改元素获取最初始的晶体结构。

2）增加成键及多面体

从Zintl的角度理解half-Heusler化合物，可以认为晶胞中4b和4c位的原子形成阴离子团，4a位的原子作为阳离子提供电子。那么此时我们可以通过增加成键来更好的呈现这一概念。在菜单Edit-Bonds中设置成键原子的元素，键长范围来确定需要新增的键。

接着，在主界面Style处可以选择Polyhedral形式，将成键原子用多面体包围起来。原始的颜色可能会比较丑，因此可以在Properties-Polyhedra界面更改多面体每个面的颜色、透明度，多面体各边的颜色等设置。

3）各元素配色的调整

可以看到上面的软件默认配色并不够美观，至少Fe和Sb的配色过于接近，难以区分，因此可以在主界面的Objects选项卡对不同元素的颜色进行自定义设置，此处我用的是Origin教程（3）中提到过的默认配色Bold1系列，也是ggplot2的Set1，RGB值分别为红（228,26,28），蓝（55,126,184），绿（77,175,74）。最终效果如下：

除此之外，也可以通过修改直接将VESTA根目录下的elements.ini文件修改软件的默认配色方案，知乎上有一个改为Jmol默认配色的具体文件内容，详见：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/406681414

https://github.com/obaica/vesta.mod

4）其它微调

大部分的调整可以在Tools-Properties（或者菜单栏-Objects-Properties）里面进行调整，除了上述所说的晶面、成键颜色等，还有晶格边框类型，原子半径，等值面等等。此外，在菜单栏的View-Overall Apperance选项内，可以调整光源、背景等信息，请大家自行探索~

5）图片导出

没有特殊要求时，大家可以直接用各类截屏软件截取画好的晶体结构，如果想要比较高清的版本，可以在File-Export Vector Image选项处导出矢量图，选择Export Raster Image输出位图时，在确认导出时也可以输入对应的缩放系数以达到获取高清图的效果（比如输入1是600*400，输入2就是1200*800）。

结构信息、新增晶面等

1）键长、键角等

主要通过左侧的垂直工具栏实现，选择键长工具之后点击两个原子会在下方信息栏中显示对应间距，键角也是一样，依次选择三个原子就能得到对应角的大小，如下图所示：

2）粉末XRD模拟

选择上方菜单的Utilities-Powder Diffraction Pattern然后点击Calculate即可，也可以在Conditions里面设置kα1和kα2的相对强弱，默认值就是2:1，我们把kα2设成0，可以得到如下的NbFeSb的粉末XRD模拟结果：

在Reflections界面中，可以看到对应的晶面指数、2θ角大小、晶面间距等信息，此处不再赘述。

3）新增晶面

在上述XRD衍射峰或者电子衍射点实际都反映了结构的晶面相关信息，我们可以选取其中一个晶面在晶体结构中画出来，以更好地理解每个衍射点对应的晶面到底长什么样子，比如上面的XRD图像，2θ大小为26°左右的衍射峰对应的晶面是(111)，间距为3.43?左右，那么现在可以通过菜单的Edit-Lattice Planes输入对应的晶面指数以及与原点的距离将晶面画出来，同样的晶面的颜色以及透明度也能进行设置，此处不再赘述。

由于单个晶胞显示的原子数可能比较少，我们也可以在Objects-Boundary界面显示多个周期内的晶胞，我们将显示边界设为2 2 2，新增一个Fe原子构成的(111)晶面，最终效果如下图所示。

4）观察角度

当某个晶面可以比较好地反映结构特征时，往往可以选取对应方向进行原子尺度的微结构表征。对于HH材料，沿[110]方向可以看到每个元素会形成一个原子柱，在研究NbCoSb的短程有序时便沿该方向拍了HADDF图像，如下

（2019_EES: 10.1039/C8EE03654C）：

在VESTA中，要通过确定的晶带轴方向进行观察可以在菜单Objects-Orientation中输入对应参数即可

同时，在View菜单中将视图从Parallel改成Perspective还能得到透视效果

从这个图里就可以很明显看到沿[110]方向观察时每个原子都对应一列重叠的相同元素的原子柱。

综上，通过新增晶面、改变观察角度，我们对样品的电子衍射结果应该能有一个更直观的认识。

关于VESTA的基础应用就介绍到这里，关于电荷密度的绘制方法等进一步用法，有需要的同学可以下载官 的使用手册（https://jp-minerals.org/vesta/archives/VESTA_Manual.pdf）、自行使用搜索引擎或者多点点软件里的各个功能来熟悉，这里就不多废话了~

最后，祝大家学业有成，科研顺利！