2.VESTA 사용법 - Monolayer MoS2 만들기 (2023.08.03 수정)

본 매뉴얼은 리눅스(UBUNTU 20.04)환경에서 Terminal에 명령을 내리는 방식으로 작성되었습니다.
사용자는 UBUNTU 20.04 이상의 환경에서 리눅스 환경에 익숙해지는 과정을 거치면서 매뉴얼을 사용하시기 바랍니다.

https://sites.google.com/view/seoulqmt

 

University of Seoul QMT

VESTA(이하 베스타)에서는 앞서 말한대로 우리가 원하는 분자들의 구조를 그려 볼 수 있다.

Window 환경에서의 베스타, 출처는 베스타 공식 홈페이지

설치한 베스타를 이용해 우선 MoS2 를 그려 볼 것이다. 앞으로 예시는 모두 MoS2로 들도록 하겠다. AMCSD에 들어가서 MoS2에 대한 정보를 찾아 보면 다음과 같다.

AMCSD에서 MoS_2를 검색한 모습

https://jp-minerals.org/vesta/en/ (베스타 설치 사이트 링크)

VESTA

베스타를 설치할 수 있다.

적당한 위치에 tar xfv (압축파일 이름) 명령어를 써서

압축을 풀고 베스타를 이용하기 시작한다.
베스타의 기능은 매우 다양하다. 여기서는 분자 구조를 그려 보는 데에 주로 활용할 것이다. 오늘의 목표는 MoS2 한 겹 짜리를 만드는 것이다.

 

실행은 터미널 창에서 VESTA가 있는 디렉토리에 접근하여 ./VESTA를 치는 것이다.

베스타를 설치한 모습. Linux를 기본적으로 활용할 것이다.

AMCSD에서 데이터를 가지고 와서 베스타에 입력하여 분자 구조를 그릴 것이다.
읽어야 할 정보는 노랑색 형광펜 된 부분이다. a = b = 3.161, c = 12.295그리고 α = β = 90o, γ = 120ο 등의 Lattice Parameter 를 파악하고, Space Group특성은 P6_3/mmc까지 우선 파악하면 된다. 그리고 각 atom들의Structure parameter도 보아 두도록 하자. (두번째, 세번째 형광펜)
이제 베스타를 열어서 우리가 얻은 파라미터들을 입력해 보도록 하자.
File -> New -> Unit cell 로 가면 다음과 같이, 파라미터들을 입력할 수 있다.
P63mmc구조의 특성상 a와 b의 값이 같으므로, a만입력하면 b는 자동으로 입력된다.

이제 Structure parameters를 입력하자. Edit>Edit data>Structure parameters에 들어간다.
여기서 Symbol을 클릭하면 주기율표가 나온다. 여기서 Mo를 입력하고 Label에도Mo를 입력한 다음,
Structure parameter x,y,z를 입력한다. 분수를 입력하면 소수 꼴로 변환된다.
Mo와S모두 같은 과정을 거친 뒤에 Ok를 누르면 우선 Unit Cell이 완성된다.

Unit cell에 필요한 데이터들을 모두 입력한 모습. 노랑색이 S, 보라색이 Mo 원자이다.

이제 Bond를 만들 차례다. Edit -> Bonds 를 클릭하면 다음과 같은 창이 나온다.

이제 new를 클릭하고 A1에는 Mo, A2에는 S를 입력한 뒤, Max length에 3.161을 입력하면 오른쪽과 같은 모양이 완성된다.

잘 완성된 파일인지 확인하려면 좌측에 동그라미 해 둔 버튼들을 이용한다.
예를 들어, 거리를 알고 싶다면 좌측에 표시된 버튼을 누르고, 원하는 원자 두 개를 클릭하면 된다. 그러면 좌측 하단의 Output에서 angstrom 단위로 원자 사이의 거리를 확인할 수 있다. (앞서 말한 Lattice Parameter 에서 a,b,c는 사실 원자 사이의 거리였음을 이제 눈치챘을 것이다.)

이제 저장을 하면 확장자 .vesta형식으로 저장된다.
그리고 다시 열어서 이것을 vasp형식으로 저장하고, cif(Crystallographic Information File)형식으로도 저장할 것이다.
Vasp로 저장하는 이유는, 앞서 연결한 원자들의 위치 파라미터들을 알아보기 쉽게 얻을 수 있기 때문이다.
File -> Export Data로 간다.

이 과정을 반복하여 CIF파일로도 저장한다.

우측 하단에서 Vasp를 선택하고 저장하면 된다. 주의할 점은, 저장할 때 fractional coordinate 으로 저장할 것인지, Cartesian Coordinate으로 저장할지를 묻는데, 이 때 fractional 로 저장하는 것이 좋다.
나중에 input file을 만들 때 원자들의 좌표를 입력할 일이 있는데, 이 때 Cartesian을 사용하면 잘못된 결과를 얻게 되기 때문이다.
같은 방식으로, cif 파일로 만들어서 또 한번 저장한다.
(사실, 이 파일들은 앞서 소개한 materials project, AMCSD등의 사이트에서 다운받을 수 있다. 일단은 직접 만들어 보고 다운받은 자료와 비교해 보도록 하자.)

우리가 만들 파일은 Monolayer이므로, 아래나 위에 있는 것 중 하나를 택해서 지우도록 하자. VESTA에서 클릭해서 지울 수도 있고, 좌표를 확인한 뒤, vasp 파일을 vi로 켜서 지우고 싶은 원자들을 택해 지울 수도 있다.

드래그 한 뒤, delete 버튼을 누르면 지워진다.

원자를 클릭한 뒤, 좌표를 확인한다.

텍스트 에디터에서 해당 좌표를 확인하여 지운다.

다 지우고 나면 이렇게 Monolayer MoS2가 나온다.