Base de datos cristalográfica

Una base de datos cristalográfica es una base de datos diseñada específicamente para almacenar información sobre la estructura de moléculas y cristales. Los cristales son sólidos que tienen, en las tres dimensiones del espacio, una disposición repetitiva regular de átomos, iones o moléculas. Se caracterizan por su simetría, morfología y propiedades físicas dependientes de la dirección. Una estructura cristalina describe la disposición de átomos, iones o moléculas en un cristal. (Las moléculas deben cristalizarse en sólidos para que sus arreglos que se repiten regularmente puedan aprovecharse en la cristalografía basada en rayos X, neutrones y difracción de electrones).

Las estructuras cristalinas del material cristalino se determinan típicamente a partir de datos de difracción de un solo cristal de neutrones o rayos X y se almacenan en bases de datos de estructuras cristalinas. Se identifican de forma rutinaria comparando las intensidades de reflexión y los espacios de red de los datos de difracción de rayos X en polvo con las entradas en las bases de datos de huellas dactilares de difracción de polvo.

Las estructuras cristalinas de muestras cristalinas de tamaño nanométrico se pueden determinar mediante la información de amplitud del factor de estructura a partir de datos de difracción de electrones de un solo cristal o la información de ángulo de fase y amplitud del factor de estructura de las transformadas de Fourier de imágenes HRTEM de cristalitos. Se almacenan en bases de datos de estructuras cristalinas que se especializan en nanocristales y se pueden identificar comparando subconjuntos de ejes de zona en gráficos de huellas dactilares de franjas de celosía con entradas en una base de datos de huellas dactilares de franjas de celosía.

Las bases de datos cristalográficas difieren en los derechos de acceso y uso y ofrecen diversos grados de capacidad de búsqueda y análisis. Muchos proporcionan capacidades de visualización de estructuras. Pueden estar basados ​​en navegador o instalarse localmente. Las versiones más nuevas se basan en el modelo de base de datos relacional y admiten el archivo de información cristalográfica (CIF) como formato universal de intercambio de datos.

Visión general

Los datos cristalográficos se extraen principalmente de artículos científicos publicados y material complementario. Las versiones más nuevas de las bases de datos cristalográficas se basan en el modelo de base de datos relacional, que permite una referencia cruzada eficiente de las tablas. Las referencias cruzadas sirven para derivar datos adicionales o mejorar la capacidad de búsqueda de la base de datos.

El intercambio de datos entre bases de datos cristalográficas, software de visualización de estructuras y programas de refinamiento de estructuras se ha visto facilitado por la aparición del formato de archivo de información cristalográfica (CIF). El formato CIF es el formato de archivo estándar para el intercambio y archivo de datos cristalográficos. Fue adoptado por la Unión Internacional de Cristalografía (IUCr), que también proporciona especificaciones completas del formato. Es compatible con todas las principales bases de datos cristalográficas.

La creciente automatización del proceso de determinación de la estructura cristalina ha dado como resultado índices de publicación cada vez más altos de nuevas estructuras cristalinas y, en consecuencia, nuevos modelos de publicación. Los artículos minimalistas contienen solo tablas de estructuras de cristal, imágenes de estructuras y, posiblemente, descripciones de estructuras de tipo abstracto. Tienden a publicarse en revistas de acceso abierto financiadas o subvencionadas por el autor. Acta Crystallographica Sección E y Zeitschrift für Kristallographiepertenecen a esta categoría. Las contribuciones más elaboradas pueden destinarse a revistas tradicionales financiadas por suscriptores. Las revistas híbridas, por otro lado, incorporan artículos de acceso abierto financiados por autores individuales entre los financiados por suscriptores. Los editores también pueden publicar artículos científicos en línea, como archivos de formato de documento portátil (PDF).

Los datos de estructura cristalina en formato CIF están vinculados a artículos científicos como material complementario. Se puede acceder a los CIF directamente desde el sitio web del editor, las bases de datos cristalográficas o ambos. En los últimos años, muchos editores de revistas cristalográficas han llegado a interpretar los CIF como versiones formateadas de datos abiertos, es decir, que representan hechos no protegidos por derechos de autor y, por lo tanto, tienden a ponerlos a disposición gratuitamente en línea, independientemente del estado de accesibilidad de los artículos científicos vinculados.

Tendencias

A partir de 2008, se han publicado y almacenado más de 700.000 estructuras cristalinas en bases de datos de estructuras cristalinas. La tasa de publicación ha alcanzado más de 50.000 estructuras de cristal por año. Estos números se refieren a estructuras cristalinas publicadas y republicadas a partir de datos experimentales. Las estructuras cristalinas se vuelven a publicar debido a correcciones de errores de simetría, mejoras de los parámetros atómicos y de red, y diferencias en la técnica de difracción o las condiciones experimentales. A partir de 2016, se conocen y publican alrededor de 1,000,000 de moléculas y estructuras cristalinas, aproximadamente la mitad de ellas en acceso abierto.

Las estructuras cristalinas se clasifican típicamente como minerales, aleaciones de metales, inorgánicos, orgánicos, ácidos nucleicos y macromoléculas biológicas. Las bases de datos de estructuras cristalinas individuales atienden a usuarios en disciplinas químicas, biológicas moleculares o relacionadas específicas al cubrir super o subconjuntos de estas categorías. Los minerales son un subconjunto de compuestos en su mayoría inorgánicos. La categoría 'metales-aleaciones' cubre metales, aleaciones e intermetálicos. Las aleaciones de metales y los inorgánicos se pueden fusionar en 'no orgánicos'. Los compuestos orgánicos y las macromoléculas biológicas se separan según el tamaño molecular. Las sales orgánicas, los organometálicos y las metaloproteínas tienden a atribuirse a macromoléculas orgánicas o biológicas, respectivamente. Los ácidos nucleicos son un subconjunto de macromoléculas biológicas.

La exhaustividad puede referirse al número de entradas en una base de datos. En esos términos, una base de datos de estructuras cristalinas puede considerarse integral si contiene una colección de todas las estructuras cristalinas (re)publicadas en la categoría de interés y se actualiza con frecuencia. La búsqueda de estructuras en una base de datos de este tipo puede reemplazar el escaneo de la literatura abierta que consume más tiempo. El acceso a las bases de datos de estructuras cristalinas difiere ampliamente. Se puede dividir en acceso de lectura y escritura. Los derechos de acceso de lectura (búsqueda, descarga) afectan el número y rango de usuarios. El acceso de lectura restringido a menudo se combina con derechos de uso restringidos. Los derechos de acceso de escritura (cargar, editar, eliminar), por otro lado, determinan el número y rango de contribuyentes a la base de datos. El acceso de escritura restringido a menudo se combina con una alta integridad de los datos.

En términos de número de usuarios y tasas de acceso diario, las bases de datos de estructura cristalina de acceso abierto integrales y minuciosamente examinadas superan naturalmente a las bases de datos comparables con acceso y derechos de uso más restringidos. Independientemente de la exhaustividad, las bases de datos de estructuras cristalinas de acceso abierto han generado proyectos de software de código abierto, como herramientas de análisis de búsqueda, software de visualización y bases de datos derivadas. El progreso científico se ha ralentizado al restringir los derechos de acceso o uso, así como al limitar la exhaustividad o la integridad de los datos. Los derechos de uso o acceso restringido se asocian comúnmente con las bases de datos comerciales de estructuras cristalinas. La falta de exhaustividad o integridad de los datos, por otro lado, está asociada con algunas de las bases de datos de estructuras cristalinas de acceso abierto distintas de Crystallography Open Database (COD),y es "contraparte macromolecular de acceso abierto", la base de datos mundial de proteínas. Aparte de eso, varias bases de datos de estructuras cristalinas están disponibles gratuitamente con fines principalmente educativos, en particular, bases de datos mineralógicas y ramificaciones educativas del COD.

Las bases de datos cristalográficas pueden especializarse en estructuras cristalinas, identificación de fases cristalinas, cristalización, morfología cristalina o varias propiedades físicas. Las bases de datos más integradoras combinan varias categorías de compuestos o especializaciones. Las estructuras de fases desproporcionadas, materiales 2D, nanocristales, películas delgadas sobre sustratos y estructuras cristalinas previstas se recopilan en bases de datos de estructuras especiales adaptadas.

Búsqueda

Las capacidades de búsqueda de las bases de datos cristalográficas difieren ampliamente. La funcionalidad básica comprende la búsqueda por palabras clave, propiedades físicas y elementos químicos. De particular importancia es la búsqueda por nombre compuesto y parámetros de red. Muy útiles son las opciones de búsqueda que permiten el uso de caracteres comodín y conectores lógicos en cadenas de búsqueda. Si se admite, el alcance de la búsqueda puede verse limitado por la exclusión de ciertos elementos químicos.

Algoritmos más sofisticados dependen del tipo de material cubierto. Los compuestos orgánicos pueden buscarse sobre la base de ciertos fragmentos moleculares. Los compuestos inorgánicos, por otro lado, pueden ser de interés con respecto a cierto tipo de geometría de coordinación. Los algoritmos más avanzados se ocupan del análisis de la conformación (orgánicos), la química supramolecular (orgánicos), la conectividad interpoliédrica ('no orgánicos') y las estructuras moleculares de orden superior (macromoléculas biológicas). Los algoritmos de búsqueda utilizados para un análisis más complejo de las propiedades físicas, por ejemplo, las transiciones de fase o las relaciones estructura-propiedad, podrían aplicar conceptos teóricos de grupos.

Las versiones modernas de bases de datos cristalográficas se basan en el modelo de base de datos relacional. La comunicación con la base de datos generalmente ocurre a través de un dialecto del lenguaje de consulta estructurado (SQL). Las bases de datos basadas en web normalmente procesan el algoritmo de búsqueda en el servidor interpretando elementos de secuencias de comandos admitidos, mientras que las bases de datos basadas en escritorio ejecutan motores de búsqueda instalados localmente y generalmente precompilados.

Identificación de fase cristalina

El material cristalino se puede dividir en monocristales, cristales gemelos, policristales y polvo de cristal. En un monocristal, la disposición de los átomos, iones o moléculas está definida por una estructura monocristalina en una orientación. Los cristales gemelos, por otro lado, consisten en dominios gemelos monocristalinos, que están alineados por leyes de gemelos y separados por paredes de dominio.

Los policristales están formados por un gran número de pequeños monocristales, o cristalitos, unidos por finas capas de sólido amorfo. El polvo de cristal se obtiene moliendo cristales, lo que da como resultado partículas de polvo, formadas por uno o más cristalitos. Tanto los policristales como el polvo de cristal consisten en muchos cristalitos con orientación variable.

Las fases cristalinas se definen como regiones con la misma estructura cristalina, independientemente de su orientación o maclas. Por lo tanto, las muestras cristalinas simples y maclas constituyen fases cristalinas individuales. Las muestras de polvo cristalino o policristalino pueden constar de más de una fase cristalina. Tal fase comprende todos los cristalitos en la muestra con la misma estructura cristalina.

Las fases de los cristales se pueden identificar al hacer coincidir con éxito los parámetros cristalográficos adecuados con sus contrapartes en las entradas de la base de datos. El conocimiento previo de la composición química de la fase cristalina se puede utilizar para reducir el número de entradas de la base de datos a una pequeña selección de estructuras candidatas y así simplificar considerablemente el proceso de identificación de la fase cristalina.

Huella digital por difracción de polvo (1D)

La aplicación de técnicas de difracción estándar a polvos de cristal o policristales equivale a colapsar el espacio recíproco 3D, tal como se obtiene a través de la difracción de un solo cristal, en un eje 1D. La superposición parcial a total resultante de las reflexiones independientes de la simetría hace que el proceso de determinación de la estructura sea más difícil, si no imposible.

Los datos de difracción de polvo se pueden representar gráficamente como intensidad difractada (I) versus espaciado de red recíproca (1/ d). Las posiciones de reflexión y las intensidades de las fases cristalinas conocidas, principalmente de los datos de difracción de rayos X, se almacenan, como pares de datos d - I, en la base de datos del archivo de difracción de polvo (PDF). La lista de pares de datos d - I es muy característica de una fase cristalina y, por lo tanto, adecuada para la identificación, también llamada "huella digital", de fases cristalinas.

Los algoritmos de coincidencia de búsqueda comparan los reflejos de prueba seleccionados de una fase cristalina desconocida con las entradas en la base de datos. Los algoritmos basados ​​en la intensidad utilizan las tres líneas más intensas (las llamadas 'búsqueda de Hanawalt'), mientras que los algoritmos basados ​​en el espacio d se basan en los ocho o diez espacios d más grandes (las llamadas 'búsqueda Fink').

La toma de huellas dactilares por difracción de rayos X en polvo se ha convertido en la herramienta estándar para la identificación de fases cristalinas únicas o múltiples y se usa ampliamente en campos como la metalurgia, la mineralogía, la ciencia forense, la arqueología, la física de la materia condensada y las ciencias biológicas y farmacéuticas.

Toma de huellas dactilares con franjas de celosía (2D)

Los patrones de difracción de polvo de monocristales muy pequeños, o cristalitos, están sujetos a un ensanchamiento de pico dependiente del tamaño, que, por debajo de cierto tamaño, hace inútil la toma de huellas dactilares de difracción de polvo. En este caso, la resolución máxima sólo es posible en el espacio recíproco 3D, es decir, aplicando técnicas de difracción de electrones monocristalinos.

La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) proporciona imágenes y patrones de difracción de cristalitos de tamaño nanométrico. Las transformadas de Fourier de las imágenes HRTEM y los patrones de difracción de electrones proporcionan información sobre la geometría de la red recíproca proyectada para una determinada orientación del cristal, donde el eje de proyección coincide con el eje óptico del microscopio.

Las geometrías de celosía proyectadas se pueden representar mediante los llamados "gráficos de huellas dactilares de franjas de celosía" (LFFP), también llamados gráficos de covarianza angular. El eje horizontal de tal gráfico se da en longitud de red recíproca y está limitado por la resolución puntual del microscopio. El eje vertical se define como un ángulo agudo entre las franjas de la red transformada de Fourier o los puntos de difracción de electrones. Un punto de datos 2D se define por la longitud de un vector reticular recíproco y su ángulo (agudo) con otro vector reticular recíproco. Los conjuntos de puntos de datos 2D que obedecen la ley de zonas de Weiss son subconjuntos de la totalidad de los puntos de datos en un LFFP. Por lo tanto, un algoritmo de coincidencia de búsqueda adecuado que utiliza LFFP intenta encontrar subconjuntos de ejes de zona coincidentes en la base de datos. Es, esencialmente, una variante de un algoritmo de coincidencia de celosía.

En el caso de los patrones de difracción de electrones, las amplitudes del factor de estructura se pueden utilizar, en un paso posterior, para discernir mejor entre una selección de estructuras candidatas (la denominada "huella digital del factor de estructura"). Las amplitudes del factor de estructura de los datos de difracción de electrones son mucho menos confiables que sus contrapartes de los datos de difracción de polvo y monocristal de rayos X. Las técnicas de difracción de electrones de precesión existentes mejoran en gran medida la calidad de las amplitudes del factor de estructura, aumentan su número y, por lo tanto, hacen que la información de amplitud del factor de estructura sea mucho más útil para el proceso de toma de huellas dactilares.

Las transformadas de Fourier de las imágenes HRTEM, por otro lado, proporcionan información no solo sobre la geometría de la red recíproca proyectada y las amplitudes del factor de estructura, sino también sobre los ángulos de fase del factor de estructura. Después del procesamiento de imágenes cristalográficas, los ángulos de fase del factor de estructura son mucho más confiables que las amplitudes del factor de estructura. El discernimiento adicional de las estructuras candidatas se basa entonces principalmente en los ángulos de fase del factor de estructura y, en menor medida, en las amplitudes del factor de estructura (la llamada "huella digital del factor de estructura").

Toma de huellas morfológicas (3D)

La Ley de Steno Generalizada establece que los ángulos interfaciales entre caras idénticas de cualquier cristal único del mismo material están, por naturaleza, restringidos al mismo valor. Esto ofrece la oportunidad de tomar huellas dactilares de materiales cristalinos sobre la base de la goniometría óptica, también conocida como cristalometría. Para emplear esta técnica con éxito, se debe considerar la simetría del grupo de puntos observados de las caras medidas y aplicar creativamente la regla de que "las morfologías cristalinas son a menudo combinaciones de formas simples (es decir, de baja multiplicidad) donde las caras individuales tienen los índices de Miller más bajos posibles". para cualquier eje de zona dado". Esto asegurará que se obtenga la indexación correcta de las caras del cristal para cualquier cristal único.

En muchos casos, es posible derivar las proporciones de los ejes de cristal para cristales con baja simetría a partir de goniometría óptica con alta exactitud y precisión e identificar un material cristalino basándose únicamente en ellos empleando bases de datos como 'Crystal Data'. Siempre que las caras del cristal se hayan indexado correctamente y los ángulos interfaciales se hayan medido con una precisión superior a unas pocas fracciones de una décima de grado, un material cristalino se puede identificar sin ambigüedades sobre la base de comparaciones de ángulos con dos bases de datos bastante completas: el ' Bestimmungstabellen für Kristalle (Определитель Кристаллов)' y el 'Índice de cristales de Barker'.

Dado que la Ley de Steno se puede generalizar aún más para un solo cristal de cualquier material para incluir los ángulos entre todos los planos netos indexados de forma idéntica (es decir, vectores de la red recíproca, también conocidos como "reflexiones potenciales en experimentos de difracción") o todas las direcciones de red indexadas de forma idéntica (es decir, vectores de la red directa, también conocidos como ejes zonales), existen oportunidades para la toma de huellas dactilares morfológicas de nanocristales en el microscopio electrónico de transmisión (TEM) por medio de goniometría electrónica de transmisión.

El goniómetro de muestra de un TEM se emplea de manera análoga a la cabeza del goniómetro de un goniómetro óptico. El eje óptico del TEM es entonces análogo a la dirección de referencia de un goniómetro óptico. Mientras que en la goniometría óptica, las normales del plano neto (vectores reticulares recíprocos) deben alinearse sucesivamente en paralelo a la dirección de referencia de un goniómetro óptico para derivar las mediciones de los ángulos interfaciales, la alineación correspondiente debe realizarse para los ejes de zona (vectores reticulares directos).) en goniometría electrónica de transmisión. (Tenga en cuenta que tales alineaciones son, por su naturaleza, bastante triviales para los nanocristales en un TEM después de que el microscopio se haya alineado mediante procedimientos estándar).

Dado que la goniometría electrónica de transmisión se basa en la Ley de Bragg para el caso de transmisión (Laue) (difracción de ondas de electrones), los ángulos interzonales (es decir, los ángulos entre las direcciones de la red) se pueden medir mediante un procedimiento análogo a la medición de los ángulos interfaciales en un sistema óptico. goniómetro sobre la base de la Ley de Snell, es decir, la reflexión de la luz. Los complementos de los ángulos interfaciales de las caras externas del cristal pueden, por otro lado, medirse directamente a partir de un patrón de difracción de eje de zona o de la transformada de Fourier de una imagen TEM de alta resolución que muestra franjas reticulares cruzadas.

Coincidencia de celosía (3D)

Los parámetros de red de fases cristalinas desconocidas se pueden obtener a partir de datos de difracción de rayos X, neutrones o electrones. Los experimentos de difracción de un solo cristal proporcionan matrices de orientación, a partir de las cuales se pueden deducir los parámetros de la red. Alternativamente, los parámetros de la red se pueden obtener a partir de datos de difracción de polvo o policristal mediante ajuste de perfil sin modelo estructural (el llamado 'método Le Bail').

Las celdas unitarias definidas arbitrariamente pueden transformarse a una configuración estándar y, desde allí, reducirse aún más a una celda primitiva más pequeña. Los algoritmos sofisticados comparan estas celdas reducidas con las entradas correspondientes de la base de datos. Los algoritmos más potentes también consideran supercélulas y subcélulas derivadas. El proceso de emparejamiento de redes se puede acelerar aún más precalculando y almacenando celdas reducidas para todas las entradas. El algoritmo busca coincidencias dentro de un cierto rango de los parámetros de red. Los parámetros de red más precisos permiten un rango más estrecho y, por lo tanto, una mejor coincidencia.

La coincidencia de celosía es útil para identificar fases cristalinas en las primeras etapas de los experimentos de difracción de un solo cristal y, por lo tanto, evita procedimientos innecesarios de recopilación de datos completos y determinación de estructuras para estructuras cristalinas ya conocidas. El método es particularmente importante para las muestras monocristalinas que deben conservarse. Si, por otro lado, parte o todo el material cristalino de la muestra se puede moler, la toma de huellas dactilares por difracción de polvo suele ser la mejor opción para la identificación de la fase cristalina, siempre que la resolución máxima sea lo suficientemente buena. Sin embargo, los algoritmos de coincidencia de celosía son aún mejores en el tratamiento de supercélulas y subcélulas derivadas.

Visualización

Las versiones más nuevas de bases de datos de estructuras cristalinas integran la visualización de estructuras cristalinas y moleculares. Las bases de datos cristalográficas integradas o especializadas pueden proporcionar resultados de visualización de morfología o tensor.

Estructuras cristalinas

La estructura cristalina describe la disposición periódica tridimensional de átomos, iones o moléculas en un cristal. La celda unitaria representa la unidad repetitiva más simple de la estructura cristalina. Es un paralelepípedo que contiene una determinada disposición espacial de átomos, iones, moléculas o fragmentos moleculares. A partir de la celda unitaria, la estructura cristalina se puede reconstruir completamente mediante traslaciones.

La visualización de una estructura cristalina se puede reducir a la disposición de átomos, iones o moléculas en la celda unitaria, con o sin contornos de celda. Los elementos de la estructura que se extienden más allá de las celdas de una sola unidad, como las unidades poliédricas o moleculares aisladas, así como las estructuras de cadena, red o marco, a menudo se pueden comprender mejor extendiendo la representación de la estructura a las celdas adyacentes.

El grupo espacial de un cristal es una descripción matemática de la simetría inherente a la estructura. El motivo de la estructura cristalina está dado por la unidad asimétrica, un subconjunto mínimo del contenido de la celda unitaria. El contenido de la celda unitaria se puede reconstruir completamente a través de las operaciones de simetría del grupo espacial en la unidad asimétrica. Las interfaces de visualización generalmente permiten cambiar entre unidades asimétricas y representaciones de estructura completa.

Los enlaces entre átomos o iones se pueden identificar por las cortas distancias características entre ellos. Se pueden clasificar como enlaces covalentes, iónicos, de hidrógeno u otros, incluidas las formas híbridas. Los ángulos de enlace se pueden deducir de los vectores de enlace en grupos de átomos o iones. Las distancias y los ángulos de enlace pueden ponerse a disposición del usuario en forma tabular o de forma interactiva, seleccionando pares o grupos de átomos o iones. En los modelos de bolas y palos de estructuras cristalinas, las bolas representan átomos y los palos representan enlaces.

Dado que los químicos orgánicos están especialmente interesados ​​en las estructuras moleculares, podría resultar útil poder distinguir unidades moleculares individuales de forma interactiva a partir del dibujo. Las unidades moleculares orgánicas deben darse tanto como fórmulas estructurales 2D como estructuras moleculares 3D completas. Las moléculas en posiciones de simetría especial deben reconstruirse a partir de la unidad asimétrica. Los cristalógrafos de proteínas están interesados ​​en las estructuras moleculares de las macromoléculas biológicas, por lo que es necesario tomar medidas para poder representar las subunidades moleculares como hélices, láminas o bobinas, respectivamente.

La visualización de la estructura cristalina se puede integrar en una base de datos cristalográfica. Alternativamente, los datos de la estructura cristalina se intercambian entre la base de datos y el software de visualización, preferiblemente utilizando el formato CIF. Las bases de datos cristalográficas basadas en la web pueden integrar la capacidad de visualización de estructuras cristalinas. Dependiendo de la complejidad de la estructura, la iluminación y los efectos 3D, la visualización de la estructura cristalina puede requerir una cantidad significativa de potencia de procesamiento, razón por la cual la visualización real generalmente se ejecuta en el cliente.

Actualmente, la visualización de estructuras cristalinas integrada en la web se basa en applets de Java de proyectos de código abierto como Jmol. La visualización de estructuras cristalinas integrada en la web está diseñada para examinar estructuras cristalinas en navegadores web, a menudo admitiendo amplios espectros de color (hasta 32 bits) y adaptación al tamaño de la ventana. Sin embargo, las imágenes de estructuras de cristal generadas en la web no siempre son adecuadas para su publicación debido a problemas como la profundidad de resolución, la elección del color, el contraste de la escala de grises o el etiquetado (posición, tipo de fuente, tamaño de fuente).

Morfología y propiedades físicas

Los mineralogistas, en particular, están interesados ​​en las apariencias morfológicas de los cristales individuales, definidas por las caras del cristal realmente formadas (tracht) y sus tamaños relativos (hábito). Las capacidades de visualización más avanzadas permiten mostrar las características de la superficie, las imperfecciones dentro del cristal, la iluminación (reflexión, sombra y translucidez) y los efectos 3D (rotación interactiva, perspectiva y visualización estéreo).

Los físicos de cristales, en particular, están interesados ​​en las propiedades físicas anisotrópicas de los cristales. La dependencia direccional de la propiedad física de un cristal se describe mediante un tensor 3D y depende de la orientación del cristal. Las formas de tensor son más palpables al agregar efectos de iluminación (reflejos y sombras). Las secciones 2D de interés se seleccionan para su visualización rotando el tensor de forma interactiva alrededor de uno o más ejes.

La morfología cristalina o los datos de propiedades físicas pueden almacenarse en bases de datos especializadas o agregarse a bases de datos de estructuras cristalinas más completas. La base de datos de morfología de cristales (CMD) es un ejemplo de una base de datos de morfología de cristales basada en la web con capacidades de visualización integradas.