CREST的RMSD偏置动力学

RMSD偏置会对已访问构型附近加入额外势能，帮助轨迹离开原来的构型区域。本篇继续使用MD教程中的水分子，重点演示输入、偏置输出和能量含义；100 fs短轨迹不能给出收敛自由能，也不是完整构象搜索的替代品。

1. 使用同一资料包#

下载MD与偏置完整资料包，进入 crest-md-mtd，用 sbatch job.slurm 提交。已在CPU作业内时可执行：

bash run.sh

如果已经运行过，不要在同一个目录再次启动整套脚本，直接读取结果；需要重新计算时解压到新目录。

2. 设置RMSD偏置#

inputs/mtd-full/input.toml 为：

input = "structure.xyz"
runtype = "mtd"
threads = 1
[[calculation.level]]
method = "gfn2"
chrg = 0
uhf = 0
accuracy = 0.0001
[dynamics]
length = 0.1
tstep = 0.25
dump = 0.25
temp = 300.0
hmass = 1.00794075
shake = 0
printstep = 10
restart = "start.mdrestart"
[[dynamics.meta]]
type = "rmsd"
alpha = 1.0
kpush = 0.0001
dump_fs = 5.0
ramp = 0.1

相对普通MD，主要变化是 runtype="mtd" 和 [[dynamics.meta]]。kpush 为高斯高度（Eh）；alpha 控制对齐RMSD高斯的宽度，其倒数平方根给出Bohr尺度；dump_fs=5 每5 fs加入一个偏置参考，ramp 控制新参考的平滑开启。不要把RMSD偏置直接当成以某条键长或反应坐标为变量的自由能面。

3. 查看程序实际加入的偏置#

grep 'adding snapshot to metadynamics bias' cases/mtd-full/native.out

本次400步共加入20个参考。最后一个参考在末端加入，因此“日志里20个”不表示所有20个都已经作用在每一个已保存轨迹帧上。

原生轨迹的 Epot 包含电子能和偏置能。资料包对每个实际快照重新做独立单点，再按对齐RMSD重建偏置，输出到同一张CSV：

grep '^mtd-full,' results/md-timeseries.csv | sed -n '1,5p'

independent_electronic_Eh 是电子部分，independent_bias_Eh 是重建偏置；两者之和应与 native_potential_Eh 一致。这个核对适用于本固定输入，不能只拿带偏置的总势能当作无偏势能面。

左图展示原生总势能减独立电子能，以及按参考构型重建的高斯和；这不是自由能曲线。本次最大偏置约0.001870 Eh（约0.05088 eV），它表示额外推动势，不是反应能垒。

4. 重画和扩展#

python -B verify.py

3.0.2会对第一个偏置参考施加极小随机扰动，因此各次新运行的偏置轨迹和图允许略有差别。包内分别保留原始示例图与本次新图，分析针对每次真实轨迹独立进行。

实际柔性分子需要更充分的采样、合适偏置强度、构象筛选与重复运行，并确认所研究反应是否适合GFN2。这里不从水的短轨迹推断平衡概率、自由能、反应速率或完整构象空间。具体实现见3.0.2原生RMSD偏置源码。