GROMACS MSD与扩散系数
MSD与扩散系数，包含终端操作、输入文件、实际数据和适用范围。
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本文以鸢算科技集群 GROMACS 2026.4 实际结果为例。下载输入、参考轨迹、分析与绘图资料包，资料包约 529 MB，包含参考轨迹。解压后进入 gromacs-examples。参考输出在 cases；新计算由 new-case.py 建立独立目录。
本篇任务与操作要点#
使用新版 gmx msd -sel 'name OW'，选择水氧避免分子内部振动。工具处理周期边界并对多个时间原点平均；不要输入经过蛋白居中、旋转拟合的轨迹来计算平移扩散。
本例滞后时间最多 40 ps，在 5–25 ps 区间拟合，三维扩散关系是 MSD≈6Dt。XVG 长度单位 nm、时间 ps，得到的 D 是 nm²/ps；乘 10⁻⁶ 转成 m²/s。
本例轨迹较短且生产使用弱耦合 NPT，结果只是工具操作演示。正式输运研究应先平衡密度，选合适的固定体积生产设置，检查拟合区间、独立重复、有限尺寸和温控影响；三条短曲线不能建立可靠的 Arrhenius 活化能。
1 准备与提交#
先用参考轨迹练习；下列命令只复制分析所需的轨迹与输入，不复制已有分析结果。
python new-analysis.py water-280
cd work-analysis/water-280/analysis
sbatch run.sh
若已有自己刚跑完的同名模型，把附件 cases/对应目录/analysis/analyze.sh 和 run.sh 放到新结果目录的 analysis 子目录，并保证上一级包含所需的 TPR、XTC、TRR、EDR 与 GRO。电势分析另需复制 System 索引或自行生成。
| 算例目录 | 本次内容 |
|---|---|
water-280 |
完整输入、前置文件与真实计算输出 |
water-300 |
完整输入、前置文件与真实计算输出 |
water-320 |
完整输入、前置文件与真实计算输出 |
2 实际终端命令#
以下是在对应算例目录中实际执行并生成结果的命令。分析命令在该算例的 analysis 子目录执行；交互回答已用 printf 写入，组名需随自己的体系核对。
water-280/analysis
gmx msd -s ../md.tpr -f ../md.xtc -sel 'name OW' -o msd.xvg -beginfit 5 -endfit 25 -maxtau 40 -trestart 1
3 输入文件与关键设置#
本篇读取计算产生的 TPR/轨迹/能量文件；完整来源随资料包提供。先核对 gmx check -f md.xtc 的时间和帧数，选择表达式中的原子名称可从 md.gro 查看。
4 实际结果与画图#
下表为本次 100 ps 生产轨迹后半段的简单均值，不是收敛物性或误差分析。
| 实例 | 原子数 | 温度 K | 密度 kg/m³ |
|---|---|---|---|
| water-280 | 2652 | 280.61 | 987.72 |
| water-300 | 2652 | 299.83 | 969.57 |
| water-320 | 2652 | 319.79 | 959.63 |
本次 5–25 ps 拟合 D（nm²/ps）：water-280：0.00433；water-300：0.00604；water-320：0.00713。这些数值仅用于核对数据处理步骤。
用附件中的 Python 脚本重画所有参考图：
# 回到 gromacs-examples 根目录
module load ase/3.29.0
python plot.py --root .
plot.py 使用 NumPy 和 Matplotlib，直接读取 XVG/COLVAR/坐标数值，图片保存在 figures。对单项新结果，可照着脚本对应段替换文件路径；不要把不同模型或单位的数据直接拼在一起。
参数查阅#
以本集群 gmx 命令名 -h 为准；GROMACS 2026.4 命令手册和MDP 参数手册可查完整选项。