GROMACS 偶极、介电与电势剖面
偶极、介电与电势剖面，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#
dipoles 从轨迹和电荷计算总偶极与涨落，potential 根据沿选定方向的电荷分布积分电场和电势。后者需要 NDX，本例显式提供包含整个体系的 System 索引。
体相水的介电常数依赖长期偶极涨落，100 ps 的运行估计可能仍明显漂移。对含自由离子的溶液，电荷跨周期边界、导电贡献和偶极定义需要专门处理；不能把本页水的静态公式直接用于电解质介电结论。
均匀周期水盒的电势参考是任意的，剖面起伏不能解释成表面功函数。真正膜界面电势需要合适的几何、边界条件、居中方式与足够采样。
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-300
cd work-analysis/water-300/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-300 |
完整输入、前置文件与真实计算输出 |
salt-015 |
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-300/analysis
printf %s 'SOL
' | gmx dipoles -s ../md.tpr -f ../md.xtc -o dipole.xvg -eps dielectric.xvg -a dipole-acf.xvg -temp 300 -dt 1
printf %s 'System
' | gmx potential -s ../md.tpr -f ../md.xtc -o potential.xvg -oc charge.xvg -of field.xvg -sl 30 -n system.ndx
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-300 | 2652 | 299.83 | 969.57 |
| salt-015 | 2644 | 299.12 | 977.03 |
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。