PLUMED：RDC取向量与NMR输出

RDC 对两原子的距离和它们相对磁场的方向都敏感。本例用两组原子对演示原生输入、输出下标和几何依赖；没有求解真实分子的取向张量，也没有拟合实验数据。

1. 读取与画图#

下载输入、原生结果、CSV 与绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd plumed-FRET-RDC-J
module load ase/3.29.0
bash read.sh
bash plot.sh

本包用 PLUMED 2.10.1，调用集群 CP2K 2026.2 的独立依赖程序，不运行 CP2K 电子结构计算。输入是 32 个四粒子几何帧，用来演示可观测量和偏置力，不是蛋白质 MD 或实验数据。

默认读取 reference-results/。若需要重算，在根目录运行 bash submit.sh：CPU 模板申请 56 核整节点，PLUMED 使用 1 线程。作业结束后执行 bash read.sh work-new analysis-read，再 bash plot.sh。一次作业同时提取 FRET、两组 RDC 和一组 J 耦合。

2. 设置原子对和比例#

UNITS LENGTH=nm ENERGY=kj/mol TIME=ps
r: RDC GYROM=-72.5388 SCALE=0.001 ATOMS1=1,2 ATOMS2=1,3 NOPBC
PRINT ARG=r.* FILE=RDC.dat STRIDE=1

ATOMS1、ATOMS2 分别是一对原子，输出下标却从零开始，得到 r.rdc-0、r.rdc-1。

GYROM 是所选核对的旋磁比乘积，本例使用官方说明列出的 N–H 数值，作用于四粒子演示几何；XYZ 里的占位元素并不自动替你选择真实核种。SCALE=0.001 是本例显式输入的比例，不能把它当作由程序自动预测的溶液取向程度。官方 RDC 说明解释了核对、取向及比例的含义。

3. 执行并检查#

cat inputs/plumed.dat
bash submit.sh
squeue -u "$USER"

作业结束后：

bash read.sh work-new analysis-read
bash plot.sh
head -8 analysis-read/PLUMED-FRET-RDC-J-observables.csv

对附带的参考结果，1–2 对的原生输出范围约 −1.262806 至 −0.772344 Hz。它是设置了比例之后的几何示例，不能用作某种蛋白的 NMR 预测。

4. 为什么改方向也会改变数值#

当前直接计算使用 z 方向为磁场轴，角度项为 (3cos²θ−1)/2，距离项为 1/r³。因此两帧距离接近但方向不同时，RDC 仍可能明显不同。旋转整个分子的实验参考系也会影响这类直接计算。

资料包从每帧真实坐标独立重建距离、z 分量和角度项，再与原生输出逐帧比较。对自己的轨迹，应先统一磁场参考轴、分子处理方式、核对和实验比例，随后再讨论平均值或相关性。

5. 直接量、SVD和多副本的区别#

本例只使用直接量和两个原子对。没有开启 SVD，没有输入实验 COUPLING，也没有多副本平均或 DOSCORE。若要利用实验 RDC 求取向张量，需要足够的独立核对及适用的算法/依赖；不能把本篇两个几何量直接称为实验拟合。

本包有一个实际谐约束示例：

br: RESTRAINT ARG=r.rdc-0 AT=-1 KAPPA=0.1

KAPPA 对应 kJ/(mol·Hz²)，目标为 −1 Hz。先检查量值、单位与偏置力，再考虑接入真实采样。