VTST：整体模式与频率检查

四原子非线性分子有 12 个笛卡尔自由度，其中 3 个是整体平移、3 个是整体转动，剩余 6 个才是内部振动。本篇继续使用原生动力学矩阵算例，解释如何读取结果。

1. 先读原始输出#

下载完整输入、原生结果、CSV 与绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd vtst-native-dynmat
module load ase/3.29.0
bash read.sh
bash plot.sh

默认读取附带的实际结果，CSV 在 analysis-read/，图片在 figures/。需要重算时运行 bash submit.sh，等待作业结束后执行 bash read.sh work-new analysis-read 和 bash plot.sh。

本例调用 VASP 6.6.1 + VTST，编译环境为 NVHPC 25.3、配套 OpenMPI 与 MKL 2023.2。两组原始实算分别使用 P100 和 V100 16G，每组 1 张 GPU、1 个 MPI 进程、1 线程；包内模板在 P100 上顺序计算两组。POTCAR 不放进下载包，提交脚本在集群读取 PAW64/PBE 的 H、N 文件并按 POSCAR 顺序组合。

cat reference-results/minimum/freq.dat
cat reference-results/saddle/freq.dat
head -8 analysis-read/VTST-native-raw-frequencies.csv

原始最小点输出中有多个虚频，包括约 211.8i cm⁻¹；鞍点原始输出也不止一个负模式。这些数值全部保留在资料包和下图中，没有按某个频率阈值删除。

2. 整体模式怎样处理#

有限位移、电子结构数值误差和有限盒子会让理想的整体零频模式偏离零。判断分子内部振动时，本包从实际坐标和原子质量构造 3 个平移、3 个转动向量，经正交分解得到内部子空间，再对投影后的质量加权 Hessian 求本征值。

这与“删掉最小的六个频率”不同，也不会因为某个模式较低就自动去掉它。全套计算写在 read.py 中：

sed -n '1,160p' read.py
head -10 analysis-read/VTST-native-mass-matrix.csv
head -14 analysis-read/VTST-native-internal-frequencies.csv

单边位移下整体模式偏离零较明显，因此本例用于讲清操作和数据解释。需要精确振动性质时，还应检查位移方案、电子精度、超胞和频率稳定性。对周期固体，不能照搬孤立非线性分子的六维转动平移处理，应使用适合晶体的声子方法。

3. 内部频率结果#

i 表示虚频。最小点内部模式全为正；鞍点约 785.4i cm⁻¹ 的模式对应 NH₃ 翻转方向。只看到一个虚频仍不足以证明找到任意目标反应的鞍点，还要检查模式方向及其连接的结构。

4. 与中心差分的同结构结果对照#

资料包还附带前面实际算过的中心差分矩阵输出，使用相同几何、PAW64/PBE 和 0.015 Å 位移量。中心差分需要正负位移，本篇的 VTST 原生入口使用参考点加单边位移，两者不能期待逐位完全一致。

head -14 analysis-read/VTST-native-internal-frequencies.csv

CSV 逐一列出两种方法的 6 个内部频率及相对差。本例内部频率最大相对差约 1.6% 以内。这是一组实际的小分子数值对照，不是所有材料、位移和参数都能达到的误差保证。

5. 后续怎样使用#

想看振动方向，可打开 figures/VTST-native-NH3-internal-modes.png。图中只展示最小点和鞍点各一个内部模式；箭头幅度为了显示而统一缩放，不能当作热振幅。

若要继续做谐振近似下的零点能、前因子和速率，参见振动与前因子。必须统一内部模式、单位和物理模型；这些孤立 NH₃ 教学结果不等于完整气相反应速率。