xTB 短动力学与偏置：从设置到轨迹

下载完整输入、参考轨迹、CSV和画图程序，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd xtb-dynamics-path-examples
bash results.sh
bash plot.sh

环境为xtb/6.7.1，官方Intel版，固定提交edcfbbe。例子使用单线程CPU，配套job.slurm负责加载模块和运行；下文核心命令用于说明每一步实际执行的内容。原始结果在reference-results，重算结果在work。短演示用于学会操作，生产计算需要另外选择时长、精度和采样方案。

1. 准备结构和控制文件#

本例使用已经优化的9原子乙醇，下载包包含完整XYZ。先看结构与设置：

cat inputs/ethanol-MD/input.xyz
cat inputs/ethanol-MD/settings.inp

$md
 temp=300
 time=.02
 step=.5
 dump=1.0
 hmass=0
 shake=0
 nvt=true
 sccacc=.2
$end

time单位ps，step与dump单位fs。本例0.02ps、0.5fs，名义40积分步；程序实际写出20帧。hmass=0关闭氢质量缩放，shake=0关闭键约束，nvt=true采用本版Berendsen恒温设置。sccacc=.2是本次短演示的MD电子精度，改变后需要重新检查轨迹稳定性。

2. 普通MD与先优化后MD#

sbatch job.slurm ethanol-MD
sbatch job.slurm ethanol-opt-MD

核心命令分别是：

xtb input.xyz --gfn 2 --md --input settings.inp --parallel 1
xtb input.xyz --gfn 2 --omd --input settings.inp --parallel 1

--omd会先优化再进行动力学。两种都输出xtb.trj；这是多帧XYZ文本，可用支持轨迹的可视化软件打开。看到程序正常结束后，还应检查分子是否断键、温度是否合理、电子步骤是否稳定。

head -n 12 reference-results/ethanol-MD/xtb.trj
grep -E 'max steps|SHAKE|THERMOSTAT|normal exit' reference-results/ethanol-MD/stdout.log

不要把20帧的均值当成收敛热力学性质，也不能据这条轨迹计算可靠扩散系数。

3. 加入RMSD偏置#

在上述$md之后增加：

$metadyn
 kpush=.003
 alp=1.2
$end

sbatch job.slurm ethanol-metadynamics

核心命令：

xtb input.xyz --gfn 2 --metadyn 5 --input settings.inp --parallel 1

这里5控制原生偏置历史结构设置，不是5ps，也不是“保证找到5个构象”。原生RMSD偏置与特定集体变量的自由能面重建有区别。这个短例只观察输出和结构运动，没有把偏置轨迹按平衡分布统计。

4. 偏置优化入口#

sbatch job.slurm ethanol-metaopt

xtb input.xyz --gfn 2 --metaopt loose --cycles 40 --input settings.inp --parallel 1

查看xtbmeta.log、xtbopt.log和xtbopt.xyz。它展示偏置优化入口，不能把单次输出当作完整构象搜索结果；若目标是系统构象搜索，应再看CREST专题。

图中横轴是保存帧序号。能量列来自各自原生轨迹注释，与第一帧作差；不同流程可能包含不同优化或偏置定义，不把曲线高度直接解释为哪一种方法更稳定。随机初速度会导致重跑轨迹不同。