xTB RMSD偏置文件与能量梯度读取

下载xTB偏置、参数文件与ORCA接口输入和真实结果，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd xtb-bias-parameter-examples
bash results.sh
bash plot.sh

这几步只读取参考数据并绘图。完整输入在inputs/，原生文本结果在reference-results/，四份CSV在data/。计算使用现有xtb/6.7.1与orca/6.1.1模块，每个进程1个CPU线程；xTB为官方x86_64预编译程序，ORCA使用现有OpenMPI4.1.8配套入口，不需要重新编译。自己计算时，从本目录提交sbatch job.slurm，或在已分配资源内运行文中的单例命令。

1. 偏置文件比普通XYZ多了两个参数#

RMSD偏置用于围绕参考结构施加几何相关势。这里先用水分子，完整参考文件为：

3
.003 1.2
O            0.05839482018773        0.11576003176372        0.15742639932391
H            0.82378043276976        0.27309729221296       -0.39857660421192
H           -0.16109186075021        0.94760019763624        0.58119169328660

第一行是原子数；第二行的两个数分别是系数k=0.003 Eh与宽度参数α=1.2 Bohr⁻²；后面仍是元素和Å坐标。不要把普通XYZ的任意注释直接放到第二行。参考结构的元素、原子数和原子顺序必须与当前结构一致。

本例使用E_bias=k exp(−α RMSD²)，RMSD在去掉平移和刚体旋转后以Bohr计。正系数产生排斥偏置；它改变了势能面，不是计算后的显示选项。

2. 先跑无偏对照，再加偏置#

module load xtb/6.7.1
python3 run.py water-control
python3 run.py water-bias-reference
python3 run.py water-bias-gesc

核心命令：

xtb input.xyz --gfn 2 --acc .0001 --grad --bias-input bias.xyz --parallel 1

--gesc bias.xyz是这一版本相同入口的别名，不是另一种势。两次偏置运行的能量和全部梯度在本例一致。

参考结构与当前几何相同时，RMSD=0，所以加能量0.003Eh，梯度增量为0。这不意味着整个体系的原子力为0。

3. 改变结构，检查偏置是否真正起作用#

资料包把其中一个H原子的x坐标改变0.05Å，先算相同变形结构的无偏和有偏结果：

python3 run.py distorted-control
python3 run.py distorted-bias
cat data/RMSD-bias.csv
cat data/RMSD-bias-gradient.csv

实际刚体对齐RMSD约0.03404066Bohr，偏置能量约0.002995831316Eh。独立高斯公式重建能量一致，全部9个梯度分量的最大差约2.50×10⁻¹⁰Eh/Bohr。

这里用同一几何的有偏结果减无偏结果得到偏置贡献；不能把两个不同几何的总能直接相减，当作偏置能。图中曲线是公式参考，圆点是实际xTB结果，不是额外的电子结构计算点。

4. 后续用于采样时注意什么#

python3 read.py work

偏置文件可以含多个参考结构，仍需保证每个结构的第二行是相应系数和宽度。本例只使用一个参考，演示输入和导数，不宣称完成反应自由能或收敛的增强采样。接MD前先确认偏置强度、时间步长、采样变量和重加权方法适合目标问题。短MD操作见xTB MD与元动力学。