xTB溶剂化、描述符、扫描与短轨迹

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1 带电体系与隐式溶剂#

加载xtb/6.7.1。本例为5原子NH₄⁺，净电荷+1、未成对电子数0，三种介质使用完全相同坐标：

xtb input.xyz --gfn 2 --chrg 1 --uhf 0 --json
xtb input.xyz --gfn 2 --chrg 1 --uhf 0 --alpb water --json
xtb input.xyz --gfn 2 --chrg 1 --uhf 0 --alpb ethanol --json

三条命令应分别在不同目录运行。气相、水、乙醇的总能分别为−4.49456047、−4.63185538、−4.61482342 Hartree；部分电荷之和均为+1，输出精度内一致。

这里比较的是固定几何下的模型能量变化，不能直接等同于完整溶剂化自由能。换用自己的体系时，先确定质子化状态、净电荷与自旋，再决定是否分别进行溶剂中优化。

2 Fukui指数、IP与EA#

以水分子为例：

xtb input.xyz --gfn 2 --vfukui --json > fukui.log
xtb input.xyz --gfn 2 --vipea --json > ipea.log

第一条输出逐原子的f(+)、f(-)、f(0)，用于查看模型下加电子、失电子对应的局域响应。第二条输出垂直ΔSCC电离能和电子亲和能，本次为 IP=13.4406 eV、EA=−11.3131 eV。负EA表示在该模型与几何条件下加电子不利；这些是带经验校正的快速描述符，不是高精度光电子谱预测。

原始日志、部分电荷和运行命令位于下载包reference/xtb/xtb-descriptors，可以核对每个原子的编号与元素。

3 受约束的O–H距离扫描#

在水分子目录创建settings.inp：

$opt
 engine=lbfgs
$end
$constrain
 force constant=0.5
 distance: 1, 2, auto
$scan
 1: 0.9, 1.2, 4
$end

xtb input.xyz --gfn 2 --opt tight --input settings.inp --json

本例1号为O、2号为H。使用L-BFGS优化器扫描4个目标距离：0.9、1.0、1.1、1.2 Å。约束是谐和势，并非固定键长，实际优化距离为 0.921125、0.987813、1.065936、1.153501 Å。以实际距离作横坐标，不能直接拿目标距离代替。

xtbscan.log是多帧XYZ。用ASE读取时明确写read("xtbscan.log", index=":", format="xyz")。下载包同时输出scan.csv。扫描路径及谐和约束会影响曲线，这4点不是反应路径或活化能计算。

4 从优化结构启动短分子动力学#

xtb input.xyz --gfn 2 --opt tight
cp xtbopt.xyz md.xyz

创建MD输入：

$md
 temp=300
 time=0.2
 step=0.5
 dump=10
 hmass=1
 shake=0
$end

xtb md.xyz --gfn 2 --md --input settings.inp --json

时间为0.2 ps、步长0.5 fs、每10 fs存帧；hmass=1不放大氢质量，shake=0不固定键长。本次乙醇得到20帧，完成标记为xtbmdok，坐标轨迹为xtb.trj。

初速度具有随机性，重跑轨迹不必逐坐标相同。这个短例只演示准备、运行和读取，不能用于收敛的扩散系数、构象比例或热力学结论。

参考：xTB约束扫描、分子动力学与参数单位。