xTB轨迹逐帧优化与构型筛选

下载xTB操作、筛选和IFF完整输入与真实结果，保存为example.zip：

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

以上只读取参考数据并画图，不启动新计算。本组使用xTB6.7.1官方预编译x86_64程序，直接加载xtb/6.7.1模块，无需自己编译；实际运行每个进程使用1个CPU线程。完整输入在inputs/，原生文本结果在reference-results/，六份CSV在data/。独立提交模板为job.slurm，请在Slurm分配的资源中执行计算命令。

1. 先区分两件事#

--mdopt对已有轨迹抽帧做优化，不会重新运行那段MD；--screen从给定的多个起点优化、筛选构型。二者输入文件名不同，分别是xtb.trj和xtbscreen.xyz。

本例先使用实际乙醇MD轨迹的首、中、末三帧，9原子、GFN2-xTB。完整三帧在inputs/ethanol-trajectory-opt/xtb.trj。它们只是短轨迹样本，不是平衡构象分布。

2. 对已有轨迹逐帧优化#

settings.inp完整内容如下：

$md
 skip=1
 temp=300
 time=.005
 step=.5
 dump=1.0
 hmass=0
 shake=0
 nvt=true
 sccacc=.2
$end

关键是$md中的skip=1，表示每帧都取。若不设置，默认跳帧间隔可能远大于这个小轨迹，最终没有真正优化任何帧。

已分配资源后，可以直接运行资料包的单例入口：

module load xtb/6.7.1
python3 run.py ethanol-trajectory-opt

等价的核心命令是在包含输入的工作目录内：

xtb input.xyz --gfn 2 --mdopt --input settings.inp --parallel 1

得到xtb_ensemble.xyz，本例确实写出3个优化结构。每个结构第二行记录实际能量，单位Eh；整个文件是多帧XYZ。

head -12 reference-results/ethanol-trajectory-opt/xtb_ensemble.xyz
cat data/trajectory-optimization.csv

本例3帧优化能量约−11.39186731到−11.39186242Eh，不能据此认定搜索到了所有乙醇构象。

3. 用不同的起点做筛选#

只把短MD的三帧送进--screen时，本例没有得到新的独立构型，原始输出也保留在reference-results/ethanol-screen/。这不等于没有计算：可能只是所有起点落回参考构型所在的局部区域。

再沿C—O键把OH方向旋转0°、120°、240°，使用3个明确不同的起点，完整坐标在inputs/ethanol-screen-rotamers/xtbscreen.xyz。

python3 run.py ethanol-screen-rotamers

它运行：

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

--ewin 5的构型能量窗口单位是kcal/mol。完整文件xtbscreen.log虽然扩展名为.log，其内容仍是多帧XYZ；用ASE读取时要明确格式：

from ase.io import read
structures = read('xtbscreen.log', index=':', format='xyz')

4. 实际得到了什么#

筛选保留原参考结构和2个更低的候选结构，后两者相对参考约−1.5504kcal/mol，C—C—O—H二面角分别在约60°和300°附近。参考构型在约180°附近。

cat data/screen-conformers.csv
python3 read.py work

read.py汇总自己工作目录的原生能量与梯度范数，写出work-summary.csv。参考CSV和图片展示的是本次真实运行结果。候选数会随起点、窗口和筛选规则变化；这不是完整构象热力学或严格的全局最低点证明。当前程序的--siman入口实际不能运行，不要用它替代这里的已运行流程。