ORCA做Metadynamics的案例

上一篇文章更新了orca5.0版本metadynamics参数，根据这些参数，做一些实际例子。

实例介绍

首先是orca动力学模块开发者 Martin Brehm教授在官网上有个aimd的例子：ORCA Molecular Dynamics Module

无法科学上网可以看看sob社长的博文：使用ORCA做从头算动力学(AIMD)的简单例子

这个例子是真空中[Al(H2O)6]3+与NH3之间的质子转移的aimd模拟。这里我们将原输入文件改成metadynamics的输入文件，进行模拟。

输入文件

! MD BLYP D3 def2-SVP
%maxcore  10000
%pal nprocs   8 end
%md
  initvel 300_K
  timestep 1.0_fs
  thermostat berendsen 300_K timecon 20.0_fs
  dump position stride 1 filename "trajectory.xyz"
  Manage_Colvar Define 1 Distance Atom 9 Atom 19
  Manage_Colvar Define 2 Distance Atom 9 Atom 7
  Metadynamics Colvar 1 Scale 0.5_A Colvar 2 Scale 0.5_A
  Metadynamics HillSpawn 40 0.5 0.5 Store 250
  run 500
end

参数说明

• CV1是H-N键长
• CV2是H-O键长
• 高斯峰的参数是40 0.5 0.5
• 每250fs保存一次自由能剖面
• 总共运行500fs，算是一个快速反应过程

二十几个原子运行速度还是挺快的。用ase看一下反应轨迹，基本一致。两个CV变化如图，200fs反应基本完成。

结果分析

运行完毕，如果安装了Gnuplot会自动产生相应是绘图输入文件。这里选取第250fs的自由能剖面图像，可以看到正好对应了两个稳态及相互变化跨越的自由能壁垒。

如果高斯峰参数设为20 0.25 0.25，就会出现下面这种比较细长尖锐的自由能剖面，选取适当的参数是必要的。

实际应用

下面是我自己的一个工作，也是使用metadynamics做的真空还原反应的自由能变化。总体来说，效果还是不错。文章还在修改具体参数就先不写了。

• 自由能剖面
• CV变化曲线
• 势能和总能量变化

总结

作为orca的重磅更新，metadynamics模块能实现很多重要模拟。与orca对标的Gaussian相比，Gaussian就有点摆了，虽然用户量有绝对优势。

还有非常感谢计算化学公社的sob社长开发的Multiwfn，能便捷实现orca输入文件的生成，开源让世界更美好。

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