平衡化

このステップで、統計力学的に意味のある構造に持っていきます。

前回

• 導入

GROMACS チュートリアル 水のMD 導入

最も簡単なGROMACSのMDの例として、水（溶媒のみ）のMDを実行してみます。

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2020.05.12

• エネルギー最小化

GROMACS チュートリアル 水のMD エネルギー最小化

水を用いた簡単なMDを用いて、GROMACSの使い方をおさらいします。このステップではまず、エネルギー最小化を行います。

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2020.04.30

1 相互作用パラメータ決め

最初のエネルギー最小化で作成した system.top をそのまま使います。

2 初期座標決め

エネルギー最小化処理で得た最後の構造 em.gro が初期構造となります。

3 MDの条件決め

以下のような内容で nvt.mdp というファイルを作成します。

integrator              = md-vv
dt                      = 0.001
nsteps                  = 50000
nstenergy               = 100

coulombtype             = PME
gen_vel                 = yes
gen_temp                = 300

tcoupl                  = nose-hoover
tc_grps                 = System
tau_t                   = 2.0
ref_t                   = 300

4 MD実行

まず読み込みを行います。

gmx grompp -c step1_em.gro -p system.top -f nvt.mdp -o step2_nvt.tpr

端末の出力にNOTE (注意してほしいこと) が2つほどあるかもしれませんが、今回は無視します。これで step2_nvt.tpr というファイルができます。このままMDを実行します。

gmx mdrun -deffnm step2_nvt

環境にもよりますが、数分待つかと思います。 これが終わると、以下のファイルが生成されています。

• step2_nvt.cpt
• step2_nvt.edr
• step2_nvt.gro
• step2_nvt.log

参考まで、以下の環境でテストを行いました。

• GPU：Tesla K80
• CPU：Xeon(R) CPU E5-2670 v3 @ 2.30GHz を 1コア利用
• GROMACS：2018

このとき、 step2_nvt.log の最後のほうに以下のような出力が得られました。

               Core t (s)   Wall t (s)        (%)
       Time:       49.165       49.165      100.0
                 (ns/day)    (hour/ns)
Performance:       87.869        0.273

5 結果の解釈

今回はNVTアンサンブルでの計算です。ということで温度がちゃんと設定した熱浴に収束しているか見てみようと思います。

gmx energy -f step2_nvt.edr -o temperature.xvg

前回のエネルギー最小化のときと違い、 -o temperature.xvg というオプションが増えています。これは出力ファイル名をデフォルトの energy.xvg から temperature.xvg に変更するというものです。

これを実行すると、前回と同じように、どれを出力するかを指定するよう求められます。

Select the terms you want from the following list by
selecting either (part of) the name or the number or a combination.
End your selection with an empty line or a zero.
-------------------------------------------------------------------
  1  LJ-(SR)          2  Coulomb-(SR)     3  Coul.-recip.     4  Potential
  5  Kinetic-En.      6  Total-Energy     7  Conserved-En.    8  Temperature
  9  Pressure        10  Vir-XX          11  Vir-XY          12  Vir-XZ
 13  Vir-YX          14  Vir-YY          15  Vir-YZ          16  Vir-ZX
 17  Vir-ZY          18  Vir-ZZ          19  Pres-XX         20  Pres-XY
 21  Pres-XZ         22  Pres-YX         23  Pres-YY         24  Pres-YZ
 25  Pres-ZX         26  Pres-ZY         27  Pres-ZZ         28  #Surf*SurfTen
 29  T-System

前回のエネルギー最小化のときと内容が異なり、4項目ほど増えていることに気づくかもしれません。このように、 gmx energy は読み込んだログファイルに応じて適切な項目を表示してくれます。

ここでは温度を見たいので Temperature に相当する ８ を選択します。

8 0

と入力して Enter （または Return）キーを押します。するとこのコマンド実行により temperature.xvg が生成されていると思いますので、こちらを xmgrace などで可視化します。

すぐに 300 K に落ち着き、その後は設定温度回りを振動しているのがわかります。

次のステップへ

厳密なことを言い始めると長くなるのですが、とりあえず今回のステップの最後で得られた構造 step2_nvt.gro を使ってサンプリングしてみます。

GROMACS チュートリアル 水のMD サンプリング

簡単な水のMDを用いて、GROMACSの使い方をおさらいします。このステップでサンプリングを行います。

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2020.05.29

なお、次で最後です。

補足

エネルギー最小化で得られた構造ファイル step1_em.gro の中身はこんな感じです。

water in water
 6495
    1SOL     OW    1   0.231   0.628   0.126
    1SOL    HW1    2   0.136   0.628   0.156
    1SOL    HW2    3   0.234   0.620   0.026
    2SOL     OW    4   0.225   0.284   0.987
    2SOL    HW1    5   0.255   0.253   1.077
    3SOL    HW2    6   0.130   0.255   0.971
以下略

３行目以降に各原子の情報が並んでいます。前から順に

分子ID  原子種  原子ID  x座標 y座標 z座標

となっています。

一方でNVTアンサンブルの結果得られた構造ファイル step2_nvt.gro の中身は

water in water
 6495
    1SOL     OW    1   0.217   0.536   3.984 -0.1820 -0.4114 -0.5572
    1SOL    HW1    2   0.228   0.635   3.992 -0.9125 -0.4490  0.9326
    1SOL    HW2    3   0.214   0.511   3.888 -1.0964  1.1462 -0.9353
    2SOL     OW    4   0.997   0.582   0.970  0.4162 -0.5560  0.6488
    2SOL    HW1    5   1.000   0.600   0.871 -0.0091  2.8599  1.2314
    2SOL    HW2    6   1.082   0.537   0.998  1.0203 -0.5205 -1.0919
以下略

となっています。３行目以降は

分子ID  原子種  原子ID  x座標 y座標 z座標 x速度 y速度 z速度

という感じで、速度に関する情報が追加されているのがわかります。