凍結原子（Frozen Atoms）

概要

要約: クラスターモデルでは切り出し境界の少数の原子を固定しないと、最適化器が末端のフラグメントを非物理的な構造へ引き込んでしまいます。pdb2reaction は リンク水素（extract が切断結合に付加）と、3 通りの freeze_atoms 指定でこれを扱います。

タンパク質から残基を切り出すと、境界の結合は リンク水素（残基 LKH、原子 HL、元の結合ベクトル方向に 1.09 Å）でキャップされます。リンク水素の親原子を自由なまま放置すると、勾配降下がキャップと親原子を一緒に動かして境界形状が変形します。関連原子を凍結すると、最適化・MEP 探索・IRC・振動解析を通じて境界が固定されます。

凍結原子の 3 通りの指定方法

2. --freeze-atoms 'i,j,k,...'（CLI 明示指定）

カンマ区切りの 1 始まり 原子インデックス。任意の入力形式に適用可。--freeze-links と併用すると合集合が凍結されます。

pdb2reaction tsopt -i ts_candidate.xyz -q 0 -m 1 \
  --freeze-atoms '12,15,28,29,42'

3. YAML geom.freeze_atoms（--config 経由）

geom:
  freeze_atoms: [12, 15, 28, 29, 42]   # 1 始まりインデックス

長いリストや、設定ファイルに同梱したい場合に有用。CLI と YAML のリストは置換ではなくマージされます。

pdb2reaction tsopt -i ts.xyz -q 0 -m 1 --config tsopt.yaml

3 つのソースの組み合わせ方

実行時に凍結される原子集合は以下の 和集合:

  • YAML geom.freeze_atoms（--config FILE）

  • CLI --freeze-atoms

  • --freeze-links 有効時に検出された LKH 親原子

どれかを優先する仕組みはなく、いずれかのソースに登録された原子はすべて凍結されます。

計算への効果

  • 力（Force）: 凍結 DOF はゼロに設定（最適化器は動かせません）。

  • ヘシアン: 凍結 DOF の行・列は除去される（calc.return_partial_hessian: true、freq のデフォルト、irc では強制）か、フル行列でゼロ化されます。

  • 振動解析: 凍結原子があるとき freq は自動で Partial Hessian Vibrational Analysis（PHVA）を実行し、active ブロックのみ対角化します。5 cm⁻¹ vs 100 cm⁻¹ のしきい値 が結果に適用されます。

  • MEP / IRC: 凍結原子は全イメージ・全ステップで初期座標を保持します。

サブコマンド対応表

サブコマンド

--freeze-links（PDB）

--freeze-atoms（任意の入力）

YAML geom.freeze_atoms

extract

（LKH/HL を挿入。フラグは下流用）

n/a

n/a

opt

yes

yes

yes

tsopt

yes

yes

yes

freq

yes（PHVA を起動）

yes

yes

irc

yes

yes

yes

path-opt

yes

yes

yes

path-search

yes

yes

yes

scan / scan2d / scan3d

yes

yes

yes

all

yes

yes

yes

よくある落とし穴

  • LKH/HL レコードを手動削除した場合: --freeze-links が凍結対象を見つけられません。--freeze-atoms で明示指定するか、extract を再実行してください。

  • 原子インデックスの再番号化: --freeze-atoms と geom.freeze_atoms は 1 始まりで入力の原子順に依存します。再抽出で順序が変わったらインデックスを再生成してください。

  • トポロジーなしの XYZ/GJF: LKH レコードが無く --freeze-links は no-op です。--ref-pdb FILE または明示的な --freeze-atoms を使用してください。

  • --no-freeze-links の使いどころ: 自動凍結を切る診断目的のみ。本番のクラスターモデル実行では --freeze-links を有効のままにしてください。

関連項目