Merge branch release-5-1
[alexxy/gromacs.git] / docs / user-guide / mdp-options.rst
1 .. README
2    See the "run control" section for a working example of the
3    syntax to use when making .mdp entries, with and without detailed
4    documentation for values those entries might take. Everything can
5    be cross-referenced, see the examples there. TODO Make more
6    cross-references.
7
8 Molecular dynamics parameters (.mdp options)
9 ============================================
10
11 General information
12 -------------------
13
14 Default values are given in parentheses, or listed first among
15 choices. The first option in the list is always the default
16 option. Units are given in square brackets. The difference between a
17 dash and an underscore is ignored.
18
19 A :ref:`sample mdp file <mdp>` is available. This should be
20 appropriate to start a normal simulation. Edit it to suit your
21 specific needs and desires.
22
23
24 Preprocessing
25 ^^^^^^^^^^^^^
26
27 .. mdp:: include
28
29    directories to include in your topology. Format:
30    ``-I/home/john/mylib -I../otherlib``
31
32 .. mdp:: define
33
34    defines to pass to the preprocessor, default is no defines. You can
35    use any defines to control options in your customized topology
36    files. Options that act on existing :ref:`top` file mechanisms
37    include
38
39       ``-DFLEXIBLE`` will use flexible water instead of rigid water
40       into your topology, this can be useful for normal mode analysis.
41
42       ``-DPOSRES`` will trigger the inclusion of ``posre.itp`` into
43       your topology, used for implementing position restraints.
44
45
46 Run control
47 ^^^^^^^^^^^
48
49 .. mdp:: integrator
50
51    (Despite the name, this list includes algorithms that are not
52    actually integrators over time. :mdp-value:`integrator=steep` and
53    all entries following it are in this category)
54
55    .. mdp-value:: md
56
57       A leap-frog algorithm for integrating Newton's equations of motion.
58
59    .. mdp-value:: md-vv
60
61       A velocity Verlet algorithm for integrating Newton's equations
62       of motion.  For constant NVE simulations started from
63       corresponding points in the same trajectory, the trajectories
64       are analytically, but not binary, identical to the
65       :mdp-value:`integrator=md` leap-frog integrator. The the kinetic
66       energy, which is determined from the whole step velocities and
67       is therefore slightly too high. The advantage of this integrator
68       is more accurate, reversible Nose-Hoover and Parrinello-Rahman
69       coupling integration based on Trotter expansion, as well as
70       (slightly too small) full step velocity output. This all comes
71       at the cost off extra computation, especially with constraints
72       and extra communication in parallel. Note that for nearly all
73       production simulations the :mdp-value:`integrator=md` integrator
74       is accurate enough.
75
76    .. mdp-value:: md-vv-avek
77
78       A velocity Verlet algorithm identical to
79       :mdp-value:`integrator=md-vv`, except that the kinetic energy is
80       determined as the average of the two half step kinetic energies
81       as in the :mdp-value:`integrator=md` integrator, and this thus
82       more accurate.  With Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman
83       coupling this comes with a slight increase in computational
84       cost.
85
86    .. mdp-value:: sd
87
88       An accurate and efficient leap-frog stochastic dynamics
89       integrator. With constraints, coordinates needs to be
90       constrained twice per integration step. Depending on the
91       computational cost of the force calculation, this can take a
92       significant part of the simulation time. The temperature for one
93       or more groups of atoms (:mdp:`tc-grps`) is set with
94       :mdp:`ref-t`, the inverse friction constant for each group is
95       set with :mdp:`tau-t`.  The parameter :mdp:`tcoupl` is
96       ignored. The random generator is initialized with
97       :mdp:`ld-seed`. When used as a thermostat, an appropriate value
98       for :mdp:`tau-t` is 2 ps, since this results in a friction that
99       is lower than the internal friction of water, while it is high
100       enough to remove excess heat NOTE: temperature deviations decay
101       twice as fast as with a Berendsen thermostat with the same
102       :mdp:`tau-t`.
103
104    .. mdp-value:: bd
105
106       An Euler integrator for Brownian or position Langevin dynamics,
107       the velocity is the force divided by a friction coefficient
108       (:mdp:`bd-fric`) plus random thermal noise (:mdp:`ref-t`). When
109       :mdp:`bd-fric` is 0, the friction coefficient for each particle
110       is calculated as mass/ :mdp:`tau-t`, as for the integrator
111       :mdp-value:`integrator=sd`. The random generator is initialized
112       with :mdp:`ld-seed`.
113
114    .. mdp-value:: steep
115
116       A steepest descent algorithm for energy minimization. The
117       maximum step size is :mdp:`emstep`, the tolerance is
118       :mdp:`emtol`.
119
120    .. mdp-value:: cg
121
122       A conjugate gradient algorithm for energy minimization, the
123       tolerance is :mdp:`emtol`. CG is more efficient when a steepest
124       descent step is done every once in a while, this is determined
125       by :mdp:`nstcgsteep`. For a minimization prior to a normal mode
126       analysis, which requires a very high accuracy, |Gromacs| should be
127       compiled in double precision.
128
129    .. mdp-value:: l-bfgs
130
131       A quasi-Newtonian algorithm for energy minimization according to
132       the low-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno approach. In
133       practice this seems to converge faster than Conjugate Gradients,
134       but due to the correction steps necessary it is not (yet)
135       parallelized.
136
137    .. mdp-value:: nm
138
139       Normal mode analysis is performed on the structure in the :ref:`tpr`
140       file.  |Gromacs| should be compiled in double precision.
141
142    .. mdp-value:: tpi
143
144       Test particle insertion. The last molecule in the topology is
145       the test particle. A trajectory must be provided to ``mdrun
146       -rerun``. This trajectory should not contain the molecule to be
147       inserted. Insertions are performed :mdp:`nsteps` times in each
148       frame at random locations and with random orientiations of the
149       molecule. When :mdp:`nstlist` is larger than one,
150       :mdp:`nstlist` insertions are performed in a sphere with radius
151       :mdp:`rtpi` around a the same random location using the same
152       neighborlist. Since neighborlist construction is expensive,
153       one can perform several extra insertions with the same list
154       almost for free. The random seed is set with
155       :mdp:`ld-seed`. The temperature for the Boltzmann weighting is
156       set with :mdp:`ref-t`, this should match the temperature of the
157       simulation of the original trajectory. Dispersion correction is
158       implemented correctly for TPI. All relevant quantities are
159       written to the file specified with ``mdrun -tpi``. The
160       distribution of insertion energies is written to the file
161       specified with ``mdrun -tpid``. No trajectory or energy file is
162       written. Parallel TPI gives identical results to single-node
163       TPI. For charged molecules, using PME with a fine grid is most
164       accurate and also efficient, since the potential in the system
165       only needs to be calculated once per frame.
166
167    .. mdp-value:: tpic
168
169       Test particle insertion into a predefined cavity location. The
170       procedure is the same as for :mdp-value:`integrator=tpi`, except
171       that one coordinate extra is read from the trajectory, which is
172       used as the insertion location. The molecule to be inserted
173       should be centered at 0,0,0. |Gromacs| does not do this for you,
174       since for different situations a different way of centering
175       might be optimal. Also :mdp:`rtpi` sets the radius for the
176       sphere around this location. Neighbor searching is done only
177       once per frame, :mdp:`nstlist` is not used. Parallel
178       :mdp-value:`integrator=tpic` gives identical results to
179       single-rank :mdp-value:`integrator=tpic`.
180
181 .. mdp:: tinit
182
183         (0) \[ps\]
184         starting time for your run (only makes sense for time-based
185         integrators)
186
187 .. mdp:: dt
188
189         (0.001) \[ps\]
190         time step for integration (only makes sense for time-based
191         integrators)
192
193 .. mdp:: nsteps
194
195         (0)
196         maximum number of steps to integrate or minimize, -1 is no
197         maximum
198
199 .. mdp:: init-step
200
201         (0)
202         The starting step. The time at an step i in a run is
203         calculated as: t = :mdp:`tinit` + :mdp:`dt` *
204         (:mdp:`init-step` + i). The free-energy lambda is calculated
205         as: lambda = :mdp:`init-lambda` + :mdp:`delta-lambda` *
206         (:mdp:`init-step` + i). Also non-equilibrium MD parameters can
207         depend on the step number. Thus for exact restarts or redoing
208         part of a run it might be necessary to set :mdp:`init-step` to
209         the step number of the restart frame. :ref:`gmx convert-tpr`
210         does this automatically.
211
212 .. mdp:: comm-mode
213
214    .. mdp-value:: Linear
215
216       Remove center of mass translation
217
218    .. mdp-value:: Angular
219
220       Remove center of mass translation and rotation around the center of mass
221
222    .. mdp-value:: None
223
224       No restriction on the center of mass motion
225
226 .. mdp:: nstcomm
227
228    (100) \[steps\]
229    frequency for center of mass motion removal
230
231 .. mdp:: comm-grps
232
233    group(s) for center of mass motion removal, default is the whole
234    system
235
236
237 Langevin dynamics
238 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
239
240 .. mdp:: bd-fric
241
242    (0) \[amu ps-1\]
243    Brownian dynamics friction coefficient. When :mdp:`bd-fric` is 0,
244    the friction coefficient for each particle is calculated as mass/
245    :mdp:`tau-t`.
246
247 .. mdp:: ld-seed
248
249    (-1) \[integer\]
250    used to initialize random generator for thermal noise for
251    stochastic and Brownian dynamics. When :mdp:`ld-seed` is set to -1,
252    a pseudo random seed is used. When running BD or SD on multiple
253    processors, each processor uses a seed equal to :mdp:`ld-seed` plus
254    the processor number.
255
256
257 Energy minimization
258 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
259
260 .. mdp:: emtol
261
262    (10.0) \[kJ mol-1 nm-1\]
263    the minimization is converged when the maximum force is smaller
264    than this value
265
266 .. mdp:: emstep
267
268    (0.01) \[nm\]
269    initial step-size
270
271 .. mdp:: nstcgsteep
272
273    (1000) \[steps\]
274    frequency of performing 1 steepest descent step while doing
275    conjugate gradient energy minimization.
276
277 .. mdp:: nbfgscorr
278
279    (10)
280    Number of correction steps to use for L-BFGS minimization. A higher
281    number is (at least theoretically) more accurate, but slower.
282
283
284 Shell Molecular Dynamics
285 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
286
287 When shells or flexible constraints are present in the system the
288 positions of the shells and the lengths of the flexible constraints
289 are optimized at every time step until either the RMS force on the
290 shells and constraints is less than :mdp:`emtol`, or a maximum number
291 of iterations :mdp:`niter` has been reached. Minimization is converged
292 when the maximum force is smaller than :mdp:`emtol`. For shell MD this
293 value should be 1.0 at most.
294
295 .. mdp:: niter
296
297    (20)
298    maximum number of iterations for optimizing the shell positions and
299    the flexible constraints.
300
301 .. mdp:: fcstep
302
303    (0) \[ps^2\]
304    the step size for optimizing the flexible constraints. Should be
305    chosen as mu/(d2V/dq2) where mu is the reduced mass of two
306    particles in a flexible constraint and d2V/dq2 is the second
307    derivative of the potential in the constraint direction. Hopefully
308    this number does not differ too much between the flexible
309    constraints, as the number of iterations and thus the runtime is
310    very sensitive to fcstep. Try several values!
311
312
313 Test particle insertion
314 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
315
316 .. mdp:: rtpi
317
318    (0.05) \[nm\]
319    the test particle insertion radius, see integrators
320    :mdp-value:`integrator=tpi` and :mdp-value:`integrator=tpic`
321
322
323 Output control
324 ^^^^^^^^^^^^^^
325
326 .. mdp:: nstxout
327
328    (0) \[steps\]
329    number of steps that elapse between writing coordinates to output
330    trajectory file, the last coordinates are always written
331
332 .. mdp:: nstvout
333
334    (0) \[steps\]
335    number of steps that elapse between writing velocities to output
336    trajectory, the last velocities are always written
337
338 .. mdp:: nstfout
339
340    (0) \[steps\]
341    number of steps that elapse between writing forces to output
342    trajectory.
343
344 .. mdp:: nstlog
345
346    (1000) \[steps\]
347    number of steps that elapse between writing energies to the log
348    file, the last energies are always written
349
350 .. mdp:: nstcalcenergy
351
352    (100)
353    number of steps that elapse between calculating the energies, 0 is
354    never. This option is only relevant with dynamics. This option affects the
355    performance in parallel simulations, because calculating energies
356    requires global communication between all processes which can
357    become a bottleneck at high parallelization.
358
359 .. mdp:: nstenergy
360
361    (1000) \[steps\]
362    number of steps that else between writing energies to energy file,
363    the last energies are always written, should be a multiple of
364    :mdp:`nstcalcenergy`. Note that the exact sums and fluctuations
365    over all MD steps modulo :mdp:`nstcalcenergy` are stored in the
366    energy file, so :ref:`gmx energy` can report exact energy averages
367    and fluctuations also when :mdp:`nstenergy` > 1
368
369 .. mdp:: nstxout-compressed
370
371    (0) \[steps\]
372    number of steps that elapse between writing position coordinates
373    using lossy compression
374
375 .. mdp:: compressed-x-precision
376
377    (1000) \[real\]
378    precision with which to write to the compressed trajectory file
379
380 .. mdp:: compressed-x-grps
381
382    group(s) to write to the compressed trajectory file, by default the
383    whole system is written (if :mdp:`nstxout-compressed` > 0)
384
385 .. mdp:: energygrps
386
387    group(s) for which to write to write short-ranged non-bonded
388    potential energies to the energy file (not supported on GPUs)
389
390
391 Neighbor searching
392 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
393
394 .. mdp:: cutoff-scheme
395
396    .. mdp-value:: Verlet
397
398       Generate a pair list with buffering. The buffer size is
399       automatically set based on :mdp:`verlet-buffer-tolerance`,
400       unless this is set to -1, in which case :mdp:`rlist` will be
401       used. This option has an explicit, exact cut-off at :mdp:`rvdw`
402       equal to :mdp:`rcoulomb`, unless PME or Ewald is used, in which
403       case :mdp:`rcoulomb` > :mdp:`rvdw` is allowed. Currently only
404       cut-off, reaction-field, PME or Ewald electrostatics and plain
405       LJ are supported. Some :ref:`gmx mdrun` functionality is not yet
406       supported with the :mdp:`Verlet` scheme, but :ref:`gmx grompp`
407       checks for this. Native GPU acceleration is only supported with
408       :mdp:`Verlet`. With GPU-accelerated PME or with separate PME
409       ranks, :ref:`gmx mdrun` will automatically tune the CPU/GPU load
410       balance by scaling :mdp:`rcoulomb` and the grid spacing. This
411       can be turned off with ``mdrun -notunepme``. :mdp:`Verlet` is
412       faster than :mdp:`group` when there is no water, or if
413       :mdp:`group` would use a pair-list buffer to conserve energy.
414
415    .. mdp-value:: group
416
417       Generate a pair list for groups of atoms. These groups
418       correspond to the charge groups in the topology. This was the
419       only cut-off treatment scheme before version 4.6, and is
420       **deprecated in |gmx-version|**. There is no explicit buffering of
421       the pair list. This enables efficient force calculations for
422       water, but energy is only conserved when a buffer is explicitly
423       added.
424
425 .. mdp:: nstlist
426
427    \(10) \[steps\]
428
429    .. mdp-value:: >0
430
431       Frequency to update the neighbor list. When this is 0, the
432       neighbor list is made only once. With energy minimization the
433       neighborlist will be updated for every energy evaluation when
434       :mdp:`nstlist` is greater than 0. With :mdp:`Verlet` and
435       :mdp:`verlet-buffer-tolerance` set, :mdp:`nstlist` is actually
436       a minimum value and :ref:`gmx mdrun` might increase it, unless
437       it is set to 1. With parallel simulations and/or non-bonded
438       force calculation on the GPU, a value of 20 or 40 often gives
439       the best performance. With :mdp:`group` and non-exact
440       cut-off's, :mdp:`nstlist` will affect the accuracy of your
441       simulation and it can not be chosen freely.
442
443    .. mdp-value:: 0
444
445       The neighbor list is only constructed once and never
446       updated. This is mainly useful for vacuum simulations in which
447       all particles see each other.
448
449    .. mdp-value:: <0
450
451       Unused.
452
453 .. mdp:: ns-type
454
455    .. mdp-value:: grid
456
457       Make a grid in the box and only check atoms in neighboring grid
458       cells when constructing a new neighbor list every
459       :mdp:`nstlist` steps. In large systems grid search is much
460       faster than simple search.
461
462    .. mdp-value:: simple
463
464       Check every atom in the box when constructing a new neighbor
465       list every :mdp:`nstlist` steps (only with :mdp:`group`
466       cut-off scheme).
467
468 .. mdp:: pbc
469
470    .. mdp-value:: xyz
471
472       Use periodic boundary conditions in all directions.
473
474    .. mdp-value:: no
475
476       Use no periodic boundary conditions, ignore the box. To simulate
477       without cut-offs, set all cut-offs and :mdp:`nstlist` to 0. For
478       best performance without cut-offs on a single MPI rank, set
479       :mdp:`nstlist` to zero and :mdp:`ns-type` =simple.
480
481    .. mdp-value:: xy
482
483       Use periodic boundary conditions in x and y directions
484       only. This works only with :mdp:`ns-type` =grid and can be used
485       in combination with walls_. Without walls or with only one wall
486       the system size is infinite in the z direction. Therefore
487       pressure coupling or Ewald summation methods can not be
488       used. These disadvantages do not apply when two walls are used.
489
490 .. mdp:: periodic-molecules
491
492    .. mdp-value:: no
493
494       molecules are finite, fast molecular PBC can be used
495
496    .. mdp-value:: yes
497
498       for systems with molecules that couple to themselves through the
499       periodic boundary conditions, this requires a slower PBC
500       algorithm and molecules are not made whole in the output
501
502 .. mdp:: verlet-buffer-tolerance
503
504    (0.005) \[kJ/mol/ps\]
505
506    Useful only with the :mdp:`Verlet` :mdp:`cutoff-scheme`. This sets
507    the maximum allowed error for pair interactions per particle caused
508    by the Verlet buffer, which indirectly sets :mdp:`rlist`. As both
509    :mdp:`nstlist` and the Verlet buffer size are fixed (for
510    performance reasons), particle pairs not in the pair list can
511    occasionally get within the cut-off distance during
512    :mdp:`nstlist` -1 steps. This causes very small jumps in the
513    energy. In a constant-temperature ensemble, these very small energy
514    jumps can be estimated for a given cut-off and :mdp:`rlist`. The
515    estimate assumes a homogeneous particle distribution, hence the
516    errors might be slightly underestimated for multi-phase
517    systems. (See the `reference manual`_ for details). For longer
518    pair-list life-time (:mdp:`nstlist` -1) * :mdp:`dt` the buffer is
519    overestimated, because the interactions between particles are
520    ignored. Combined with cancellation of errors, the actual drift of
521    the total energy is usually one to two orders of magnitude
522    smaller. Note that the generated buffer size takes into account
523    that the |Gromacs| pair-list setup leads to a reduction in the
524    drift by a factor 10, compared to a simple particle-pair based
525    list. Without dynamics (energy minimization etc.), the buffer is 5%
526    of the cut-off. For NVE simulations the initial temperature is
527    used, unless this is zero, in which case a buffer of 10% is
528    used. For NVE simulations the tolerance usually needs to be lowered
529    to achieve proper energy conservation on the nanosecond time
530    scale. To override the automated buffer setting, use
531    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` =-1 and set :mdp:`rlist` manually.
532
533 .. mdp:: rlist
534
535    (1) \[nm\]
536    Cut-off distance for the short-range neighbor list. With the
537    :mdp:`Verlet` :mdp:`cutoff-scheme`, this is by default set by the
538    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` option and the value of
539    :mdp:`rlist` is ignored.
540
541
542 Electrostatics
543 ^^^^^^^^^^^^^^
544
545 .. mdp:: coulombtype
546
547    .. mdp-value:: Cut-off
548
549       Plain cut-off with neighborlist radius :mdp:`rlist` and
550       Coulomb cut-off :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >=
551       :mdp:`rcoulomb`.
552
553    .. mdp-value:: Ewald
554
555       Classical Ewald sum electrostatics. The real-space cut-off
556       :mdp:`rcoulomb` should be equal to :mdp:`rlist`. Use *e.g.*
557       :mdp:`rlist` =0.9, :mdp:`rcoulomb` =0.9. The highest magnitude
558       of wave vectors used in reciprocal space is controlled by
559       :mdp:`fourierspacing`. The relative accuracy of
560       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol`.
561
562       NOTE: Ewald scales as O(N^3/2) and is thus extremely slow for
563       large systems. It is included mainly for reference - in most
564       cases PME will perform much better.
565
566    .. mdp-value:: PME
567
568       Fast smooth Particle-Mesh Ewald (SPME) electrostatics. Direct
569       space is similar to the Ewald sum, while the reciprocal part is
570       performed with FFTs. Grid dimensions are controlled with
571       :mdp:`fourierspacing` and the interpolation order with
572       :mdp:`pme-order`. With a grid spacing of 0.1 nm and cubic
573       interpolation the electrostatic forces have an accuracy of
574       2-3*10^-4. Since the error from the vdw-cutoff is larger than
575       this you might try 0.15 nm. When running in parallel the
576       interpolation parallelizes better than the FFT, so try
577       decreasing grid dimensions while increasing interpolation.
578
579    .. mdp-value:: P3M-AD
580
581       Particle-Particle Particle-Mesh algorithm with analytical
582       derivative for for long range electrostatic interactions. The
583       method and code is identical to SPME, except that the influence
584       function is optimized for the grid. This gives a slight increase
585       in accuracy.
586
587    .. mdp-value:: Reaction-Field
588
589       Reaction field electrostatics with Coulomb cut-off
590       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`. The
591       dielectric constant beyond the cut-off is
592       :mdp:`epsilon-rf`. The dielectric constant can be set to
593       infinity by setting :mdp:`epsilon-rf` =0.
594
595    .. mdp-value:: Generalized-Reaction-Field
596
597       Generalized reaction field with Coulomb cut-off
598       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rcoulomb`. The
599       dielectric constant beyond the cut-off is
600       :mdp:`epsilon-rf`. The ionic strength is computed from the
601       number of charged (*i.e.* with non zero charge) charge
602       groups. The temperature for the GRF potential is set with
603       :mdp:`ref-t`.
604
605    .. mdp-value:: Reaction-Field-zero
606
607       In |Gromacs|, normal reaction-field electrostatics with
608       :mdp:`cutoff-scheme` = :mdp:`group` leads to bad energy
609       conservation. :mdp:`Reaction-Field-zero` solves this by making
610       the potential zero beyond the cut-off. It can only be used with
611       an infinite dielectric constant (:mdp:`epsilon-rf` =0), because
612       only for that value the force vanishes at the
613       cut-off. :mdp:`rlist` should be 0.1 to 0.3 nm larger than
614       :mdp:`rcoulomb` to accommodate for the size of charge groups
615       and diffusion between neighbor list updates. This, and the fact
616       that table lookups are used instead of analytical functions make
617       :mdp:`Reaction-Field-zero` computationally more expensive than
618       normal reaction-field.
619
620    .. mdp-value:: Shift
621
622       Analogous to :mdp-value:`vdwtype=Shift` for :mdp:`vdwtype`. You
623       might want to use :mdp:`Reaction-Field-zero` instead, which has
624       a similar potential shape, but has a physical interpretation and
625       has better energies due to the exclusion correction terms.
626
627    .. mdp-value:: Encad-Shift
628
629       The Coulomb potential is decreased over the whole range, using
630       the definition from the Encad simulation package.
631
632    .. mdp-value:: Switch
633
634       Analogous to :mdp-value:`vdwtype=Switch` for
635       :mdp:`vdwtype`. Switching the Coulomb potential can lead to
636       serious artifacts, advice: use :mdp:`Reaction-Field-zero`
637       instead.
638
639    .. mdp-value:: User
640
641       :ref:`gmx mdrun` will now expect to find a file ``table.xvg``
642       with user-defined potential functions for repulsion, dispersion
643       and Coulomb. When pair interactions are present, :ref:`gmx
644       mdrun` also expects to find a file ``tablep.xvg`` for the pair
645       interactions. When the same interactions should be used for
646       non-bonded and pair interactions the user can specify the same
647       file name for both table files. These files should contain 7
648       columns: the ``x`` value, ``f(x)``, ``-f'(x)``, ``g(x)``,
649       ``-g'(x)``, ``h(x)``, ``-h'(x)``, where ``f(x)`` is the Coulomb
650       function, ``g(x)`` the dispersion function and ``h(x)`` the
651       repulsion function. When :mdp:`vdwtype` is not set to User the
652       values for ``g``, ``-g'``, ``h`` and ``-h'`` are ignored. For
653       the non-bonded interactions ``x`` values should run from 0 to
654       the largest cut-off distance + :mdp:`table-extension` and
655       should be uniformly spaced. For the pair interactions the table
656       length in the file will be used. The optimal spacing, which is
657       used for non-user tables, is ``0.002 nm`` when you run in mixed
658       precision or ``0.0005 nm`` when you run in double precision. The
659       function value at ``x=0`` is not important. More information is
660       in the printed manual.
661
662    .. mdp-value:: PME-Switch
663
664       A combination of PME and a switch function for the direct-space
665       part (see above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
666       :mdp:`rlist`. This is mainly useful constant energy simulations
667       (note that using PME with :mdp:`cutoff-scheme` = :mdp:`Verlet`
668       will be more efficient).
669
670    .. mdp-value:: PME-User
671
672       A combination of PME and user tables (see
673       above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
674       :mdp:`rlist`. The PME mesh contribution is subtracted from the
675       user table by :ref:`gmx mdrun`. Because of this subtraction the
676       user tables should contain about 10 decimal places.
677
678    .. mdp-value:: PME-User-Switch
679
680       A combination of PME-User and a switching function (see
681       above). The switching function is applied to final
682       particle-particle interaction, *i.e.* both to the user supplied
683       function and the PME Mesh correction part.
684
685 .. mdp:: coulomb-modifier
686
687    .. mdp-value:: Potential-shift-Verlet
688
689       Selects Potential-shift with the Verlet cutoff-scheme, as it is
690       (nearly) free; selects None with the group cutoff-scheme.
691
692    .. mdp-value:: Potential-shift
693
694       Shift the Coulomb potential by a constant such that it is zero
695       at the cut-off. This makes the potential the integral of the
696       force. Note that this does not affect the forces or the
697       sampling.
698
699    .. mdp-value:: None
700
701       Use an unmodified Coulomb potential. With the group scheme this
702       means no exact cut-off is used, energies and forces are
703       calculated for all pairs in the neighborlist.
704
705 .. mdp:: rcoulomb-switch
706
707    (0) \[nm\]
708    where to start switching the Coulomb potential, only relevant
709    when force or potential switching is used
710
711 .. mdp:: rcoulomb
712
713    (1) \[nm\]
714    distance for the Coulomb cut-off
715
716 .. mdp:: epsilon-r
717
718    (1)
719    The relative dielectric constant. A value of 0 means infinity.
720
721 .. mdp:: epsilon-rf
722
723    (0)
724    The relative dielectric constant of the reaction field. This
725    is only used with reaction-field electrostatics. A value of 0
726    means infinity.
727
728
729 Van der Waals
730 ^^^^^^^^^^^^^
731
732 .. mdp:: vdwtype
733
734    .. mdp-value:: Cut-off
735
736       Twin range cut-offs with neighbor list cut-off :mdp:`rlist` and
737       VdW cut-off :mdp:`rvdw`, where :mdp:`rvdw` >= :mdp:`rlist`.
738
739    .. mdp-value:: PME
740
741       Fast smooth Particle-mesh Ewald (SPME) for VdW interactions. The
742       grid dimensions are controlled with :mdp:`fourierspacing` in
743       the same way as for electrostatics, and the interpolation order
744       is controlled with :mdp:`pme-order`. The relative accuracy of
745       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol-lj`,
746       and the specific combination rules that are to be used by the
747       reciprocal routine are set using :mdp:`lj-pme-comb-rule`.
748
749    .. mdp-value:: Shift
750
751       This functionality is deprecated and replaced by
752       :mdp:`vdw-modifier` = Force-switch. The LJ (not Buckingham)
753       potential is decreased over the whole range and the forces decay
754       smoothly to zero between :mdp:`rvdw-switch` and
755       :mdp:`rvdw`. The neighbor search cut-off :mdp:`rlist` should
756       be 0.1 to 0.3 nm larger than :mdp:`rvdw` to accommodate for the
757       size of charge groups and diffusion between neighbor list
758       updates.
759
760    .. mdp-value:: Switch
761
762       This functionality is deprecated and replaced by
763       :mdp:`vdw-modifier` = Potential-switch. The LJ (not Buckingham)
764       potential is normal out to :mdp:`rvdw-switch`, after which it
765       is switched off to reach zero at :mdp:`rvdw`. Both the
766       potential and force functions are continuously smooth, but be
767       aware that all switch functions will give rise to a bulge
768       (increase) in the force (since we are switching the
769       potential). The neighbor search cut-off :mdp:`rlist` should be
770       0.1 to 0.3 nm larger than :mdp:`rvdw` to accommodate for the
771       size of charge groups and diffusion between neighbor list
772       updates.
773
774    .. mdp-value:: Encad-Shift
775
776       The LJ (not Buckingham) potential is decreased over the whole
777       range, using the definition from the Encad simulation package.
778
779    .. mdp-value:: User
780
781       See user for :mdp:`coulombtype`. The function value at zero is
782       not important. When you want to use LJ correction, make sure
783       that :mdp:`rvdw` corresponds to the cut-off in the user-defined
784       function. When :mdp:`coulombtype` is not set to User the values
785       for the ``f`` and ``-f'`` columns are ignored.
786
787 .. mdp:: vdw-modifier
788
789    .. mdp-value:: Potential-shift-Verlet
790
791       Selects Potential-shift with the Verlet cutoff-scheme, as it is
792       (nearly) free; selects None with the group cutoff-scheme.
793
794    .. mdp-value:: Potential-shift
795
796       Shift the Van der Waals potential by a constant such that it is
797       zero at the cut-off. This makes the potential the integral of
798       the force. Note that this does not affect the forces or the
799       sampling.
800
801    .. mdp-value:: None
802
803       Use an unmodified Van der Waals potential. With the group scheme
804       this means no exact cut-off is used, energies and forces are
805       calculated for all pairs in the neighborlist.
806
807    .. mdp-value:: Force-switch
808
809       Smoothly switches the forces to zero between :mdp:`rvdw-switch`
810       and :mdp:`rvdw`. This shifts the potential shift over the whole
811       range and switches it to zero at the cut-off. Note that this is
812       more expensive to calculate than a plain cut-off and it is not
813       required for energy conservation, since Potential-shift
814       conserves energy just as well.
815
816    .. mdp-value:: Potential-switch
817
818       Smoothly switches the potential to zero between
819       :mdp:`rvdw-switch` and :mdp:`rvdw`. Note that this introduces
820       articifically large forces in the switching region and is much
821       more expensive to calculate. This option should only be used if
822       the force field you are using requires this.
823
824 .. mdp:: rvdw-switch
825
826    (0) \[nm\]
827
828    where to start switching the LJ force and possibly the potential,
829    only relevant when force or potential switching is used
830
831 .. mdp:: rvdw
832
833    (1) \[nm\]
834    distance for the LJ or Buckingham cut-off
835
836 .. mdp:: DispCorr
837
838    .. mdp-value:: no
839
840       don't apply any correction
841
842    .. mdp-value:: EnerPres
843
844       apply long range dispersion corrections for Energy and Pressure
845
846    .. mdp-value:: Ener
847
848       apply long range dispersion corrections for Energy only
849
850
851 Tables
852 ^^^^^^
853
854 .. mdp:: table-extension
855
856    (1) \[nm\]
857    Extension of the non-bonded potential lookup tables beyond the
858    largest cut-off distance. The value should be large enough to
859    account for charge group sizes and the diffusion between
860    neighbor-list updates. Without user defined potential the same
861    table length is used for the lookup tables for the 1-4
862    interactions, which are always tabulated irrespective of the use of
863    tables for the non-bonded interactions. The value of
864    :mdp:`table-extension` in no way affects the values of
865    :mdp:`rlist`, :mdp:`rcoulomb`, or :mdp:`rvdw`.
866
867 .. mdp:: energygrp-table
868
869    When user tables are used for electrostatics and/or VdW, here one
870    can give pairs of energy groups for which seperate user tables
871    should be used. The two energy groups will be appended to the table
872    file name, in order of their definition in :mdp:`energygrps`,
873    seperated by underscores. For example, if ``energygrps = Na Cl
874    Sol`` and ``energygrp-table = Na Na Na Cl``, :ref:`gmx mdrun` will
875    read ``table_Na_Na.xvg`` and ``table_Na_Cl.xvg`` in addition to the
876    normal ``table.xvg`` which will be used for all other energy group
877    pairs.
878
879
880 Ewald
881 ^^^^^
882
883 .. mdp:: fourierspacing
884
885    (0.12) \[nm\]
886    For ordinary Ewald, the ratio of the box dimensions and the spacing
887    determines a lower bound for the number of wave vectors to use in
888    each (signed) direction. For PME and P3M, that ratio determines a
889    lower bound for the number of Fourier-space grid points that will
890    be used along that axis. In all cases, the number for each
891    direction can be overridden by entering a non-zero value for that
892    :mdp:`fourier-nx` direction. For optimizing the relative load of
893    the particle-particle interactions and the mesh part of PME, it is
894    useful to know that the accuracy of the electrostatics remains
895    nearly constant when the Coulomb cut-off and the PME grid spacing
896    are scaled by the same factor.
897
898 .. mdp:: fourier-nx
899 .. mdp:: fourier-ny
900 .. mdp:: fourier-nz
901
902    (0)
903    Highest magnitude of wave vectors in reciprocal space when using Ewald.
904    Grid size when using PME or P3M. These values override
905    :mdp:`fourierspacing` per direction. The best choice is powers of
906    2, 3, 5 and 7. Avoid large primes.
907
908 .. mdp:: pme-order
909
910    (4)
911    Interpolation order for PME. 4 equals cubic interpolation. You
912    might try 6/8/10 when running in parallel and simultaneously
913    decrease grid dimension.
914
915 .. mdp:: ewald-rtol
916
917    (1e-5)
918    The relative strength of the Ewald-shifted direct potential at
919    :mdp:`rcoulomb` is given by :mdp:`ewald-rtol`. Decreasing this
920    will give a more accurate direct sum, but then you need more wave
921    vectors for the reciprocal sum.
922
923 .. mdp:: ewald-rtol-lj
924
925    (1e-3)
926    When doing PME for VdW-interactions, :mdp:`ewald-rtol-lj` is used
927    to control the relative strength of the dispersion potential at
928    :mdp:`rvdw` in the same way as :mdp:`ewald-rtol` controls the
929    electrostatic potential.
930
931 .. mdp:: lj-pme-comb-rule
932
933    (Geometric)
934    The combination rules used to combine VdW-parameters in the
935    reciprocal part of LJ-PME. Geometric rules are much faster than
936    Lorentz-Berthelot and usually the recommended choice, even when the
937    rest of the force field uses the Lorentz-Berthelot rules.
938
939    .. mdp-value:: Geometric
940
941       Apply geometric combination rules
942
943    .. mdp-value:: Lorentz-Berthelot
944
945       Apply Lorentz-Berthelot combination rules
946
947 .. mdp:: ewald-geometry
948
949    .. mdp-value:: 3d
950
951       The Ewald sum is performed in all three dimensions.
952
953    .. mdp-value:: 3dc
954
955       The reciprocal sum is still performed in 3D, but a force and
956       potential correction applied in the `z` dimension to produce a
957       pseudo-2D summation. If your system has a slab geometry in the
958       `x-y` plane you can try to increase the `z`-dimension of the box
959       (a box height of 3 times the slab height is usually ok) and use
960       this option.
961
962 .. mdp:: epsilon-surface
963
964    (0)
965    This controls the dipole correction to the Ewald summation in
966    3D. The default value of zero means it is turned off. Turn it on by
967    setting it to the value of the relative permittivity of the
968    imaginary surface around your infinite system. Be careful - you
969    shouldn't use this if you have free mobile charges in your
970    system. This value does not affect the slab 3DC variant of the long
971    range corrections.
972
973
974 Temperature coupling
975 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
976
977 .. mdp:: tcoupl
978
979    .. mdp-value:: no
980
981       No temperature coupling.
982
983    .. mdp-value:: berendsen
984
985       Temperature coupling with a Berendsen-thermostat to a bath with
986       temperature :mdp:`ref-t`, with time constant
987       :mdp:`tau-t`. Several groups can be coupled separately, these
988       are specified in the :mdp:`tc-grps` field separated by spaces.
989
990    .. mdp-value:: nose-hoover
991
992       Temperature coupling using a Nose-Hoover extended ensemble. The
993       reference temperature and coupling groups are selected as above,
994       but in this case :mdp:`tau-t` controls the period of the
995       temperature fluctuations at equilibrium, which is slightly
996       different from a relaxation time. For NVT simulations the
997       conserved energy quantity is written to energy and log file.
998
999    .. mdp-value:: andersen
1000
1001       Temperature coupling by randomizing a fraction of the particles
1002       at each timestep. Reference temperature and coupling groups are
1003       selected as above. :mdp:`tau-t` is the average time between
1004       randomization of each molecule. Inhibits particle dynamics
1005       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
1006       implemented with velocity Verlet, and not implemented with
1007       constraints.
1008
1009    .. mdp-value:: andersen-massive
1010
1011       Temperature coupling by randomizing all particles at infrequent
1012       timesteps. Reference temperature and coupling groups are
1013       selected as above. :mdp:`tau-t` is the time between
1014       randomization of all molecules. Inhibits particle dynamics
1015       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
1016       implemented with velocity Verlet.
1017
1018    .. mdp-value:: v-rescale
1019
1020       Temperature coupling using velocity rescaling with a stochastic
1021       term (JCP 126, 014101). This thermostat is similar to Berendsen
1022       coupling, with the same scaling using :mdp:`tau-t`, but the
1023       stochastic term ensures that a proper canonical ensemble is
1024       generated. The random seed is set with :mdp:`ld-seed`. This
1025       thermostat works correctly even for :mdp:`tau-t` =0. For NVT
1026       simulations the conserved energy quantity is written to the
1027       energy and log file.
1028
1029 .. mdp:: nsttcouple
1030
1031    (-1)
1032    The frequency for coupling the temperature. The default value of -1
1033    sets :mdp:`nsttcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
1034    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
1035    Verlet integrators :mdp:`nsttcouple` is set to 1.
1036
1037 .. mdp:: nh-chain-length
1038
1039    (10)
1040    The number of chained Nose-Hoover thermostats for velocity Verlet
1041    integrators, the leap-frog :mdp-value:`integrator=md` integrator
1042    only supports 1. Data for the NH chain variables is not printed to
1043    the :ref:`edr` file, but can be using the ``GMX_NOSEHOOVER_CHAINS``
1044    environment variable
1045
1046 .. mdp:: tc-grps
1047
1048    groups to couple to separate temperature baths
1049
1050 .. mdp:: tau-t
1051
1052    \[ps\]
1053    time constant for coupling (one for each group in
1054    :mdp:`tc-grps`), -1 means no temperature coupling
1055
1056 .. mdp:: ref-t
1057
1058    \[K\]
1059    reference temperature for coupling (one for each group in
1060    :mdp:`tc-grps`)
1061
1062
1063 Pressure coupling
1064 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1065
1066 .. mdp:: pcoupl
1067
1068    .. mdp-value:: no
1069
1070       No pressure coupling. This means a fixed box size.
1071
1072    .. mdp-value:: Berendsen
1073
1074       Exponential relaxation pressure coupling with time constant
1075       :mdp:`tau-p`. The box is scaled every timestep. It has been
1076       argued that this does not yield a correct thermodynamic
1077       ensemble, but it is the most efficient way to scale a box at the
1078       beginning of a run.
1079
1080    .. mdp-value:: Parrinello-Rahman
1081
1082       Extended-ensemble pressure coupling where the box vectors are
1083       subject to an equation of motion. The equation of motion for the
1084       atoms is coupled to this. No instantaneous scaling takes
1085       place. As for Nose-Hoover temperature coupling the time constant
1086       :mdp:`tau-p` is the period of pressure fluctuations at
1087       equilibrium. This is probably a better method when you want to
1088       apply pressure scaling during data collection, but beware that
1089       you can get very large oscillations if you are starting from a
1090       different pressure. For simulations where the exact fluctation
1091       of the NPT ensemble are important, or if the pressure coupling
1092       time is very short it may not be appropriate, as the previous
1093       time step pressure is used in some steps of the |Gromacs|
1094       implementation for the current time step pressure.
1095
1096    .. mdp-value:: MTTK
1097
1098       Martyna-Tuckerman-Tobias-Klein implementation, only useable with
1099       :mdp-value:`md-vv` or :mdp-value:`md-vv-avek`, very similar to
1100       Parrinello-Rahman. As for Nose-Hoover temperature coupling the
1101       time constant :mdp:`tau-p` is the period of pressure
1102       fluctuations at equilibrium. This is probably a better method
1103       when you want to apply pressure scaling during data collection,
1104       but beware that you can get very large oscillations if you are
1105       starting from a different pressure. Currently (as of version
1106       5.1), it only supports isotropic scaling, and only works without
1107       constraints.
1108
1109 .. mdp:: pcoupltype
1110
1111    .. mdp-value:: isotropic
1112
1113       Isotropic pressure coupling with time constant
1114       :mdp:`tau-p`. The compressibility and reference pressure are
1115       set with :mdp:`compressibility` and :mdp:`ref-p`, one value is
1116       needed.
1117
1118    .. mdp-value:: semiisotropic
1119
1120       Pressure coupling which is isotropic in the ``x`` and ``y``
1121       direction, but different in the ``z`` direction. This can be
1122       useful for membrane simulations. 2 values are needed for ``x/y``
1123       and ``z`` directions respectively.
1124
1125    .. mdp-value:: anisotropic
1126
1127       Same as before, but 6 values are needed for ``xx``, ``yy``, ``zz``,
1128       ``xy/yx``, ``xz/zx`` and ``yz/zy`` components,
1129       respectively. When the off-diagonal compressibilities are set to
1130       zero, a rectangular box will stay rectangular. Beware that
1131       anisotropic scaling can lead to extreme deformation of the
1132       simulation box.
1133
1134    .. mdp-value:: surface-tension
1135
1136       Surface tension coupling for surfaces parallel to the
1137       xy-plane. Uses normal pressure coupling for the `z`-direction,
1138       while the surface tension is coupled to the `x/y` dimensions of
1139       the box. The first :mdp:`ref-p` value is the reference surface
1140       tension times the number of surfaces ``bar nm``, the second
1141       value is the reference `z`-pressure ``bar``. The two
1142       :mdp:`compressibility` values are the compressibility in the
1143       `x/y` and `z` direction respectively. The value for the
1144       `z`-compressibility should be reasonably accurate since it
1145       influences the convergence of the surface-tension, it can also
1146       be set to zero to have a box with constant height.
1147
1148 .. mdp:: nstpcouple
1149
1150    (-1)
1151    The frequency for coupling the pressure. The default value of -1
1152    sets :mdp:`nstpcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
1153    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
1154    Verlet integrators :mdp:`nstpcouple` is set to 1.
1155
1156 .. mdp:: tau-p
1157
1158    (1) \[ps\]
1159    time constant for coupling
1160
1161 .. mdp:: compressibility
1162
1163    \[bar^-1\]
1164    compressibility (NOTE: this is now really in bar-1) For water at 1
1165    atm and 300 K the compressibility is 4.5e-5 bar^-1.
1166
1167 .. mdp:: ref-p
1168
1169    \[bar\]
1170    reference pressure for coupling
1171
1172 .. mdp:: refcoord-scaling
1173
1174    .. mdp-value:: no
1175
1176       The reference coordinates for position restraints are not
1177       modified. Note that with this option the virial and pressure
1178       will depend on the absolute positions of the reference
1179       coordinates.
1180
1181    .. mdp-value:: all
1182
1183       The reference coordinates are scaled with the scaling matrix of
1184       the pressure coupling.
1185
1186    .. mdp-value:: com
1187
1188       Scale the center of mass of the reference coordinates with the
1189       scaling matrix of the pressure coupling. The vectors of each
1190       reference coordinate to the center of mass are not scaled. Only
1191       one COM is used, even when there are multiple molecules with
1192       position restraints. For calculating the COM of the reference
1193       coordinates in the starting configuration, periodic boundary
1194       conditions are not taken into account.
1195
1196
1197 Simulated annealing
1198 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1199
1200 Simulated annealing is controlled separately for each temperature
1201 group in |Gromacs|. The reference temperature is a piecewise linear
1202 function, but you can use an arbitrary number of points for each
1203 group, and choose either a single sequence or a periodic behaviour for
1204 each group. The actual annealing is performed by dynamically changing
1205 the reference temperature used in the thermostat algorithm selected,
1206 so remember that the system will usually not instantaneously reach the
1207 reference temperature!
1208
1209 .. mdp:: annealing
1210
1211    Type of annealing for each temperature group
1212
1213    .. mdp-value:: no
1214
1215        No simulated annealing - just couple to reference temperature value.
1216
1217    .. mdp-value:: single
1218
1219        A single sequence of annealing points. If your simulation is
1220        longer than the time of the last point, the temperature will be
1221        coupled to this constant value after the annealing sequence has
1222        reached the last time point.
1223
1224    .. mdp-value:: periodic
1225
1226        The annealing will start over at the first reference point once
1227        the last reference time is reached. This is repeated until the
1228        simulation ends.
1229
1230 .. mdp:: annealing-npoints
1231
1232    A list with the number of annealing reference/control points used
1233    for each temperature group. Use 0 for groups that are not
1234    annealed. The number of entries should equal the number of
1235    temperature groups.
1236
1237 .. mdp:: annealing-time
1238
1239    List of times at the annealing reference/control points for each
1240    group. If you are using periodic annealing, the times will be used
1241    modulo the last value, *i.e.* if the values are 0, 5, 10, and 15,
1242    the coupling will restart at the 0ps value after 15ps, 30ps, 45ps,
1243    etc. The number of entries should equal the sum of the numbers
1244    given in :mdp:`annealing-npoints`.
1245
1246 .. mdp:: annealing-temp
1247
1248    List of temperatures at the annealing reference/control points for
1249    each group. The number of entries should equal the sum of the
1250    numbers given in :mdp:`annealing-npoints`.
1251
1252 Confused? OK, let's use an example. Assume you have two temperature
1253 groups, set the group selections to ``annealing = single periodic``,
1254 the number of points of each group to ``annealing-npoints = 3 4``, the
1255 times to ``annealing-time = 0 3 6 0 2 4 6`` and finally temperatures
1256 to ``annealing-temp = 298 280 270 298 320 320 298``. The first group
1257 will be coupled to 298K at 0ps, but the reference temperature will
1258 drop linearly to reach 280K at 3ps, and then linearly between 280K and
1259 270K from 3ps to 6ps. After this is stays constant, at 270K. The
1260 second group is coupled to 298K at 0ps, it increases linearly to 320K
1261 at 2ps, where it stays constant until 4ps. Between 4ps and 6ps it
1262 decreases to 298K, and then it starts over with the same pattern
1263 again, *i.e.* rising linearly from 298K to 320K between 6ps and
1264 8ps. Check the summary printed by :ref:`gmx grompp` if you are unsure!
1265
1266
1267 Velocity generation
1268 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1269
1270 .. mdp:: gen-vel
1271
1272    .. mdp-value:: no
1273
1274         Do not generate velocities. The velocities are set to zero
1275         when there are no velocities in the input structure file.
1276
1277    .. mdp-value:: yes
1278
1279         Generate velocities in :ref:`gmx grompp` according to a
1280         Maxwell distribution at temperature :mdp:`gen-temp`, with
1281         random seed :mdp:`gen-seed`. This is only meaningful with
1282         integrator :mdp-value:`integrator=md`.
1283
1284 .. mdp:: gen-temp
1285
1286    (300) \[K\]
1287    temperature for Maxwell distribution
1288
1289 .. mdp:: gen-seed
1290
1291    (-1) \[integer\]
1292    used to initialize random generator for random velocities,
1293    when :mdp:`gen-seed` is set to -1, a pseudo random seed is
1294    used.
1295
1296
1297 Bonds
1298 ^^^^^
1299
1300 .. mdp:: constraints
1301
1302    .. mdp-value:: none
1303
1304       No constraints except for those defined explicitly in the
1305       topology, *i.e.* bonds are represented by a harmonic (or other)
1306       potential or a Morse potential (depending on the setting of
1307       :mdp:`morse`) and angles by a harmonic (or other) potential.
1308
1309    .. mdp-value:: h-bonds
1310
1311       Convert the bonds with H-atoms to constraints.
1312
1313    .. mdp-value:: all-bonds
1314
1315       Convert all bonds to constraints.
1316
1317    .. mdp-value:: h-angles
1318
1319       Convert all bonds and additionally the angles that involve
1320       H-atoms to bond-constraints.
1321
1322    .. mdp-value:: all-angles
1323
1324       Convert all bonds and angles to bond-constraints.
1325
1326 .. mdp:: constraint-algorithm
1327
1328    .. mdp-value:: LINCS
1329
1330       LINear Constraint Solver. With domain decomposition the parallel
1331       version P-LINCS is used. The accuracy in set with
1332       :mdp:`lincs-order`, which sets the number of matrices in the
1333       expansion for the matrix inversion. After the matrix inversion
1334       correction the algorithm does an iterative correction to
1335       compensate for lengthening due to rotation. The number of such
1336       iterations can be controlled with :mdp:`lincs-iter`. The root
1337       mean square relative constraint deviation is printed to the log
1338       file every :mdp:`nstlog` steps. If a bond rotates more than
1339       :mdp:`lincs-warnangle` in one step, a warning will be printed
1340       both to the log file and to ``stderr``. LINCS should not be used
1341       with coupled angle constraints.
1342
1343    .. mdp-value:: SHAKE
1344
1345       SHAKE is slightly slower and less stable than LINCS, but does
1346       work with angle constraints. The relative tolerance is set with
1347       :mdp:`shake-tol`, 0.0001 is a good value for "normal" MD. SHAKE
1348       does not support constraints between atoms on different nodes,
1349       thus it can not be used with domain decompositon when inter
1350       charge-group constraints are present. SHAKE can not be used with
1351       energy minimization.
1352
1353 .. mdp:: continuation
1354
1355    This option was formerly known as unconstrained-start.
1356
1357    .. mdp-value:: no
1358
1359       apply constraints to the start configuration and reset shells
1360
1361    .. mdp-value:: yes
1362
1363       do not apply constraints to the start configuration and do not
1364       reset shells, useful for exact coninuation and reruns
1365
1366 .. mdp:: shake-tol
1367
1368    (0.0001)
1369    relative tolerance for SHAKE
1370
1371 .. mdp:: lincs-order
1372
1373    (4)
1374    Highest order in the expansion of the constraint coupling
1375    matrix. When constraints form triangles, an additional expansion of
1376    the same order is applied on top of the normal expansion only for
1377    the couplings within such triangles. For "normal" MD simulations an
1378    order of 4 usually suffices, 6 is needed for large time-steps with
1379    virtual sites or BD. For accurate energy minimization an order of 8
1380    or more might be required. With domain decomposition, the cell size
1381    is limited by the distance spanned by :mdp:`lincs-order` +1
1382    constraints. When one wants to scale further than this limit, one
1383    can decrease :mdp:`lincs-order` and increase :mdp:`lincs-iter`,
1384    since the accuracy does not deteriorate when (1+ :mdp:`lincs-iter`
1385    )* :mdp:`lincs-order` remains constant.
1386
1387 .. mdp:: lincs-iter
1388
1389    (1)
1390    Number of iterations to correct for rotational lengthening in
1391    LINCS. For normal runs a single step is sufficient, but for NVE
1392    runs where you want to conserve energy accurately or for accurate
1393    energy minimization you might want to increase it to 2.
1394
1395 .. mdp:: lincs-warnangle
1396
1397    (30) \[deg\]
1398    maximum angle that a bond can rotate before LINCS will complain
1399
1400 .. mdp:: morse
1401
1402    .. mdp-value:: no
1403
1404       bonds are represented by a harmonic potential
1405
1406    .. mdp-value:: yes
1407
1408       bonds are represented by a Morse potential
1409
1410
1411 Energy group exclusions
1412 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1413
1414 .. mdp:: energygrp-excl
1415
1416    Pairs of energy groups for which all non-bonded interactions are
1417    excluded. An example: if you have two energy groups ``Protein`` and
1418    ``SOL``, specifying ``energygrp-excl = Protein Protein SOL SOL``
1419    would give only the non-bonded interactions between the protein and
1420    the solvent. This is especially useful for speeding up energy
1421    calculations with ``mdrun -rerun`` and for excluding interactions
1422    within frozen groups.
1423
1424
1425 Walls
1426 ^^^^^
1427
1428 .. mdp:: nwall
1429
1430    (0)
1431    When set to 1 there is a wall at ``z=0``, when set to 2 there is
1432    also a wall at ``z=z-box``. Walls can only be used with :mdp:`pbc`
1433    ``=xy``. When set to 2 pressure coupling and Ewald summation can be
1434    used (it is usually best to use semiisotropic pressure coupling
1435    with the ``x/y`` compressibility set to 0, as otherwise the surface
1436    area will change). Walls interact wit the rest of the system
1437    through an optional :mdp:`wall-atomtype`. Energy groups ``wall0``
1438    and ``wall1`` (for :mdp:`nwall` =2) are added automatically to
1439    monitor the interaction of energy groups with each wall. The center
1440    of mass motion removal will be turned off in the ``z``-direction.
1441
1442 .. mdp:: wall-atomtype
1443
1444    the atom type name in the force field for each wall. By (for
1445    example) defining a special wall atom type in the topology with its
1446    own combination rules, this allows for independent tuning of the
1447    interaction of each atomtype with the walls.
1448
1449 .. mdp:: wall-type
1450
1451    .. mdp-value:: 9-3
1452
1453       LJ integrated over the volume behind the wall: 9-3 potential
1454
1455    .. mdp-value:: 10-4
1456
1457       LJ integrated over the wall surface: 10-4 potential
1458
1459    .. mdp-value:: 12-6
1460
1461       direct LJ potential with the ``z`` distance from the wall
1462
1463 .. mdp:: table
1464
1465    user defined potentials indexed with the ``z`` distance from the
1466    wall, the tables are read analogously to the
1467    :mdp:`energygrp-table` option, where the first name is for a
1468    "normal" energy group and the second name is ``wall0`` or
1469    ``wall1``, only the dispersion and repulsion columns are used
1470
1471 .. mdp:: wall-r-linpot
1472
1473    (-1) \[nm\]
1474    Below this distance from the wall the potential is continued
1475    linearly and thus the force is constant. Setting this option to a
1476    postive value is especially useful for equilibration when some
1477    atoms are beyond a wall. When the value is <=0 (<0 for
1478    :mdp:`wall-type` =table), a fatal error is generated when atoms
1479    are beyond a wall.
1480
1481 .. mdp:: wall-density
1482
1483    \[nm^-3/nm^-2\]
1484    the number density of the atoms for each wall for wall types 9-3
1485    and 10-4
1486
1487 .. mdp:: wall-ewald-zfac
1488
1489    (3)
1490    The scaling factor for the third box vector for Ewald summation
1491    only, the minimum is 2. Ewald summation can only be used with
1492    :mdp:`nwall` =2, where one should use :mdp:`ewald-geometry`
1493    ``=3dc``. The empty layer in the box serves to decrease the
1494    unphysical Coulomb interaction between periodic images.
1495
1496
1497 COM pulling
1498 ^^^^^^^^^^^
1499
1500 Note that where pulling coordinate are applicable, there can be more
1501 than one (set with :mdp:`pull-ncoords`) and multiple related :ref:`mdp`
1502 variables will exist accordingly. Documentation references to things
1503 like :mdp:`pull-coord1-vec` should be understood to apply to to the
1504 applicable pulling coordinate.
1505
1506 .. mdp:: pull
1507
1508    .. mdp-value:: no
1509
1510       No center of mass pulling. All the following pull options will
1511       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
1512       generate warnings)
1513
1514    .. mdp-value:: yes
1515
1516        Center of mass pulling will be applied on 1 or more groups using
1517        1 or more pull coordinates.
1518
1519 .. mdp:: pull-cylinder-r
1520
1521    (1.5) \[nm\]
1522    the radius of the cylinder for
1523    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`cylinder`
1524
1525 .. mdp:: pull-constr-tol
1526
1527    (1e-6)
1528    the relative constraint tolerance for constraint pulling
1529
1530 .. mdp:: pull-print-com
1531
1532    .. mdp-value:: no
1533
1534       do not print the COM for any group
1535
1536    .. mdp-value:: yes
1537
1538       print the COM of all groups for all pull coordinates
1539
1540 .. mdp:: pull-print-ref-value
1541
1542    .. mdp-value:: no
1543
1544       do not print the reference value for each pull coordinate
1545
1546    .. mdp-value:: yes
1547
1548       print the reference value for each pull coordinate
1549
1550 .. mdp:: pull-print-components
1551
1552    .. mdp-value:: no
1553
1554       only print the distance for each pull coordinate
1555    
1556    .. mdp-value:: yes
1557
1558       print the distance and Cartesian components selected in
1559       :mdp:`pull-coord1-dim`
1560
1561 .. mdp:: pull-nstxout
1562
1563    (50)
1564    frequency for writing out the COMs of all the pull group (0 is
1565    never)
1566
1567 .. mdp:: pull-nstfout
1568
1569    (50)
1570    frequency for writing out the force of all the pulled group
1571    (0 is never)
1572
1573
1574 .. mdp:: pull-ngroups
1575
1576    (1)
1577    The number of pull groups, not including the absolute reference
1578    group, when used. Pull groups can be reused in multiple pull
1579    coordinates. Below only the pull options for group 1 are given,
1580    further groups simply increase the group index number.
1581
1582 .. mdp:: pull-ncoords
1583
1584    (1)
1585    The number of pull coordinates. Below only the pull options for
1586    coordinate 1 are given, further coordinates simply increase the
1587    coordinate index number.
1588
1589 .. mdp:: pull-group1-name
1590
1591    The name of the pull group, is looked up in the index file or in
1592    the default groups to obtain the atoms involved.
1593
1594 .. mdp:: pull-group1-weights
1595
1596    Optional relative weights which are multiplied with the masses of
1597    the atoms to give the total weight for the COM. The number should
1598    be 0, meaning all 1, or the number of atoms in the pull group.
1599
1600 .. mdp:: pull-group1-pbcatom
1601
1602    (0)
1603    The reference atom for the treatment of periodic boundary
1604    conditions inside the group (this has no effect on the treatment of
1605    the pbc between groups). This option is only important when the
1606    diameter of the pull group is larger than half the shortest box
1607    vector. For determining the COM, all atoms in the group are put at
1608    their periodic image which is closest to
1609    :mdp:`pull-group1-pbcatom`. A value of 0 means that the middle
1610    atom (number wise) is used. This parameter is not used with
1611    :mdp:`pull-group1-geometry` cylinder. A value of -1 turns on cosine
1612    weighting, which is useful for a group of molecules in a periodic
1613    system, *e.g.* a water slab (see Engin et al. J. Chem. Phys. B
1614    2010).
1615
1616 .. mdp:: pull-coord1-type
1617
1618    .. mdp-value:: umbrella
1619
1620       Center of mass pulling using an umbrella potential between the
1621       reference group and one or more groups.
1622
1623    .. mdp-value:: constraint
1624
1625       Center of mass pulling using a constraint between the reference
1626       group and one or more groups. The setup is identical to the
1627       option umbrella, except for the fact that a rigid constraint is
1628       applied instead of a harmonic potential.
1629
1630    .. mdp-value:: constant-force
1631
1632       Center of mass pulling using a linear potential and therefore a
1633       constant force. For this option there is no reference position
1634       and therefore the parameters :mdp:`pull-coord1-init` and
1635       :mdp:`pull-coord1-rate` are not used.
1636
1637    .. mdp-value:: flat-bottom
1638
1639       At distances above :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1640       is applied, otherwise no potential is applied.
1641
1642    .. mdp-value:: flat-bottom-high
1643
1644       At distances below :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1645       is applied, otherwise no potential is applied.
1646
1647    .. mdp-value:: external-potential
1648
1649       An external potential that needs to be provided by another
1650       module.
1651
1652 .. mdp:: pull-coord1-potential-provider
1653
1654       The name of the external module that provides the potential for
1655       the case where :mdp:`pull-coord1-type` is external-potential.
1656
1657 .. mdp:: pull-coord1-geometry
1658
1659    .. mdp-value:: distance
1660
1661       Pull along the vector connecting the two groups. Components can
1662       be selected with :mdp:`pull-coord1-dim`.
1663
1664    .. mdp-value:: direction
1665
1666       Pull in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`.
1667
1668    .. mdp-value:: direction-periodic
1669
1670       As :mdp-value:`direction`, but allows the distance to be larger
1671       than half the box size. With this geometry the box should not be
1672       dynamic (*e.g.* no pressure scaling) in the pull dimensions and
1673       the pull force is not added to virial.
1674
1675    .. mdp-value:: direction-relative
1676
1677       As :mdp-value:`direction`, but the pull vector is the vector
1678       that points from the COM of a third to the COM of a fourth pull
1679       group. This means that 4 groups need to be supplied in
1680       :mdp:`pull-coord1-groups`. Note that the pull force will give
1681       rise to a torque on the pull vector, which is turn leads to
1682       forces perpendicular to the pull vector on the two groups
1683       defining the vector. If you want a pull group to move between
1684       the two groups defining the vector, simply use the union of
1685       these two groups as the reference group.
1686
1687    .. mdp-value:: cylinder
1688
1689       Designed for pulling with respect to a layer where the reference
1690       COM is given by a local cylindrical part of the reference group.
1691       The pulling is in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`. From
1692       the first of the two groups in :mdp:`pull-coord1-groups` a
1693       cylinder is selected around the axis going through the COM of
1694       the second group with direction :mdp:`pull-coord1-vec` with
1695       radius :mdp:`pull-cylinder-r`. Weights of the atoms decrease
1696       continously to zero as the radial distance goes from 0 to
1697       :mdp:`pull-cylinder-r` (mass weighting is also used). The radial
1698       dependence gives rise to radial forces on both pull groups.
1699       Note that the radius should be smaller than half the box size.
1700       For tilted cylinders they should be even smaller than half the
1701       box size since the distance of an atom in the reference group
1702       from the COM of the pull group has both a radial and an axial
1703       component. This geometry is not supported with constraint
1704       pulling.
1705
1706    .. mdp-value:: angle
1707
1708       Pull along an angle defined by four groups. The angle is
1709       defined as the angle between two vectors: the vector connecting
1710       the COM of the first group to the COM of the second group and
1711       the vector connecting the COM of the third group to the COM of
1712       the fourth group.
1713
1714    .. mdp-value:: angle-axis
1715
1716       As :mdp-value:`angle` but the second vector is given by :mdp:`pull-coord1-vec`.
1717       Thus, only the two groups that define the first vector need to be given.
1718
1719    .. mdp-value:: dihedral
1720
1721       Pull along a dihedral angle defined by six groups. These pairwise
1722       define three vectors: the vector connecting the COM of group 1
1723       to the COM of group 2, the COM of group 3 to the COM of group 4,
1724       and the COM of group 5 to the COM group 6. The dihedral angle is
1725       then defined as the angle between two planes: the plane spanned by the
1726       the two first vectors and the plane spanned the two last vectors.
1727
1728
1729 .. mdp:: pull-coord1-groups
1730
1731    The group indices on which this pull coordinate will operate.
1732    The number of group indices required is geometry dependent.
1733    The first index can be 0, in which case an
1734    absolute reference of :mdp:`pull-coord1-origin` is used. With an
1735    absolute reference the system is no longer translation invariant
1736    and one should think about what to do with the center of mass
1737    motion.
1738
1739 .. mdp:: pull-coord1-dim
1740
1741    (Y Y Y)
1742    Selects the dimensions that this pull coordinate acts on and that
1743    are printed to the output files when
1744    :mdp:`pull-print-components` = :mdp-value:`yes`. With
1745    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`distance`, only Cartesian
1746    components set to Y contribute to the distance. Thus setting this
1747    to Y Y N results in a distance in the x/y plane. With other
1748    geometries all dimensions with non-zero entries in
1749    :mdp:`pull-coord1-vec` should be set to Y, the values for other
1750    dimensions only affect the output.
1751
1752 .. mdp:: pull-coord1-origin
1753
1754    (0.0 0.0 0.0)
1755    The pull reference position for use with an absolute reference.
1756
1757 .. mdp:: pull-coord1-vec
1758
1759    (0.0 0.0 0.0)
1760    The pull direction. :ref:`gmx grompp` normalizes the vector.
1761
1762 .. mdp:: pull-coord1-start
1763
1764    .. mdp-value:: no
1765
1766       do not modify :mdp:`pull-coord1-init`
1767
1768    .. mdp-value:: yes
1769
1770       add the COM distance of the starting conformation to
1771       :mdp:`pull-coord1-init`
1772
1773 .. mdp:: pull-coord1-init
1774
1775    (0.0) \[nm\] / \[deg\]
1776    The reference distance at t=0.
1777
1778 .. mdp:: pull-coord1-rate
1779
1780    (0) \[nm/ps\] / \[deg/ps\]
1781    The rate of change of the reference position.
1782
1783 .. mdp:: pull-coord1-k
1784
1785    (0) \[kJ mol-1 nm-2\] / \[kJ mol-1 nm-1\] / \[kJ mol-1 rad-2\] / \[kJ mol-1 rad-1\]
1786    The force constant. For umbrella pulling this is the harmonic force
1787    constant in kJ mol-1 nm-2 (or kJ mol-1 rad-2 for angles). For constant force pulling this is the
1788    force constant of the linear potential, and thus the negative (!)
1789    of the constant force in kJ mol-1 nm-1 (or kJ mol-1 rad-1 for angles).
1790    Note that for angles the force constant is expressed in terms of radians
1791    (while :mdp:`pull-coord1-init` and :mdp:`pull-coord1-rate` are expressed in degrees).
1792
1793 .. mdp:: pull-coord1-kB
1794
1795    (pull-k1) \[kJ mol-1 nm-2\] / \[kJ mol-1 nm-1\] / \[kJ mol-1 rad-2\] / \[kJ mol-1 rad-1\]
1796    As :mdp:`pull-coord1-k`, but for state B. This is only used when
1797    :mdp:`free-energy` is turned on. The force constant is then (1 -
1798    lambda) * :mdp:`pull-coord1-k` + lambda * :mdp:`pull-coord1-kB`.
1799
1800
1801 NMR refinement
1802 ^^^^^^^^^^^^^^
1803
1804 .. mdp:: disre
1805
1806    .. mdp-value:: no
1807
1808       ignore distance restraint information in topology file
1809
1810    .. mdp-value:: simple
1811
1812       simple (per-molecule) distance restraints.
1813
1814    .. mdp-value:: ensemble
1815
1816       distance restraints over an ensemble of molecules in one
1817       simulation box. Normally, one would perform ensemble averaging
1818       over multiple subsystems, each in a separate box, using ``mdrun
1819       -multi``. Supply ``topol0.tpr``, ``topol1.tpr``, ... with
1820       different coordinates and/or velocities. The environment
1821       variable ``GMX_DISRE_ENSEMBLE_SIZE`` sets the number of systems
1822       within each ensemble (usually equal to the ``mdrun -multi``
1823       value).
1824
1825 .. mdp:: disre-weighting
1826
1827    .. mdp-value:: equal
1828
1829       divide the restraint force equally over all atom pairs in the
1830       restraint
1831
1832    .. mdp-value:: conservative
1833
1834       the forces are the derivative of the restraint potential, this
1835       results in an weighting of the atom pairs to the reciprocal
1836       seventh power of the displacement. The forces are conservative
1837       when :mdp:`disre-tau` is zero.
1838
1839 .. mdp:: disre-mixed
1840
1841    .. mdp-value:: no
1842
1843       the violation used in the calculation of the restraint force is
1844       the time-averaged violation
1845
1846    .. mdp-value:: yes
1847
1848       the violation used in the calculation of the restraint force is
1849       the square root of the product of the time-averaged violation
1850       and the instantaneous violation
1851
1852 .. mdp:: disre-fc
1853
1854    (1000) \[kJ mol-1 nm-2\]
1855    force constant for distance restraints, which is multiplied by a
1856    (possibly) different factor for each restraint given in the `fac`
1857    column of the interaction in the topology file.
1858
1859 .. mdp:: disre-tau
1860
1861    (0) \[ps\]
1862    time constant for distance restraints running average. A value of
1863    zero turns off time averaging.
1864
1865 .. mdp:: nstdisreout
1866
1867    (100) \[steps\]
1868    period between steps when the running time-averaged and
1869    instantaneous distances of all atom pairs involved in restraints
1870    are written to the energy file (can make the energy file very
1871    large)
1872
1873 .. mdp:: orire
1874
1875    .. mdp-value:: no
1876
1877       ignore orientation restraint information in topology file
1878
1879    .. mdp-value:: yes
1880
1881       use orientation restraints, ensemble averaging can be performed
1882       with `mdrun -multi`
1883
1884 .. mdp:: orire-fc
1885
1886    (0) \[kJ mol\]
1887    force constant for orientation restraints, which is multiplied by a
1888    (possibly) different weight factor for each restraint, can be set
1889    to zero to obtain the orientations from a free simulation
1890
1891 .. mdp:: orire-tau
1892
1893    (0) \[ps\]
1894    time constant for orientation restraints running average. A value
1895    of zero turns off time averaging.
1896
1897 .. mdp:: orire-fitgrp
1898
1899    fit group for orientation restraining. This group of atoms is used
1900    to determine the rotation **R** of the system with respect to the
1901    reference orientation. The reference orientation is the starting
1902    conformation of the first subsystem. For a protein, backbone is a
1903    reasonable choice
1904
1905 .. mdp:: nstorireout
1906
1907    (100) \[steps\]
1908    period between steps when the running time-averaged and
1909    instantaneous orientations for all restraints, and the molecular
1910    order tensor are written to the energy file (can make the energy
1911    file very large)
1912
1913
1914 Free energy calculations
1915 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1916
1917 .. mdp:: free-energy
1918
1919    .. mdp-value:: no
1920
1921       Only use topology A.
1922
1923    .. mdp-value:: yes
1924
1925       Interpolate between topology A (lambda=0) to topology B
1926       (lambda=1) and write the derivative of the Hamiltonian with
1927       respect to lambda (as specified with :mdp:`dhdl-derivatives`),
1928       or the Hamiltonian differences with respect to other lambda
1929       values (as specified with foreign lambda) to the energy file
1930       and/or to ``dhdl.xvg``, where they can be processed by, for
1931       example :ref:`gmx bar`. The potentials, bond-lengths and angles
1932       are interpolated linearly as described in the manual. When
1933       :mdp:`sc-alpha` is larger than zero, soft-core potentials are
1934       used for the LJ and Coulomb interactions.
1935
1936 .. mdp:: expanded
1937
1938    Turns on expanded ensemble simulation, where the alchemical state
1939    becomes a dynamic variable, allowing jumping between different
1940    Hamiltonians. See the expanded ensemble options for controlling how
1941    expanded ensemble simulations are performed. The different
1942    Hamiltonians used in expanded ensemble simulations are defined by
1943    the other free energy options.
1944
1945 .. mdp:: init-lambda
1946
1947    (-1)
1948    starting value for lambda (float). Generally, this should only be
1949    used with slow growth (*i.e.* nonzero :mdp:`delta-lambda`). In
1950    other cases, :mdp:`init-lambda-state` should be specified
1951    instead. Must be greater than or equal to 0.
1952
1953 .. mdp:: delta-lambda
1954
1955    (0)
1956    increment per time step for lambda
1957
1958 .. mdp:: init-lambda-state
1959
1960    (-1)
1961    starting value for the lambda state (integer). Specifies which
1962    columm of the lambda vector (:mdp:`coul-lambdas`,
1963    :mdp:`vdw-lambdas`, :mdp:`bonded-lambdas`,
1964    :mdp:`restraint-lambdas`, :mdp:`mass-lambdas`,
1965    :mdp:`temperature-lambdas`, :mdp:`fep-lambdas`) should be
1966    used. This is a zero-based index: :mdp:`init-lambda-state` 0 means
1967    the first column, and so on.
1968
1969 .. mdp:: fep-lambdas
1970
1971    \[array\]
1972    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
1973    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
1974    steps. Values must be between 0 and 1. Free energy differences
1975    between different lambda values can then be determined with
1976    :ref:`gmx bar`. :mdp:`fep-lambdas` is different from the
1977    other -lambdas keywords because all components of the lambda vector
1978    that are not specified will use :mdp:`fep-lambdas` (including
1979    :mdp:`restraint-lambdas` and therefore the pull code restraints).
1980
1981 .. mdp:: coul-lambdas
1982
1983    \[array\]
1984    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
1985    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
1986    steps. Values must be between 0 and 1. Only the electrostatic
1987    interactions are controlled with this component of the lambda
1988    vector (and only if the lambda=0 and lambda=1 states have differing
1989    electrostatic interactions).
1990
1991 .. mdp:: vdw-lambdas
1992
1993    \[array\]
1994    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
1995    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
1996    steps. Values must be between 0 and 1. Only the van der Waals
1997    interactions are controlled with this component of the lambda
1998    vector.
1999
2000 .. mdp:: bonded-lambdas
2001
2002    \[array\]
2003    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2004    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2005    steps. Values must be between 0 and 1. Only the bonded interactions
2006    are controlled with this component of the lambda vector.
2007
2008 .. mdp:: restraint-lambdas
2009
2010    \[array\]
2011    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2012    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2013    steps. Values must be between 0 and 1. Only the restraint
2014    interactions: dihedral restraints, and the pull code restraints are
2015    controlled with this component of the lambda vector.
2016
2017 .. mdp:: mass-lambdas
2018
2019    \[array\]
2020    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2021    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2022    steps. Values must be between 0 and 1. Only the particle masses are
2023    controlled with this component of the lambda vector.
2024
2025 .. mdp:: temperature-lambdas
2026
2027    \[array\]
2028    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2029    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2030    steps. Values must be between 0 and 1. Only the temperatures
2031    controlled with this component of the lambda vector. Note that
2032    these lambdas should not be used for replica exchange, only for
2033    simulated tempering.
2034
2035 .. mdp:: calc-lambda-neighbors
2036
2037    (1)
2038    Controls the number of lambda values for which Delta H values will
2039    be calculated and written out, if :mdp:`init-lambda-state` has
2040    been set. A positive value will limit the number of lambda points
2041    calculated to only the nth neighbors of :mdp:`init-lambda-state`:
2042    for example, if :mdp:`init-lambda-state` is 5 and this parameter
2043    has a value of 2, energies for lambda points 3-7 will be calculated
2044    and writen out. A value of -1 means all lambda points will be
2045    written out. For normal BAR such as with :ref:`gmx bar`, a value of
2046    1 is sufficient, while for MBAR -1 should be used.
2047
2048 .. mdp:: sc-alpha
2049
2050    (0)
2051    the soft-core alpha parameter, a value of 0 results in linear
2052    interpolation of the LJ and Coulomb interactions
2053
2054 .. mdp:: sc-r-power
2055
2056    (6)
2057    the power of the radial term in the soft-core equation. Possible
2058    values are 6 and 48. 6 is more standard, and is the default. When
2059    48 is used, then sc-alpha should generally be much lower (between
2060    0.001 and 0.003).
2061
2062 .. mdp:: sc-coul
2063
2064    (no)
2065    Whether to apply the soft-core free energy interaction
2066    transformation to the Columbic interaction of a molecule. Default
2067    is no, as it is generally more efficient to turn off the Coulomic
2068    interactions linearly before turning off the van der Waals
2069    interactions. Note that it is only taken into account when lambda
2070    states are used, not with :mdp:`couple-lambda0` /
2071    :mdp:`couple-lambda1`, and you can still turn off soft-core
2072    interactions by setting :mdp:`sc-alpha` to 0.
2073
2074 .. mdp:: sc-power
2075
2076    (0)
2077    the power for lambda in the soft-core function, only the values 1
2078    and 2 are supported
2079
2080 .. mdp:: sc-sigma
2081
2082    (0.3) \[nm\]
2083    the soft-core sigma for particles which have a C6 or C12 parameter
2084    equal to zero or a sigma smaller than :mdp:`sc-sigma`
2085
2086 .. mdp:: couple-moltype
2087
2088    Here one can supply a molecule type (as defined in the topology)
2089    for calculating solvation or coupling free energies. There is a
2090    special option ``system`` that couples all molecule types in the
2091    system. This can be useful for equilibrating a system starting from
2092    (nearly) random coordinates. :mdp:`free-energy` has to be turned
2093    on. The Van der Waals interactions and/or charges in this molecule
2094    type can be turned on or off between lambda=0 and lambda=1,
2095    depending on the settings of :mdp:`couple-lambda0` and
2096    :mdp:`couple-lambda1`. If you want to decouple one of several
2097    copies of a molecule, you need to copy and rename the molecule
2098    definition in the topology.
2099
2100 .. mdp:: couple-lambda0
2101
2102    .. mdp-value:: vdw-q
2103
2104       all interactions are on at lambda=0
2105
2106    .. mdp-value:: vdw
2107
2108       the charges are zero (no Coulomb interactions) at lambda=0
2109
2110    .. mdp-value:: q
2111
2112       the Van der Waals interactions are turned at lambda=0; soft-core
2113       interactions will be required to avoid singularities
2114
2115    .. mdp-value:: none
2116
2117       the Van der Waals interactions are turned off and the charges
2118       are zero at lambda=0; soft-core interactions will be required to
2119       avoid singularities.
2120
2121 .. mdp:: couple-lambda1
2122
2123    analogous to :mdp:`couple-lambda1`, but for lambda=1
2124
2125 .. mdp:: couple-intramol
2126
2127    .. mdp-value:: no
2128
2129       All intra-molecular non-bonded interactions for moleculetype
2130       :mdp:`couple-moltype` are replaced by exclusions and explicit
2131       pair interactions. In this manner the decoupled state of the
2132       molecule corresponds to the proper vacuum state without
2133       periodicity effects.
2134
2135    .. mdp-value:: yes
2136
2137       The intra-molecular Van der Waals and Coulomb interactions are
2138       also turned on/off. This can be useful for partitioning
2139       free-energies of relatively large molecules, where the
2140       intra-molecular non-bonded interactions might lead to
2141       kinetically trapped vacuum conformations. The 1-4 pair
2142       interactions are not turned off.
2143
2144 .. mdp:: nstdhdl
2145
2146    (100)
2147    the frequency for writing dH/dlambda and possibly Delta H to
2148    dhdl.xvg, 0 means no ouput, should be a multiple of
2149    :mdp:`nstcalcenergy`.
2150
2151 .. mdp:: dhdl-derivatives
2152
2153    (yes)
2154
2155    If yes (the default), the derivatives of the Hamiltonian with
2156    respect to lambda at each :mdp:`nstdhdl` step are written
2157    out. These values are needed for interpolation of linear energy
2158    differences with :ref:`gmx bar` (although the same can also be
2159    achieved with the right foreign lambda setting, that may not be as
2160    flexible), or with thermodynamic integration
2161
2162 .. mdp:: dhdl-print-energy
2163
2164    (no)
2165
2166    Include either the total or the potential energy in the dhdl
2167    file. Options are 'no', 'potential', or 'total'. This information
2168    is needed for later free energy analysis if the states of interest
2169    are at different temperatures. If all states are at the same
2170    temperature, this information is not needed. 'potential' is useful
2171    in case one is using ``mdrun -rerun`` to generate the ``dhdl.xvg``
2172    file. When rerunning from an existing trajectory, the kinetic
2173    energy will often not be correct, and thus one must compute the
2174    residual free energy from the potential alone, with the kinetic
2175    energy component computed analytically.
2176
2177 .. mdp:: separate-dhdl-file
2178
2179    .. mdp-value:: yes
2180
2181       The free energy values that are calculated (as specified with
2182       the foreign lambda and :mdp:`dhdl-derivatives` settings) are
2183       written out to a separate file, with the default name
2184       ``dhdl.xvg``. This file can be used directly with :ref:`gmx
2185       bar`.
2186
2187    .. mdp-value:: no
2188
2189       The free energy values are written out to the energy output file
2190       (``ener.edr``, in accumulated blocks at every :mdp:`nstenergy`
2191       steps), where they can be extracted with :ref:`gmx energy` or
2192       used directly with :ref:`gmx bar`.
2193
2194 .. mdp:: dh-hist-size
2195
2196    (0)
2197    If nonzero, specifies the size of the histogram into which the
2198    Delta H values (specified with foreign lambda) and the derivative
2199    dH/dl values are binned, and written to ener.edr. This can be used
2200    to save disk space while calculating free energy differences. One
2201    histogram gets written for each foreign lambda and two for the
2202    dH/dl, at every :mdp:`nstenergy` step. Be aware that incorrect
2203    histogram settings (too small size or too wide bins) can introduce
2204    errors. Do not use histograms unless you're certain you need it.
2205
2206 .. mdp:: dh-hist-spacing
2207
2208    (0.1)
2209    Specifies the bin width of the histograms, in energy units. Used in
2210    conjunction with :mdp:`dh-hist-size`. This size limits the
2211    accuracy with which free energies can be calculated. Do not use
2212    histograms unless you're certain you need it.
2213
2214
2215 Expanded Ensemble calculations
2216 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2217
2218 .. mdp:: nstexpanded
2219
2220    The number of integration steps beween attempted moves changing the
2221    system Hamiltonian in expanded ensemble simulations. Must be a
2222    multiple of :mdp:`nstcalcenergy`, but can be greater or less than
2223    :mdp:`nstdhdl`.
2224
2225 .. mdp:: lmc-stats
2226
2227    .. mdp-value:: no
2228
2229       No Monte Carlo in state space is performed.
2230
2231    .. mdp-value:: metropolis-transition
2232
2233       Uses the Metropolis weights to update the expanded ensemble
2234       weight of each state. Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old
2235       u_old)}
2236
2237    .. mdp-value:: barker-transition
2238
2239       Uses the Barker transition critera to update the expanded
2240       ensemble weight of each state i, defined by exp(-beta_new
2241       u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2242
2243    .. mdp-value:: wang-landau
2244
2245       Uses the Wang-Landau algorithm (in state space, not energy
2246       space) to update the expanded ensemble weights.
2247
2248    .. mdp-value:: min-variance
2249
2250       Uses the minimum variance updating method of Escobedo et al. to
2251       update the expanded ensemble weights. Weights will not be the
2252       free energies, but will rather emphasize states that need more
2253       sampling to give even uncertainty.
2254
2255 .. mdp:: lmc-mc-move
2256
2257    .. mdp-value:: no
2258
2259       No Monte Carlo in state space is performed.
2260
2261    .. mdp-value:: metropolis-transition
2262
2263       Randomly chooses a new state up or down, then uses the
2264       Metropolis critera to decide whether to accept or reject:
2265       Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old u_old)}
2266
2267    .. mdp-value:: barker-transition
2268
2269       Randomly chooses a new state up or down, then uses the Barker
2270       transition critera to decide whether to accept or reject:
2271       exp(-beta_new u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2272
2273    .. mdp-value:: gibbs
2274
2275        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2276        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2277        to move to.
2278
2279    .. mdp-value:: metropolized-gibbs
2280
2281        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2282        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2283        to move to, EXCLUDING the current state, then uses a rejection
2284        step to ensure detailed balance. Always more efficient that
2285        Gibbs, though only marginally so in many situations, such as
2286        when only the nearest neighbors have decent phase space
2287        overlap.
2288
2289 .. mdp:: lmc-seed
2290
2291    (-1)
2292    random seed to use for Monte Carlo moves in state space. When
2293    :mdp:`lmc-seed` is set to -1, a pseudo random seed is us
2294
2295 .. mdp:: mc-temperature
2296
2297    Temperature used for acceptance/rejection for Monte Carlo moves. If
2298    not specified, the temperature of the simulation specified in the
2299    first group of :mdp:`ref-t` is used.
2300
2301 .. mdp:: wl-ratio
2302
2303    (0.8)
2304    The cutoff for the histogram of state occupancies to be reset, and
2305    the free energy incrementor to be changed from delta to delta *
2306    :mdp:`wl-scale`. If we define the Nratio = (number of samples at
2307    each histogram) / (average number of samples at each
2308    histogram). :mdp:`wl-ratio` of 0.8 means that means that the
2309    histogram is only considered flat if all Nratio > 0.8 AND
2310    simultaneously all 1/Nratio > 0.8.
2311
2312 .. mdp:: wl-scale
2313
2314    (0.8)
2315    Each time the histogram is considered flat, then the current value
2316    of the Wang-Landau incrementor for the free energies is multiplied
2317    by :mdp:`wl-scale`. Value must be between 0 and 1.
2318
2319 .. mdp:: init-wl-delta
2320
2321    (1.0)
2322    The initial value of the Wang-Landau incrementor in kT. Some value
2323    near 1 kT is usually most efficient, though sometimes a value of
2324    2-3 in units of kT works better if the free energy differences are
2325    large.
2326
2327 .. mdp:: wl-oneovert
2328
2329    (no)
2330    Set Wang-Landau incrementor to scale with 1/(simulation time) in
2331    the large sample limit. There is significant evidence that the
2332    standard Wang-Landau algorithms in state space presented here
2333    result in free energies getting 'burned in' to incorrect values
2334    that depend on the initial state. when :mdp:`wl-oneovert` is true,
2335    then when the incrementor becomes less than 1/N, where N is the
2336    mumber of samples collected (and thus proportional to the data
2337    collection time, hence '1 over t'), then the Wang-Lambda
2338    incrementor is set to 1/N, decreasing every step. Once this occurs,
2339    :mdp:`wl-ratio` is ignored, but the weights will still stop
2340    updating when the equilibration criteria set in
2341    :mdp:`lmc-weights-equil` is achieved.
2342
2343 .. mdp:: lmc-repeats
2344
2345    (1)
2346    Controls the number of times that each Monte Carlo swap type is
2347    performed each iteration. In the limit of large numbers of Monte
2348    Carlo repeats, then all methods converge to Gibbs sampling. The
2349    value will generally not need to be different from 1.
2350
2351 .. mdp:: lmc-gibbsdelta
2352
2353    (-1)
2354    Limit Gibbs sampling to selected numbers of neighboring states. For
2355    Gibbs sampling, it is sometimes inefficient to perform Gibbs
2356    sampling over all of the states that are defined. A positive value
2357    of :mdp:`lmc-gibbsdelta` means that only states plus or minus
2358    :mdp:`lmc-gibbsdelta` are considered in exchanges up and down. A
2359    value of -1 means that all states are considered. For less than 100
2360    states, it is probably not that expensive to include all states.
2361
2362 .. mdp:: lmc-forced-nstart
2363
2364    (0)
2365    Force initial state space sampling to generate weights. In order to
2366    come up with reasonable initial weights, this setting allows the
2367    simulation to drive from the initial to the final lambda state,
2368    with :mdp:`lmc-forced-nstart` steps at each state before moving on
2369    to the next lambda state. If :mdp:`lmc-forced-nstart` is
2370    sufficiently long (thousands of steps, perhaps), then the weights
2371    will be close to correct. However, in most cases, it is probably
2372    better to simply run the standard weight equilibration algorithms.
2373
2374 .. mdp:: nst-transition-matrix
2375
2376    (-1)
2377    Frequency of outputting the expanded ensemble transition matrix. A
2378    negative number means it will only be printed at the end of the
2379    simulation.
2380
2381 .. mdp:: symmetrized-transition-matrix
2382
2383    (no)
2384    Whether to symmetrize the empirical transition matrix. In the
2385    infinite limit the matrix will be symmetric, but will diverge with
2386    statistical noise for short timescales. Forced symmetrization, by
2387    using the matrix T_sym = 1/2 (T + transpose(T)), removes problems
2388    like the existence of (small magnitude) negative eigenvalues.
2389
2390 .. mdp:: mininum-var-min
2391
2392    (100)
2393    The min-variance strategy (option of :mdp:`lmc-stats` is only
2394    valid for larger number of samples, and can get stuck if too few
2395    samples are used at each state. :mdp:`mininum-var-min` is the
2396    minimum number of samples that each state that are allowed before
2397    the min-variance strategy is activated if selected.
2398
2399 .. mdp:: init-lambda-weights
2400
2401    The initial weights (free energies) used for the expanded ensemble
2402    states. Default is a vector of zero weights. format is similar to
2403    the lambda vector settings in :mdp:`fep-lambdas`, except the
2404    weights can be any floating point number. Units are kT. Its length
2405    must match the lambda vector lengths.
2406
2407 .. mdp:: lmc-weights-equil
2408
2409    .. mdp-value:: no
2410
2411       Expanded ensemble weights continue to be updated throughout the
2412       simulation.
2413
2414    .. mdp-value:: yes
2415
2416       The input expanded ensemble weights are treated as equilibrated,
2417       and are not updated throughout the simulation.
2418
2419    .. mdp-value:: wl-delta
2420
2421       Expanded ensemble weight updating is stopped when the
2422       Wang-Landau incrementor falls below this value.
2423
2424    .. mdp-value:: number-all-lambda
2425
2426       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2427       samples at all of the lambda states is greater than this value.
2428
2429    .. mdp-value:: number-steps
2430
2431       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2432       steps is greater than the level specified by this value.
2433
2434    .. mdp-value:: number-samples
2435
2436       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2437       total samples across all lambda states is greater than the level
2438       specified by this value.
2439
2440    .. mdp-value:: count-ratio
2441
2442       Expanded ensemble weight updating is stopped when the ratio of
2443       samples at the least sampled lambda state and most sampled
2444       lambda state greater than this value.
2445
2446 .. mdp:: simulated-tempering
2447
2448    (no)
2449    Turn simulated tempering on or off. Simulated tempering is
2450    implemented as expanded ensemble sampling with different
2451    temperatures instead of different Hamiltonians.
2452
2453 .. mdp:: sim-temp-low
2454
2455    (300) \[K\]
2456    Low temperature for simulated tempering.
2457
2458 .. mdp:: sim-temp-high
2459
2460    (300) \[K\]
2461    High temperature for simulated tempering.
2462
2463 .. mdp:: simulated-tempering-scaling
2464
2465    Controls the way that the temperatures at intermediate lambdas are
2466    calculated from the :mdp:`temperature-lambdas` part of the lambda
2467    vector.
2468
2469    .. mdp-value:: linear
2470
2471       Linearly interpolates the temperatures using the values of
2472       :mdp:`temperature-lambdas`, *i.e.* if :mdp:`sim-temp-low`
2473       =300, :mdp:`sim-temp-high` =400, then lambda=0.5 correspond to
2474       a temperature of 350. A nonlinear set of temperatures can always
2475       be implemented with uneven spacing in lambda.
2476
2477    .. mdp-value:: geometric
2478
2479       Interpolates temperatures geometrically between
2480       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2481       has temperature :mdp:`sim-temp-low` * (:mdp:`sim-temp-high` /
2482       :mdp:`sim-temp-low`) raised to the power of
2483       (i/(ntemps-1)). This should give roughly equal exchange for
2484       constant heat capacity, though of course things simulations that
2485       involve protein folding have very high heat capacity peaks.
2486
2487    .. mdp-value:: exponential
2488
2489       Interpolates temperatures exponentially between
2490       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2491       has temperature :mdp:`sim-temp-low` + (:mdp:`sim-temp-high` -
2492       :mdp:`sim-temp-low`)*((exp(:mdp:`temperature-lambdas`
2493       (i))-1)/(exp(1.0)-i)).
2494
2495
2496 Non-equilibrium MD
2497 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2498
2499 .. mdp:: acc-grps
2500
2501    groups for constant acceleration (*e.g.* ``Protein Sol``) all atoms
2502    in groups Protein and Sol will experience constant acceleration as
2503    specified in the :mdp:`accelerate` line
2504
2505 .. mdp:: accelerate
2506
2507    (0) \[nm ps^-2\]
2508    acceleration for :mdp:`acc-grps`; x, y and z for each group
2509    (*e.g.* ``0.1 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0`` means that first group has
2510    constant acceleration of 0.1 nm ps-2 in X direction, second group
2511    the opposite).
2512
2513 .. mdp:: freezegrps
2514
2515    Groups that are to be frozen (*i.e.* their X, Y, and/or Z position
2516    will not be updated; *e.g.* ``Lipid SOL``). :mdp:`freezedim`
2517    specifies for which dimension the freezing applies. To avoid
2518    spurious contibrutions to the virial and pressure due to large
2519    forces between completely frozen atoms you need to use energy group
2520    exclusions, this also saves computing time. Note that coordinates
2521    of frozen atoms are not scaled by pressure-coupling algorithms.
2522
2523 .. mdp:: freezedim
2524
2525    dimensions for which groups in :mdp:`freezegrps` should be frozen,
2526    specify `Y` or `N` for X, Y and Z and for each group (*e.g.* ``Y Y
2527    N N N N`` means that particles in the first group can move only in
2528    Z direction. The particles in the second group can move in any
2529    direction).
2530
2531 .. mdp:: cos-acceleration
2532
2533    (0) \[nm ps^-2\]
2534    the amplitude of the acceleration profile for calculating the
2535    viscosity. The acceleration is in the X-direction and the magnitude
2536    is :mdp:`cos-acceleration` cos(2 pi z/boxheight). Two terms are
2537    added to the energy file: the amplitude of the velocity profile and
2538    1/viscosity.
2539
2540 .. mdp:: deform
2541
2542    (0 0 0 0 0 0) \[nm ps-1\]
2543    The velocities of deformation for the box elements: a(x) b(y) c(z)
2544    b(x) c(x) c(y). Each step the box elements for which :mdp:`deform`
2545    is non-zero are calculated as: box(ts)+(t-ts)*deform, off-diagonal
2546    elements are corrected for periodicity. The coordinates are
2547    transformed accordingly. Frozen degrees of freedom are (purposely)
2548    also transformed. The time ts is set to t at the first step and at
2549    steps at which x and v are written to trajectory to ensure exact
2550    restarts. Deformation can be used together with semiisotropic or
2551    anisotropic pressure coupling when the appropriate
2552    compressibilities are set to zero. The diagonal elements can be
2553    used to strain a solid. The off-diagonal elements can be used to
2554    shear a solid or a liquid.
2555
2556
2557 Electric fields
2558 ^^^^^^^^^^^^^^^
2559
2560 .. mdp:: E-x ; E-y ; E-z
2561
2562    If you want to use an electric field in a direction, enter 3
2563    numbers after the appropriate E-direction, the first number: the
2564    number of cosines, only 1 is implemented (with frequency 0) so
2565    enter 1, the second number: the strength of the electric field in V
2566    nm^-1, the third number: the phase of the cosine, you can enter any
2567    number here since a cosine of frequency zero has no phase.
2568
2569 .. mdp:: E-xt; E-yt; E-zt
2570
2571    Here you can specify a pulsed alternating electric field. The field
2572    has the form of a gaussian laser pulse:
2573
2574    E(t) = E0 exp ( -(t-t0)^2/(2 sigma^2) ) cos(omega (t-t0))
2575
2576    For example, the four parameters for direction x are set in the
2577    three fields of :mdp:`E-x` and :mdp:`E-xt` like
2578
2579    E-x  = 1 E0 0
2580
2581    E-xt = omega t0 sigma
2582
2583    In the special case that sigma = 0, the exponential term is omitted
2584    and only the cosine term is used.
2585
2586    More details in Carl Caleman and David van der Spoel: Picosecond
2587    Melting of Ice by an Infrared Laser Pulse - A Simulation Study
2588    Angew. Chem. Intl. Ed. 47 pp. 14 17-1420 (2008)
2589
2590
2591
2592 Mixed quantum/classical molecular dynamics
2593 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2594
2595 .. MDP:: QMMM
2596
2597    .. mdp-value:: no
2598
2599       No QM/MM.
2600
2601    .. mdp-value:: yes
2602
2603       Do a QM/MM simulation. Several groups can be described at
2604       different QM levels separately. These are specified in the
2605       :mdp:`QMMM-grps` field separated by spaces. The level of *ab
2606       initio* theory at which the groups are described is specified by
2607       :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` Fields. Describing the
2608       groups at different levels of theory is only possible with the
2609       ONIOM QM/MM scheme, specified by :mdp:`QMMMscheme`.
2610
2611 .. mdp:: QMMM-grps
2612
2613    groups to be descibed at the QM level
2614
2615 .. mdp:: QMMMscheme
2616
2617    .. mdp-value:: normal
2618
2619       normal QM/MM. There can only be one :mdp:`QMMM-grps` that is
2620       modelled at the :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` level of
2621       *ab initio* theory. The rest of the system is described at the
2622       MM level. The QM and MM subsystems interact as follows: MM point
2623       charges are included in the QM one-electron hamiltonian and all
2624       Lennard-Jones interactions are described at the MM level.
2625
2626    .. mdp-value:: ONIOM
2627
2628       The interaction between the subsystem is described using the
2629       ONIOM method by Morokuma and co-workers. There can be more than
2630       one :mdp:`QMMM-grps` each modeled at a different level of QM
2631       theory (:mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis`).
2632
2633 .. mdp:: QMmethod
2634
2635    (RHF)
2636    Method used to compute the energy and gradients on the QM
2637    atoms. Available methods are AM1, PM3, RHF, UHF, DFT, B3LYP, MP2,
2638    CASSCF, and MMVB. For CASSCF, the number of electrons and orbitals
2639    included in the active space is specified by :mdp:`CASelectrons`
2640    and :mdp:`CASorbitals`.
2641
2642 .. mdp:: QMbasis
2643
2644    (STO-3G)
2645    Basis set used to expand the electronic wavefuntion. Only Gaussian
2646    basis sets are currently available, *i.e.* ``STO-3G, 3-21G, 3-21G*,
2647    3-21+G*, 6-21G, 6-31G, 6-31G*, 6-31+G*,`` and ``6-311G``.
2648
2649 .. mdp:: QMcharge
2650
2651    (0) \[integer\]
2652    The total charge in `e` of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are
2653    more than one :mdp:`QMMM-grps`, the total charge of each ONIOM
2654    layer needs to be specified separately.
2655
2656 .. mdp:: QMmult
2657
2658    (1) \[integer\]
2659    The multiplicity of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are more
2660    than one :mdp:`QMMM-grps`, the multiplicity of each ONIOM layer
2661    needs to be specified separately.
2662
2663 .. mdp:: CASorbitals
2664
2665    (0) \[integer\]
2666    The number of orbitals to be included in the active space when
2667    doing a CASSCF computation.
2668
2669 .. mdp:: CASelectrons
2670
2671    (0) \[integer\]
2672    The number of electrons to be included in the active space when
2673    doing a CASSCF computation.
2674
2675 .. MDP:: SH
2676
2677    .. mdp-value:: no
2678
2679       No surface hopping. The system is always in the electronic
2680       ground-state.
2681
2682    .. mdp-value:: yes
2683
2684       Do a QM/MM MD simulation on the excited state-potential energy
2685       surface and enforce a *diabatic* hop to the ground-state when
2686       the system hits the conical intersection hyperline in the course
2687       the simulation. This option only works in combination with the
2688       CASSCF method.
2689
2690
2691 Implicit solvent
2692 ^^^^^^^^^^^^^^^^
2693
2694 .. mdp:: implicit-solvent
2695
2696    .. mdp-value:: no
2697
2698       No implicit solvent
2699
2700    .. mdp-value:: GBSA
2701
2702       Do a simulation with implicit solvent using the Generalized Born
2703       formalism. Three different methods for calculating the Born
2704       radii are available, Still, HCT and OBC. These are specified
2705       with the :mdp:`gb-algorithm` field. The non-polar solvation is
2706       specified with the :mdp:`sa-algorithm` field.
2707
2708 .. mdp:: gb-algorithm
2709
2710    .. mdp-value:: Still
2711
2712       Use the Still method to calculate the Born radii
2713
2714    .. mdp-value:: HCT
2715
2716       Use the Hawkins-Cramer-Truhlar method to calculate the Born
2717       radii
2718
2719    .. mdp-value:: OBC
2720
2721       Use the Onufriev-Bashford-Case method to calculate the Born
2722       radii
2723
2724 .. mdp:: nstgbradii
2725
2726    (1) \[steps\]
2727    Frequency to (re)-calculate the Born radii. For most practial
2728    purposes, setting a value larger than 1 violates energy
2729    conservation and leads to unstable trajectories.
2730
2731 .. mdp:: rgbradii
2732
2733    (1.0) \[nm\]
2734    Cut-off for the calculation of the Born radii. Currently must be
2735    equal to rlist
2736
2737 .. mdp:: gb-epsilon-solvent
2738
2739    (80)
2740    Dielectric constant for the implicit solvent
2741
2742 .. mdp:: gb-saltconc
2743
2744    (0) \[M\]
2745    Salt concentration for implicit solvent models, currently not used
2746
2747 .. mdp:: gb-obc-alpha
2748 .. mdp:: gb-obc-beta
2749 .. mdp:: gb-obc-gamma
2750
2751    Scale factors for the OBC model. Default values of 1, 0.78 and 4.85
2752    respectively are for OBC(II). Values for OBC(I) are 0.8, 0 and 2.91
2753    respectively
2754
2755 .. mdp:: gb-dielectric-offset
2756
2757    (0.009) \[nm\]
2758    Distance for the di-electric offset when calculating the Born
2759    radii. This is the offset between the center of each atom the
2760    center of the polarization energy for the corresponding atom
2761
2762 .. mdp:: sa-algorithm
2763
2764    .. mdp-value:: Ace-approximation
2765
2766       Use an Ace-type approximation
2767
2768    .. mdp-value:: None
2769
2770       No non-polar solvation calculation done. For GBSA only the polar
2771       part gets calculated
2772
2773 .. mdp:: sa-surface-tension
2774
2775    \[kJ mol-1 nm-2\]
2776    Default value for surface tension with SA algorithms. The default
2777    value is -1; Note that if this default value is not changed it will
2778    be overridden by :ref:`gmx grompp` using values that are specific
2779    for the choice of radii algorithm (0.0049 kcal/mol/Angstrom^2 for
2780    Still, 0.0054 kcal/mol/Angstrom2 for HCT/OBC) Setting it to 0 will
2781    while using an sa-algorithm other than None means no non-polar
2782    calculations are done.
2783
2784
2785 Computational Electrophysiology
2786 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2787 Use these options to switch on and control ion/water position exchanges in "Computational
2788 Electrophysiology" simulation setups. (See the `reference manual`_ for details).
2789
2790 .. mdp:: swapcoords
2791
2792    .. mdp-value:: no
2793
2794       Do not enable ion/water position exchanges.
2795
2796    .. mdp-value:: X ; Y ; Z
2797
2798       Allow for ion/water position exchanges along the chosen direction.
2799       In a typical setup with the membranes parallel to the x-y plane,
2800       ion/water pairs need to be exchanged in Z direction to sustain the
2801       requested ion concentrations in the compartments.
2802
2803 .. mdp:: swap-frequency
2804
2805    (1) The swap attempt frequency, i.e. every how many time steps the ion counts
2806    per compartment are determined and exchanges made if necessary.
2807    Normally it is not necessary to check at every time step.
2808    For typical Computational Electrophysiology setups, a value of about 100 is
2809    sufficient and yields a negligible performance impact.
2810
2811 .. mdp:: split-group0
2812
2813    Name of the index group of the membrane-embedded part of channel #0.
2814    The center of mass of these atoms defines one of the compartment boundaries
2815    and should be chosen such that it is near the center of the membrane.
2816
2817 .. mdp:: split-group1
2818
2819    Channel #1 defines the position of the other compartment boundary.
2820
2821 .. mdp:: massw-split0
2822
2823    (no) Defines whether or not mass-weighting is used to calculate the split group center.
2824
2825    .. mdp-value:: no
2826
2827       Use the geometrical center.
2828
2829    .. mdp-value:: yes
2830
2831       Use the center of mass.
2832
2833 .. mdp:: massw-split1
2834
2835    (no) As above, but for split-group #1.
2836
2837 .. mdp:: solvent-group
2838
2839    Name of the index group of solvent molecules.
2840
2841 .. mdp:: coupl-steps
2842
2843    (\10) Average the number of ions per compartment over these many swap attempt steps.
2844    This can be used to prevent that ions near a compartment boundary
2845    (diffusing through a channel, e.g.) lead to unwanted back and forth swaps.
2846
2847 .. mdp:: iontypes
2848
2849    (1) The number of different ion types to be controlled. These are during the
2850    simulation exchanged with solvent molecules to reach the desired reference numbers.
2851
2852 .. mdp:: iontype0-name
2853
2854    Name of the first ion type.
2855
2856 .. mdp:: iontype0-in-A
2857
2858    (-1) Requested (=reference) number of ions of type 0 in compartment A.
2859    The default value of -1 means: use the number of ions as found in time step 0
2860    as reference value.
2861
2862 .. mdp:: iontype0-in-B
2863
2864    (-1) Reference number of ions of type 0 for compartment B.
2865
2866 .. mdp:: bulk-offsetA
2867
2868    (0.0) Offset of the first swap layer from the compartment A midplane.
2869    By default (i.e. bulk offset = 0.0), ion/water exchanges happen between layers
2870    at maximum distance (= bulk concentration) to the split group layers. However,
2871    an offset b (-1.0 < b < +1.0) can be specified to offset the bulk layer from the middle at 0.0
2872    towards one of the compartment-partitioning layers (at +/- 1.0).
2873
2874 .. mdp:: bulk-offsetB
2875
2876    (0.0) Offset of the other swap layer from the compartment B midplane.
2877
2878
2879 .. mdp:: threshold
2880
2881    (\1) Only swap ions if threshold difference to requested count is reached.
2882
2883 .. mdp:: cyl0-r
2884
2885    (2.0) \[nm\] Radius of the split cylinder #0.
2886    Two split cylinders (mimicking the channel pores) can optionally be defined
2887    relative to the center of the split group. With the help of these cylinders
2888    it can be counted which ions have passed which channel. The split cylinder
2889    definition has no impact on whether or not ion/water swaps are done.
2890
2891 .. mdp:: cyl0-up
2892
2893    (1.0) \[nm\] Upper extension of the split cylinder #0.
2894
2895 .. mdp:: cyl0-down
2896
2897    (1.0) \[nm\] Lower extension of the split cylinder #0.
2898
2899 .. mdp:: cyl1-r
2900
2901    (2.0) \[nm\] Radius of the split cylinder #1.
2902
2903 .. mdp:: cyl1-up
2904
2905    (1.0) \[nm\] Upper extension of the split cylinder #1.
2906
2907 .. mdp:: cyl1-down
2908
2909    (1.0) \[nm\] Lower extension of the split cylinder #1.
2910
2911
2912 User defined thingies
2913 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2914
2915 .. mdp:: user1-grps
2916 .. mdp:: user2-grps
2917 .. mdp:: userint1 (0)
2918 .. mdp:: userint2 (0)
2919 .. mdp:: userint3 (0)
2920 .. mdp:: userint4 (0)
2921 .. mdp:: userreal1 (0)
2922 .. mdp:: userreal2 (0)
2923 .. mdp:: userreal3 (0)
2924 .. mdp:: userreal4 (0)
2925
2926    These you can use if you modify code. You can pass integers and
2927    reals and groups to your subroutine. Check the inputrec definition
2928    in ``src/gromacs/mdtypes/inputrec.h``
2929
2930 Removed features
2931 ^^^^^^^^^^^^^^^^
2932
2933 This feature has been removed from |Gromacs|, but so that old
2934 :ref:`mdp` and :ref:`tpr` files cannot be mistakenly misused, we still
2935 parse this option. :ref:`gmx grompp` and :ref:`gmx mdrun` will issue a
2936 fatal error if this is set.
2937
2938 .. mdp:: adress
2939
2940    (no)
2941
2942 .. _reference manual: gmx-manual-parent-dir_