src/gromacs/mdlib/qm_mopac.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "config.h"
  38
  39 #ifdef GMX_QMMM_MOPAC
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44 #include <string.h>
  45
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  49 #include "gromacs/math/units.h"
  50 #include "gromacs/math/vec.h"
  51 #include "force.h"
  52 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  53 #include "names.h"
  54 #include "network.h"
  55 #include "ns.h"
  56 #include "nrnb.h"
  57 #include "bondf.h"
  58 #include "txtdump.h"
  59 #include "qmmm.h"
  60 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  61
  62
  63 /* mopac interface routines */
  64 void
  65 F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  66
  67 void
  68 F77_FUNC(domop, DOMOP) (int *nrqmat, double qmcrd[], int *nrmmat,
  69                         double mmchrg[], double mmcrd[], double qmgrad[],
  70                         double mmgrad[], double *energy, double qmcharges[]);
  71
  72
  73
  74 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  75 {
  76     /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  77      * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  78      * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  79      * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  80      * used instead.
  81      */
  82     char
  83     *keywords;
  84
  85     snew(keywords, 240);
  86
  87     if (!qm->bSH)  /* if rerun then grad should not be done! */
  88     {
  89         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  90                 qm->QMcharge,
  91                 eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
  92     }
  93     else
  94     {
  95         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
  96                 qm->QMcharge,
  97                 eQMmethod_names[qm->QMmethod],
  98                 qm->CASorbitals, qm->CASelectrons/2);
  99     }
 100     F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (&qm->nrQMatoms, qm->atomicnumberQM, keywords);
 101     fprintf(stderr, "keywords are: %s\n", keywords);
 102     free(keywords);
 103
 104 } /* init_mopac */
 105
 106 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 107                 rvec f[], rvec fshift[])
 108 {
 109     /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 110      */
 111     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 112               double precission! */
 113     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 114     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 115     int
 116         i, j;
 117     real
 118         QMener = 0.0;
 119     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 120     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 121     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 122      * in the fortran routines of MOPAC
 123      */
 124     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 125     {
 126         for (j = 0; j < DIM; j++)
 127         {
 128             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 129         }
 130     }
 131     if (mm->nrMMatoms)
 132     {
 133         /* later we will add the point charges here. There are some
 134          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 135          * point charges that we need to solve first....
 136          */
 137         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination"
 138                   " with MOPAC QM subroutines\n");
 139     }
 140     else
 141     {
 142         /* now compute the energy and the gradients.
 143          */
 144
 145         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 146         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 147                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 148         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 149          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 150          */
 151         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 152         {
 153             for (j = 0; j < DIM; j++)
 154             {
 155                 f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 156                 fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 157             }
 158         }
 159         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 160         /* do we do something with the mulliken charges?? */
 161
 162         free(qmchrg);
 163     }
 164     free(qmgrad);
 165     free(qmcrd);
 166     return (QMener);
 167 }
 168
 169 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 170                    rvec f[], rvec fshift[])
 171 {
 172     /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 173        subroutines */
 174
 175     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 176               double precission! */
 177     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 178     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 179     int
 180         i, j;
 181     real
 182         QMener = 0.0;
 183
 184     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 185     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 186     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 187      * in the fortran routines of MOPAC
 188      */
 189     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 190     {
 191         for (j = 0; j < DIM; j++)
 192         {
 193             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 194         }
 195     }
 196     if (mm->nrMMatoms)
 197     {
 198         /* later we will add the point charges here. There are some
 199          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 200          * point charges that we need to solve first....
 201          */
 202         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 203     }
 204     else
 205     {
 206         /* now compute the energy and the gradients.
 207          */
 208         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 209
 210         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 211                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 212         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 213          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 214          */
 215         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 216         {
 217             for (j = 0; j < DIM; j++)
 218             {
 219                 f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 220                 fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 221             }
 222         }
 223         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 224     }
 225     free(qmgrad);
 226     free(qmcrd);
 227     return (QMener);
 228 } /* call_mopac_SH */
 229
 230 #else
 231 int
 232     gmx_qmmm_mopac_empty;
 233 #endif