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 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41 #ifdef GMX_QMMM_MOPAC
  42
  43 #include <math.h>
  44 #include "sysstuff.h"
  45 #include "typedefs.h"
  46 #include "macros.h"
  47 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  48 #include "physics.h"
  49 #include "macros.h"
  50 #include "vec.h"
  51 #include "force.h"
  52 #include "invblock.h"
  53 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  54 #include "names.h"
  55 #include "network.h"
  56 #include "pbc.h"
  57 #include "ns.h"
  58 #include "nrnb.h"
  59 #include "bondf.h"
  60 #include "mshift.h"
  61 #include "txtdump.h"
  62 #include "qmmm.h"
  63 #include <stdio.h>
  64 #include <string.h>
  65 #include "gmx_fatal.h"
  66 #include "typedefs.h"
  67 #include <stdlib.h>
  68
  69
  70 /* mopac interface routines */
  71 void
  72 F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  73
  74 void
  75 F77_FUNC(domop, DOMOP) (int *nrqmat, double qmcrd[], int *nrmmat,
  76                         double mmchrg[], double mmcrd[], double qmgrad[],
  77                         double mmgrad[], double *energy, double qmcharges[]);
  78
  79
  80
  81 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  82 {
  83     /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  84      * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  85      * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  86      * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  87      * used instead.
  88      */
  89     char
  90     *keywords;
  91
  92     snew(keywords, 240);
  93
  94     if (!qm->bSH)  /* if rerun then grad should not be done! */
  95     {
  96         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  97                 qm->QMcharge,
  98                 eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
  99     }
 100     else
 101     {
 102         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
 103                 qm->QMcharge,
 104                 eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 105                 qm->CASorbitals, qm->CASelectrons/2);
 106     }
 107     F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (&qm->nrQMatoms, qm->atomicnumberQM, keywords);
 108     fprintf(stderr, "keywords are: %s\n", keywords);
 109     free(keywords);
 110
 111 } /* init_mopac */
 112
 113 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 114                 rvec f[], rvec fshift[])
 115 {
 116     /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 117      */
 118     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 119               double precission! */
 120     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 121     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 122     int
 123         i, j;
 124     real
 125         QMener = 0.0;
 126     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 127     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 128     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 129      * in the fortran routines of MOPAC
 130      */
 131     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 132     {
 133         for (j = 0; j < DIM; j++)
 134         {
 135             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 136         }
 137     }
 138     if (mm->nrMMatoms)
 139     {
 140         /* later we will add the point charges here. There are some
 141          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 142          * point charges that we need to solve first....
 143          */
 144         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination"
 145                   " with MOPAC QM subroutines\n");
 146     }
 147     else
 148     {
 149         /* now compute the energy and the gradients.
 150          */
 151
 152         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 153         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 154                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 155         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 156          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 157          */
 158         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 159         {
 160             for (j = 0; j < DIM; j++)
 161             {
 162                 f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 163                 fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 164             }
 165         }
 166         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 167         /* do we do something with the mulliken charges?? */
 168
 169         free(qmchrg);
 170     }
 171     free(qmgrad);
 172     free(qmcrd);
 173     return (QMener);
 174 }
 175
 176 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 177                    rvec f[], rvec fshift[])
 178 {
 179     /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 180        subroutines */
 181
 182     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 183               double precission! */
 184     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 185     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 186     int
 187         i, j;
 188     real
 189         QMener = 0.0;
 190
 191     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 192     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 193     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 194      * in the fortran routines of MOPAC
 195      */
 196     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 197     {
 198         for (j = 0; j < DIM; j++)
 199         {
 200             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 201         }
 202     }
 203     if (mm->nrMMatoms)
 204     {
 205         /* later we will add the point charges here. There are some
 206          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 207          * point charges that we need to solve first....
 208          */
 209         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 210     }
 211     else
 212     {
 213         /* now compute the energy and the gradients.
 214          */
 215         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 216
 217         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 218                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 219         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 220          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 221          */
 222         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 223         {
 224             for (j = 0; j < DIM; j++)
 225             {
 226                 f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 227                 fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 228             }
 229         }
 230         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 231     }
 232     free(qmgrad);
 233     free(qmcrd);
 234     return (QMener);
 235 } /* call_mopac_SH */
 236
 237 #else
 238 int
 239     gmx_qmmm_mopac_empty;
 240 #endif