src/gromacs/mdlib/qm_mopac.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #ifdef GMX_QMMM_MOPAC
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include "sysstuff.h"
  43 #include "typedefs.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "physics.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "vec.h"
  49 #include "force.h"
  50 #include "invblock.h"
  51 #include "confio.h"
  52 #include "names.h"
  53 #include "network.h"
  54 #include "pbc.h"
  55 #include "ns.h"
  56 #include "nrnb.h"
  57 #include "bondf.h"
  58 #include "mshift.h"
  59 #include "txtdump.h"
  60 #include "copyrite.h"
  61 #include "qmmm.h"
  62 #include <stdio.h>
  63 #include <string.h>
  64 #include "gmx_fatal.h"
  65 #include "typedefs.h"
  66 #include <stdlib.h>
  67
  68
  69 /* mopac interface routines */
  70 void
  71 F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  72
  73 void
  74 F77_FUNC(domop,DOMOP)(int *nrqmat,double qmcrd[],int *nrmmat,
  75                       double mmchrg[],double mmcrd[],double qmgrad[],
  76                       double mmgrad[], double *energy,double qmcharges[]);
  77
  78
  79
  80 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  81 {
  82   /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  83    * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  84    * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  85    * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  86    * used instead.
  87    */
  88   char
  89     *keywords;
  90
  91   snew(keywords,240);
  92
  93   if(!qm->bSH){    /* if rerun then grad should not be done! */
  94     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  95             qm->QMcharge,
  96             eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
  97   }
  98   else
  99     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
 100             qm->QMcharge,
 101             eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 102             qm->CASorbitals,qm->CASelectrons/2);
 103   F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(&qm->nrQMatoms,qm->atomicnumberQM,keywords);
 104   fprintf(stderr,"keywords are: %s\n",keywords);
 105   free(keywords);
 106
 107 } /* init_mopac */
 108
 109 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 110                 rvec f[], rvec fshift[])
 111 {
 112   /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 113    */
 114   double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 115             double precission! */
 116     *qmcrd=NULL,*qmchrg=NULL,*mmcrd=NULL,*mmchrg=NULL,
 117     *qmgrad,*mmgrad=NULL,energy;
 118   int
 119     i,j;
 120   real
 121     QMener=0.0;
 122   snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 123   snew(qmgrad,3*(qm->nrQMatoms));
 124   /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 125    * in the fortran routines of MOPAC
 126    */
 127   for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 128     for (j=0;j<DIM;j++){
 129       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 130     }
 131   }
 132   if(mm->nrMMatoms){
 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     /* now compute the energy and the gradients.
 142      */
 143
 144     snew(qmchrg,qm->nrQMatoms);
 145     F77_FUNC(domop,DOMOP)(&qm->nrQMatoms,qmcrd,&mm->nrMMatoms,
 146            mmchrg,mmcrd,qmgrad,mmgrad,&energy,qmchrg);
 147     /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 148      * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 149      */
 150     for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 151       for(j=0;j<DIM;j++){
 152         f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 153         fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 154       }
 155     }
 156     QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 157     /* do we do something with the mulliken charges?? */
 158
 159     free(qmchrg);
 160 }
 161   free(qmgrad);
 162   free(qmcrd);
 163   return (QMener);
 164 }
 165
 166 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 167                    rvec f[], rvec fshift[])
 168 {
 169   /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 170    subroutines */
 171
 172   double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 173             double precission! */
 174     *qmcrd=NULL,*qmchrg=NULL,*mmcrd=NULL,*mmchrg=NULL,
 175     *qmgrad,*mmgrad=NULL,energy;
 176   int
 177     i,j;
 178   real
 179     QMener=0.0;
 180
 181   snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 182   snew(qmgrad,3*(qm->nrQMatoms));
 183   /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 184    * in the fortran routines of MOPAC
 185    */
 186   for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 187     for (j=0;j<DIM;j++){
 188       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 189     }
 190   }
 191   if(mm->nrMMatoms){
 192     /* later we will add the point charges here. There are some
 193      * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 194      * point charges that we need to solve first....
 195      */
 196     gmx_fatal(FARGS,"At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 197   }
 198   else {
 199     /* now compute the energy and the gradients.
 200      */
 201     snew(qmchrg,qm->nrQMatoms);
 202
 203     F77_FUNC(domop,DOMOP)(&qm->nrQMatoms,qmcrd,&mm->nrMMatoms,
 204            mmchrg,mmcrd,qmgrad,mmgrad,&energy,qmchrg);
 205     /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 206      * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 207      */
 208     for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 209       for(j=0;j<DIM;j++){
 210         f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 211         fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 212       }
 213     }
 214     QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 215   }
 216   free(qmgrad);
 217   free(qmcrd);
 218   return (QMener);
 219 } /* call_mopac_SH */
 220
 221 #else
 222 int
 223 gmx_qmmm_mopac_empty;
 224 #endif