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     {
  95         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  96                 qm->QMcharge,
  97                 eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
  98     }
  99     else
 100     {
 101         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
 102                 qm->QMcharge,
 103                 eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 104                 qm->CASorbitals, qm->CASelectrons/2);
 105     }
 106     F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (&qm->nrQMatoms, qm->atomicnumberQM, keywords);
 107     fprintf(stderr, "keywords are: %s\n", keywords);
 108     free(keywords);
 109
 110 } /* init_mopac */
 111
 112 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 113                 rvec f[], rvec fshift[])
 114 {
 115     /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 116      */
 117     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 118               double precission! */
 119     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 120     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 121     int
 122         i, j;
 123     real
 124         QMener = 0.0;
 125     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 126     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 127     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 128      * in the fortran routines of MOPAC
 129      */
 130     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 131     {
 132         for (j = 0; j < DIM; j++)
 133         {
 134             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 135         }
 136     }
 137     if (mm->nrMMatoms)
 138     {
 139         /* later we will add the point charges here. There are some
 140          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 141          * point charges that we need to solve first....
 142          */
 143         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination"
 144                   " with MOPAC QM subroutines\n");
 145     }
 146     else
 147     {
 148         /* now compute the energy and the gradients.
 149          */
 150
 151         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 152         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 153                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 154         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 155          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 156          */
 157         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 158         {
 159             for (j = 0; j < DIM; j++)
 160             {
 161                 f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 162                 fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 163             }
 164         }
 165         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 166         /* do we do something with the mulliken charges?? */
 167
 168         free(qmchrg);
 169     }
 170     free(qmgrad);
 171     free(qmcrd);
 172     return (QMener);
 173 }
 174
 175 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 176                    rvec f[], rvec fshift[])
 177 {
 178     /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 179        subroutines */
 180
 181     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 182               double precission! */
 183     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 184     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 185     int
 186         i, j;
 187     real
 188         QMener = 0.0;
 189
 190     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 191     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 192     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 193      * in the fortran routines of MOPAC
 194      */
 195     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 196     {
 197         for (j = 0; j < DIM; j++)
 198         {
 199             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 200         }
 201     }
 202     if (mm->nrMMatoms)
 203     {
 204         /* later we will add the point charges here. There are some
 205          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 206          * point charges that we need to solve first....
 207          */
 208         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 209     }
 210     else
 211     {
 212         /* now compute the energy and the gradients.
 213          */
 214         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 215
 216         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 217                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 218         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 219          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 220          */
 221         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 222         {
 223             for (j = 0; j < DIM; j++)
 224             {
 225                 f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 226                 fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 227             }
 228         }
 229         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 230     }
 231     free(qmgrad);
 232     free(qmcrd);
 233     return (QMener);
 234 } /* call_mopac_SH */
 235
 236 #else
 237 int
 238     gmx_qmmm_mopac_empty;
 239 #endif