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