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