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 "physics.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 "mshift.h"
  60 #include "txtdump.h"
  61 #include "qmmm.h"
  62 #include <stdio.h>
  63 #include <string.h>
  64 #include "gromacs/utility/fatalerror.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