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
  71 #ifndef F77_FUNC
  72 #define F77_FUNC(name,NAME) name ## _
  73 #endif
  74
  75
  76 void
  77 F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  78
  79 void
  80 F77_FUNC(domop,DOMOP)(int *nrqmat,double qmcrd[],int *nrmmat,
  81                       double mmchrg[],double mmcrd[],double qmgrad[],
  82                       double mmgrad[], double *energy,double qmcharges[]);
  83
  84
  85
  86 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  87 {
  88   /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  89    * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  90    * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  91    * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  92    * used instead.
  93    */
  94   char
  95     *keywords;
  96
  97   snew(keywords,240);
  98
  99   if(!qm->bSH){    /* if rerun then grad should not be done! */
 100     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
 101             qm->QMcharge,
 102             eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
 103   }
 104   else
 105     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
 106             qm->QMcharge,
 107             eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 108             qm->CASorbitals,qm->CASelectrons/2);
 109   F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(&qm->nrQMatoms,qm->atomicnumberQM,keywords);
 110   fprintf(stderr,"keywords are: %s\n",keywords);
 111   free(keywords);
 112
 113 } /* init_mopac */
 114
 115 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 116                 rvec f[], rvec fshift[])
 117 {
 118   /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 119    */
 120   double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 121             double precission! */
 122     *qmcrd=NULL,*qmchrg=NULL,*mmcrd=NULL,*mmchrg=NULL,
 123     *qmgrad,*mmgrad=NULL,energy;
 124   int
 125     i,j;
 126   real
 127     QMener=0.0;
 128   snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 129   snew(qmgrad,3*(qm->nrQMatoms));
 130   /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 131    * in the fortran routines of MOPAC
 132    */
 133   for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 134     for (j=0;j<DIM;j++){
 135       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 136     }
 137   }
 138   if(mm->nrMMatoms){
 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     /* 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       for(j=0;j<DIM;j++){
 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     for (j=0;j<DIM;j++){
 194       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 195     }
 196   }
 197   if(mm->nrMMatoms){
 198     /* later we will add the point charges here. There are some
 199      * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 200      * point charges that we need to solve first....
 201      */
 202     gmx_fatal(FARGS,"At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 203   }
 204   else {
 205     /* now compute the energy and the gradients.
 206      */
 207     snew(qmchrg,qm->nrQMatoms);
 208
 209     F77_FUNC(domop,DOMOP)(&qm->nrQMatoms,qmcrd,&mm->nrMMatoms,
 210            mmchrg,mmcrd,qmgrad,mmgrad,&energy,qmchrg);
 211     /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 212      * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 213      */
 214     for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 215       for(j=0;j<DIM;j++){
 216         f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 217         fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 218       }
 219     }
 220     QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 221   }
 222   free(qmgrad);
 223   free(qmcrd);
 224   return (QMener);
 225 } /* call_mopac_SH */
 226
 227 #else
 228 int
 229 gmx_qmmm_mopac_empty;
 230 #endif