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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "config.h"
  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 "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  50 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  51 #include "gromacs/math/units.h"
  52 #include "gromacs/math/vec.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  54 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/ns.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/bondf.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  61 #include "gromacs/legacyheaders/qmmm.h"
  62 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  63
  64
  65 /* mopac interface routines */
  66 void
  67 F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  68
  69 void
  70 F77_FUNC(domop, DOMOP) (int *nrqmat, double qmcrd[], int *nrmmat,
  71                         double mmchrg[], double mmcrd[], double qmgrad[],
  72                         double mmgrad[], double *energy, double qmcharges[]);
  73
  74
  75
  76 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  77 {
  78     /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  79      * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  80      * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  81      * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  82      * used instead.
  83      */
  84     char
  85     *keywords;
  86
  87     snew(keywords, 240);
  88
  89     if (!qm->bSH)  /* if rerun then grad should not be done! */
  90     {
  91         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  92                 qm->QMcharge,
  93                 eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
  94     }
  95     else
  96     {
  97         sprintf(keywords, "PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
  98                 qm->QMcharge,
  99                 eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 100                 qm->CASorbitals, qm->CASelectrons/2);
 101     }
 102     F77_FUNC(domldt, DOMLDT) (&qm->nrQMatoms, qm->atomicnumberQM, keywords);
 103     fprintf(stderr, "keywords are: %s\n", keywords);
 104     free(keywords);
 105
 106 } /* init_mopac */
 107
 108 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 109                 rvec f[], rvec fshift[])
 110 {
 111     /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 112      */
 113     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 114               double precission! */
 115     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 116     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 117     int
 118         i, j;
 119     real
 120         QMener = 0.0;
 121     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 122     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 123     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 124      * in the fortran routines of MOPAC
 125      */
 126     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 127     {
 128         for (j = 0; j < DIM; j++)
 129         {
 130             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 131         }
 132     }
 133     if (mm->nrMMatoms)
 134     {
 135         /* later we will add the point charges here. There are some
 136          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 137          * point charges that we need to solve first....
 138          */
 139         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination"
 140                   " with MOPAC QM subroutines\n");
 141     }
 142     else
 143     {
 144         /* now compute the energy and the gradients.
 145          */
 146
 147         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 148         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 149                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 150         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 151          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 152          */
 153         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 154         {
 155             for (j = 0; j < DIM; j++)
 156             {
 157                 f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 158                 fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 159             }
 160         }
 161         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 162         /* do we do something with the mulliken charges?? */
 163
 164         free(qmchrg);
 165     }
 166     free(qmgrad);
 167     free(qmcrd);
 168     return (QMener);
 169 }
 170
 171 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 172                    rvec f[], rvec fshift[])
 173 {
 174     /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 175        subroutines */
 176
 177     double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 178               double precission! */
 179     *qmcrd = NULL, *qmchrg = NULL, *mmcrd = NULL, *mmchrg = NULL,
 180     *qmgrad, *mmgrad = NULL, energy;
 181     int
 182         i, j;
 183     real
 184         QMener = 0.0;
 185
 186     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 187     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 188     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 189      * in the fortran routines of MOPAC
 190      */
 191     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 192     {
 193         for (j = 0; j < DIM; j++)
 194         {
 195             qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 196         }
 197     }
 198     if (mm->nrMMatoms)
 199     {
 200         /* later we will add the point charges here. There are some
 201          * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 202          * point charges that we need to solve first....
 203          */
 204         gmx_fatal(FARGS, "At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 205     }
 206     else
 207     {
 208         /* now compute the energy and the gradients.
 209          */
 210         snew(qmchrg, qm->nrQMatoms);
 211
 212         F77_FUNC(domop, DOMOP) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms,
 213                                 mmchrg, mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy, qmchrg);
 214         /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 215          * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 216          */
 217         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 218         {
 219             for (j = 0; j < DIM; j++)
 220             {
 221                 f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 222                 fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 223             }
 224         }
 225         QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 226     }
 227     free(qmgrad);
 228     free(qmcrd);
 229     return (QMener);
 230 } /* call_mopac_SH */
 231
 232 #else
 233 int
 234     gmx_qmmm_mopac_empty;
 235 #endif