src/gromacs/mdlib/qmmm.cpp

   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) 2013,2014,2015,2016, 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 "qmmm.h"
  40
  41 #include "config.h"
  42
  43 #include <math.h>
  44 #include <stdio.h>
  45 #include <stdlib.h>
  46 #include <string.h>
  47
  48 #include <cmath>
  49
  50 #include <algorithm>
  51
  52 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  53 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  54 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  55 #include "gromacs/gmxlib/nrnb.h"
  56 #include "gromacs/math/functions.h"
  57 #include "gromacs/math/units.h"
  58 #include "gromacs/math/vec.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/ns.h"
  61 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  62 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  63 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  64 #include "gromacs/mdtypes/mdatom.h"
  65 #include "gromacs/mdtypes/nblist.h"
  66 #include "gromacs/pbcutil/ishift.h"
  67 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  68 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  69 #include "gromacs/topology/topology.h"
  70 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  71 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  72
  73 /* declarations of the interfaces to the QM packages. The _SH indicate
  74  * the QM interfaces can be used for Surface Hopping simulations
  75  */
  76 #if GMX_QMMM_GAMESS
  77 /* GAMESS interface */
  78
  79 void
  80 init_gamess(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm);
  81
  82 real
  83 call_gamess(t_forcerec *fr,
  84             t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
  85
  86 #elif GMX_QMMM_MOPAC
  87 /* MOPAC interface */
  88
  89 void
  90 init_mopac(t_QMrec *qm);
  91
  92 real
  93 call_mopac(t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
  94
  95 real
  96 call_mopac_SH(t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
  97
  98 #elif GMX_QMMM_GAUSSIAN
  99 /* GAUSSIAN interface */
 100
 101 void
 102 init_gaussian(t_QMrec *qm);
 103
 104 real
 105 call_gaussian_SH(t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
 106
 107 real
 108 call_gaussian(t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
 109
 110 #elif GMX_QMMM_ORCA
 111 /* ORCA interface */
 112
 113 void
 114 init_orca(t_QMrec *qm);
 115
 116 real
 117 call_orca(t_forcerec *fr, t_QMrec *qm,
 118           t_MMrec *mm, rvec f[], rvec fshift[]);
 119
 120 #endif
 121
 122
 123
 124
 125 /* this struct and these comparison functions are needed for creating
 126  * a QMMM input for the QM routines from the QMMM neighbor list.
 127  */
 128
 129 typedef struct {
 130     int      j;
 131     int      shift;
 132 } t_j_particle;
 133
 134 static int struct_comp(const void *a, const void *b)
 135 {
 136
 137     return (int)(((t_j_particle *)a)->j)-(int)(((t_j_particle *)b)->j);
 138
 139 } /* struct_comp */
 140
 141 real call_QMroutine(t_commrec gmx_unused *cr, t_forcerec gmx_unused *fr, t_QMrec gmx_unused *qm,
 142                     t_MMrec gmx_unused *mm, rvec gmx_unused f[], rvec gmx_unused fshift[])
 143 {
 144     /* makes a call to the requested QM routine (qm->QMmethod)
 145      * Note that f is actually the gradient, i.e. -f
 146      */
 147     real
 148         QMener = 0.0;
 149
 150     /* do a semi-empiprical calculation */
 151
 152     if (qm->QMmethod < eQMmethodRHF && !(mm->nrMMatoms))
 153     {
 154 #if GMX_QMMM_MOPAC
 155         if (qm->bSH)
 156         {
 157             QMener = call_mopac_SH(qm, mm, f, fshift);
 158         }
 159         else
 160         {
 161             QMener = call_mopac(qm, mm, f, fshift);
 162         }
 163 #else
 164         gmx_fatal(FARGS, "Semi-empirical QM only supported with Mopac.");
 165 #endif
 166     }
 167     else
 168     {
 169         /* do an ab-initio calculation */
 170         if (qm->bSH && qm->QMmethod == eQMmethodCASSCF)
 171         {
 172 #if GMX_QMMM_GAUSSIAN
 173             QMener = call_gaussian_SH(fr, qm, mm, f, fshift);
 174 #else
 175             gmx_fatal(FARGS, "Ab-initio Surface-hopping only supported with Gaussian.");
 176 #endif
 177         }
 178         else
 179         {
 180 #if GMX_QMMM_GAMESS
 181             QMener = call_gamess(fr, qm, mm, f, fshift);
 182 #elif GMX_QMMM_GAUSSIAN
 183             QMener = call_gaussian(fr, qm, mm, f, fshift);
 184 #elif GMX_QMMM_ORCA
 185             QMener = call_orca(fr, qm, mm, f, fshift);
 186 #else
 187             gmx_fatal(FARGS, "Ab-initio calculation only supported with Gamess, Gaussian or ORCA.");
 188 #endif
 189         }
 190     }
 191     return (QMener);
 192 }
 193
 194 void init_QMroutine(t_commrec gmx_unused *cr, t_QMrec gmx_unused *qm, t_MMrec gmx_unused *mm)
 195 {
 196     /* makes a call to the requested QM routine (qm->QMmethod)
 197      */
 198     if (qm->QMmethod < eQMmethodRHF)
 199     {
 200 #if GMX_QMMM_MOPAC
 201         /* do a semi-empiprical calculation */
 202         init_mopac(qm);
 203 #else
 204         gmx_fatal(FARGS, "Semi-empirical QM only supported with Mopac.");
 205 #endif
 206     }
 207     else
 208     {
 209         /* do an ab-initio calculation */
 210 #if GMX_QMMM_GAMESS
 211         init_gamess(cr, qm, mm);
 212 #elif GMX_QMMM_GAUSSIAN
 213         init_gaussian(qm);
 214 #elif GMX_QMMM_ORCA
 215         init_orca(qm);
 216 #else
 217         gmx_fatal(FARGS, "Ab-initio calculation only supported with Gamess, Gaussian or ORCA.");
 218 #endif
 219     }
 220 } /* init_QMroutine */
 221
 222 void update_QMMM_coord(rvec x[], t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
 223 {
 224     /* shifts the QM and MM particles into the central box and stores
 225      * these shifted coordinates in the coordinate arrays of the
 226      * QMMMrec. These coordinates are passed on the QM subroutines.
 227      */
 228     int
 229         i;
 230
 231     /* shift the QM atoms into the central box
 232      */
 233     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 234     {
 235         rvec_sub(x[qm->indexQM[i]], fr->shift_vec[qm->shiftQM[i]], qm->xQM[i]);
 236     }
 237     /* also shift the MM atoms into the central box, if any
 238      */
 239     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 240     {
 241         rvec_sub(x[mm->indexMM[i]], fr->shift_vec[mm->shiftMM[i]], mm->xMM[i]);
 242     }
 243 } /* update_QMMM_coord */
 244
 245 static void punch_QMMM_excl(t_QMrec *qm, t_MMrec *mm, t_blocka *excls)
 246 {
 247     /* punch a file containing the bonded interactions of each QM
 248      * atom with MM atoms. These need to be excluded in the QM routines
 249      * Only needed in case of QM/MM optimizations
 250      */
 251     FILE
 252        *out = NULL;
 253     int
 254         i, j, k, nrexcl = 0, *excluded = NULL, max_excl = 0;
 255
 256
 257     out = fopen("QMMMexcl.dat", "w");
 258
 259     /* this can be done more efficiently I think
 260      */
 261     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 262     {
 263         nrexcl = 0;
 264         for (j = excls->index[qm->indexQM[i]];
 265              j < excls->index[qm->indexQM[i]+1];
 266              j++)
 267         {
 268             for (k = 0; k < mm->nrMMatoms; k++)
 269             {
 270                 if (mm->indexMM[k] == excls->a[j]) /* the excluded MM atom */
 271                 {
 272                     if (nrexcl >= max_excl)
 273                     {
 274                         max_excl += 1000;
 275                         srenew(excluded, max_excl);
 276                     }
 277                     excluded[nrexcl++] = k;
 278                     continue;
 279                 }
 280             }
 281         }
 282         /* write to file: */
 283         fprintf(out, "%5d %5d\n", i+1, nrexcl);
 284         for (j = 0; j < nrexcl; j++)
 285         {
 286             fprintf(out, "%5d ", excluded[j]);
 287         }
 288         fprintf(out, "\n");
 289     }
 290     free(excluded);
 291     fclose(out);
 292 } /* punch_QMMM_excl */
 293
 294
 295 /* end of QMMM subroutines */
 296
 297 /* QMMM core routines */
 298
 299 t_QMrec *mk_QMrec(void)
 300 {
 301     t_QMrec *qm;
 302     snew(qm, 1);
 303     return qm;
 304 } /* mk_QMrec */
 305
 306 t_MMrec *mk_MMrec(void)
 307 {
 308     t_MMrec *mm;
 309     snew(mm, 1);
 310     return mm;
 311 } /* mk_MMrec */
 312
 313 static void init_QMrec(int grpnr, t_QMrec *qm, int nr, int *atomarray,
 314                        gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir)
 315 {
 316     /* fills the t_QMrec struct of QM group grpnr
 317      */
 318     int                   i;
 319     gmx_mtop_atomlookup_t alook;
 320     t_atom               *atom;
 321
 322
 323     qm->nrQMatoms = nr;
 324     snew(qm->xQM, nr);
 325     snew(qm->indexQM, nr);
 326     snew(qm->shiftQM, nr); /* the shifts */
 327     for (i = 0; i < nr; i++)
 328     {
 329         qm->indexQM[i] = atomarray[i];
 330     }
 331
 332     alook = gmx_mtop_atomlookup_init(mtop);
 333
 334     snew(qm->atomicnumberQM, nr);
 335     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 336     {
 337         gmx_mtop_atomnr_to_atom(alook, qm->indexQM[i], &atom);
 338         qm->nelectrons       += mtop->atomtypes.atomnumber[atom->type];
 339         qm->atomicnumberQM[i] = mtop->atomtypes.atomnumber[atom->type];
 340     }
 341
 342     gmx_mtop_atomlookup_destroy(alook);
 343
 344     qm->QMcharge       = ir->opts.QMcharge[grpnr];
 345     qm->multiplicity   = ir->opts.QMmult[grpnr];
 346     qm->nelectrons    -= ir->opts.QMcharge[grpnr];
 347
 348     qm->QMmethod       = ir->opts.QMmethod[grpnr];
 349     qm->QMbasis        = ir->opts.QMbasis[grpnr];
 350     /* trajectory surface hopping setup (Gaussian only) */
 351     qm->bSH            = ir->opts.bSH[grpnr];
 352     qm->CASorbitals    = ir->opts.CASorbitals[grpnr];
 353     qm->CASelectrons   = ir->opts.CASelectrons[grpnr];
 354     qm->SAsteps        = ir->opts.SAsteps[grpnr];
 355     qm->SAon           = ir->opts.SAon[grpnr];
 356     qm->SAoff          = ir->opts.SAoff[grpnr];
 357     /* hack to prevent gaussian from reinitializing all the time */
 358     qm->nQMcpus        = 0; /* number of CPU's to be used by g01, is set
 359                              * upon initializing gaussian
 360                              * (init_gaussian()
 361                              */
 362     /* print the current layer to allow users to check their input */
 363     fprintf(stderr, "Layer %d\nnr of QM atoms %d\n", grpnr, nr);
 364     fprintf(stderr, "QMlevel: %s/%s\n\n",
 365             eQMmethod_names[qm->QMmethod], eQMbasis_names[qm->QMbasis]);
 366
 367     /* frontier atoms */
 368     snew(qm->frontatoms, nr);
 369     /* Lennard-Jones coefficients */
 370     snew(qm->c6, nr);
 371     snew(qm->c12, nr);
 372     /* do we optimize the QM separately using the algorithms of the QM program??
 373      */
 374     qm->bTS      = ir->opts.bTS[grpnr];
 375     qm->bOPT     = ir->opts.bOPT[grpnr];
 376
 377 } /* init_QMrec */
 378
 379 t_QMrec *copy_QMrec(t_QMrec *qm)
 380 {
 381     /* copies the contents of qm into a new t_QMrec struct */
 382     t_QMrec
 383        *qmcopy;
 384     int
 385         i;
 386
 387     qmcopy            = mk_QMrec();
 388     qmcopy->nrQMatoms = qm->nrQMatoms;
 389     snew(qmcopy->xQM, qmcopy->nrQMatoms);
 390     snew(qmcopy->indexQM, qmcopy->nrQMatoms);
 391     snew(qmcopy->atomicnumberQM, qm->nrQMatoms);
 392     snew(qmcopy->shiftQM, qmcopy->nrQMatoms); /* the shifts */
 393     for (i = 0; i < qmcopy->nrQMatoms; i++)
 394     {
 395         qmcopy->shiftQM[i]        = qm->shiftQM[i];
 396         qmcopy->indexQM[i]        = qm->indexQM[i];
 397         qmcopy->atomicnumberQM[i] = qm->atomicnumberQM[i];
 398     }
 399     qmcopy->nelectrons   = qm->nelectrons;
 400     qmcopy->multiplicity = qm->multiplicity;
 401     qmcopy->QMcharge     = qm->QMcharge;
 402     qmcopy->nelectrons   = qm->nelectrons;
 403     qmcopy->QMmethod     = qm->QMmethod;
 404     qmcopy->QMbasis      = qm->QMbasis;
 405     /* trajectory surface hopping setup (Gaussian only) */
 406     qmcopy->bSH          = qm->bSH;
 407     qmcopy->CASorbitals  = qm->CASorbitals;
 408     qmcopy->CASelectrons = qm->CASelectrons;
 409     qmcopy->SAsteps      = qm->SAsteps;
 410     qmcopy->SAon         = qm->SAon;
 411     qmcopy->SAoff        = qm->SAoff;
 412     qmcopy->bOPT         = qm->bOPT;
 413
 414     /* Gaussian init. variables */
 415     qmcopy->nQMcpus      = qm->nQMcpus;
 416     for (i = 0; i < DIM; i++)
 417     {
 418         qmcopy->SHbasis[i] = qm->SHbasis[i];
 419     }
 420     qmcopy->QMmem        = qm->QMmem;
 421     qmcopy->accuracy     = qm->accuracy;
 422     qmcopy->cpmcscf      = qm->cpmcscf;
 423     qmcopy->SAstep       = qm->SAstep;
 424     snew(qmcopy->frontatoms, qm->nrQMatoms);
 425     snew(qmcopy->c12, qmcopy->nrQMatoms);
 426     snew(qmcopy->c6, qmcopy->nrQMatoms);
 427     if (qmcopy->bTS || qmcopy->bOPT)
 428     {
 429         for (i = 1; i < qmcopy->nrQMatoms; i++)
 430         {
 431             qmcopy->frontatoms[i] = qm->frontatoms[i];
 432             qmcopy->c12[i]        = qm->c12[i];
 433             qmcopy->c6[i]         = qm->c6[i];
 434         }
 435     }
 436
 437     return(qmcopy);
 438
 439 } /*copy_QMrec */
 440
 441 t_QMMMrec *mk_QMMMrec(void)
 442 {
 443
 444     t_QMMMrec *qr;
 445
 446     snew(qr, 1);
 447
 448     return qr;
 449
 450 } /* mk_QMMMrec */
 451
 452 void init_QMMMrec(t_commrec  *cr,
 453                   gmx_mtop_t *mtop,
 454                   t_inputrec *ir,
 455                   t_forcerec *fr)
 456 {
 457     /* we put the atomsnumbers of atoms that belong to the QMMM group in
 458      * an array that will be copied later to QMMMrec->indexQM[..]. Also
 459      * it will be used to create an QMMMrec->bQMMM index array that
 460      * simply contains true/false for QM and MM (the other) atoms.
 461      */
 462
 463     gmx_groups_t            *groups;
 464     int                     *qm_arr = NULL, vsite, ai, aj;
 465     int                      qm_max = 0, qm_nr = 0, i, j, jmax, k, l, nrvsite2 = 0;
 466     t_QMMMrec               *qr;
 467     t_MMrec                 *mm;
 468     t_iatom                 *iatoms;
 469     real                     c12au, c6au;
 470     gmx_mtop_atomloop_all_t  aloop;
 471     t_atom                  *atom;
 472     gmx_mtop_ilistloop_all_t iloop;
 473     int                      a_offset;
 474     t_ilist                 *ilist_mol;
 475     gmx_mtop_atomlookup_t    alook;
 476
 477     if (ir->cutoff_scheme != ecutsGROUP)
 478     {
 479         gmx_fatal(FARGS, "QMMM is currently only supported with cutoff-scheme=group");
 480     }
 481     if (!EI_DYNAMICS(ir->eI))
 482     {
 483         gmx_fatal(FARGS, "QMMM is only supported with dynamics");
 484     }
 485
 486     c6au  = (HARTREE2KJ*AVOGADRO*gmx::power6(BOHR2NM));
 487     c12au = (HARTREE2KJ*AVOGADRO*gmx::power12(BOHR2NM));
 488     /* issue a fatal if the user wants to run with more than one node */
 489     if (PAR(cr))
 490     {
 491         gmx_fatal(FARGS, "QM/MM does not work in parallel, use a single rank instead\n");
 492     }
 493
 494     /* Make a local copy of the QMMMrec */
 495     qr = fr->qr;
 496
 497     /* bQMMM[..] is an array containing TRUE/FALSE for atoms that are
 498      * QM/not QM. We first set all elemenst at false. Afterwards we use
 499      * the qm_arr (=MMrec->indexQM) to changes the elements
 500      * corresponding to the QM atoms at TRUE.  */
 501
 502     qr->QMMMscheme     = ir->QMMMscheme;
 503
 504     /* we take the possibility into account that a user has
 505      * defined more than one QM group:
 506      */
 507     /* an ugly work-around in case there is only one group In this case
 508      * the whole system is treated as QM. Otherwise the second group is
 509      * always the rest of the total system and is treated as MM.
 510      */
 511
 512     /* small problem if there is only QM.... so no MM */
 513
 514     jmax = ir->opts.ngQM;
 515
 516     if (qr->QMMMscheme == eQMMMschemeoniom)
 517     {
 518         qr->nrQMlayers = jmax;
 519     }
 520     else
 521     {
 522         qr->nrQMlayers = 1;
 523     }
 524
 525     groups = &mtop->groups;
 526
 527     /* there are jmax groups of QM atoms. In case of multiple QM groups
 528      * I assume that the users wants to do ONIOM. However, maybe it
 529      * should also be possible to define more than one QM subsystem with
 530      * independent neighbourlists. I have to think about
 531      * that.. 11-11-2003
 532      */
 533     snew(qr->qm, jmax);
 534     for (j = 0; j < jmax; j++)
 535     {
 536         /* new layer */
 537         aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
 538         while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &i, &atom))
 539         {
 540             if (qm_nr >= qm_max)
 541             {
 542                 qm_max += 1000;
 543                 srenew(qm_arr, qm_max);
 544             }
 545             if (ggrpnr(groups, egcQMMM, i) == j)
 546             {
 547                 /* hack for tip4p */
 548                 qm_arr[qm_nr++] = i;
 549             }
 550         }
 551         if (qr->QMMMscheme == eQMMMschemeoniom)
 552         {
 553             /* add the atoms to the bQMMM array
 554              */
 555
 556             /* I assume that users specify the QM groups from small to
 557              * big(ger) in the mdp file
 558              */
 559             qr->qm[j] = mk_QMrec();
 560             /* we need to throw out link atoms that in the previous layer
 561              * existed to separate this QMlayer from the previous
 562              * QMlayer. We use the iatoms array in the idef for that
 563              * purpose. If all atoms defining the current Link Atom (Dummy2)
 564              * are part of the current QM layer it needs to be removed from
 565              * qm_arr[].  */
 566
 567             iloop = gmx_mtop_ilistloop_all_init(mtop);
 568             while (gmx_mtop_ilistloop_all_next(iloop, &ilist_mol, &a_offset))
 569             {
 570                 nrvsite2 = ilist_mol[F_VSITE2].nr;
 571                 iatoms   = ilist_mol[F_VSITE2].iatoms;
 572
 573                 for (k = 0; k < nrvsite2; k += 4)
 574                 {
 575                     vsite = a_offset + iatoms[k+1]; /* the vsite         */
 576                     ai    = a_offset + iatoms[k+2]; /* constructing atom */
 577                     aj    = a_offset + iatoms[k+3]; /* constructing atom */
 578                     if (ggrpnr(groups, egcQMMM, vsite) == ggrpnr(groups, egcQMMM, ai)
 579                         &&
 580                         ggrpnr(groups, egcQMMM, vsite) == ggrpnr(groups, egcQMMM, aj))
 581                     {
 582                         /* this dummy link atom needs to be removed from the qm_arr
 583                          * before making the QMrec of this layer!
 584                          */
 585                         for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 586                         {
 587                             if (qm_arr[i] == vsite)
 588                             {
 589                                 /* drop the element */
 590                                 for (l = i; l < qm_nr; l++)
 591                                 {
 592                                     qm_arr[l] = qm_arr[l+1];
 593                                 }
 594                                 qm_nr--;
 595                             }
 596                         }
 597                     }
 598                 }
 599             }
 600
 601             /* store QM atoms in this layer in the QMrec and initialise layer
 602              */
 603             init_QMrec(j, qr->qm[j], qm_nr, qm_arr, mtop, ir);
 604
 605             /* we now store the LJ C6 and C12 parameters in QM rec in case
 606              * we need to do an optimization
 607              */
 608             if (qr->qm[j]->bOPT || qr->qm[j]->bTS)
 609             {
 610                 for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 611                 {
 612                     /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 613                     qr->qm[j]->c6[i]  =  C6(fr->nbfp, mtop->ffparams.atnr, atom->type, atom->type)/c6au/6.0;
 614                     qr->qm[j]->c12[i] = C12(fr->nbfp, mtop->ffparams.atnr, atom->type, atom->type)/c12au/12.0;
 615                 }
 616             }
 617             /* now we check for frontier QM atoms. These occur in pairs that
 618              * construct the vsite
 619              */
 620             iloop = gmx_mtop_ilistloop_all_init(mtop);
 621             while (gmx_mtop_ilistloop_all_next(iloop, &ilist_mol, &a_offset))
 622             {
 623                 nrvsite2 = ilist_mol[F_VSITE2].nr;
 624                 iatoms   = ilist_mol[F_VSITE2].iatoms;
 625
 626                 for (k = 0; k < nrvsite2; k += 4)
 627                 {
 628                     vsite = a_offset + iatoms[k+1]; /* the vsite         */
 629                     ai    = a_offset + iatoms[k+2]; /* constructing atom */
 630                     aj    = a_offset + iatoms[k+3]; /* constructing atom */
 631                     if (ggrpnr(groups, egcQMMM, ai) < (groups->grps[egcQMMM].nr-1) &&
 632                         (ggrpnr(groups, egcQMMM, aj) >= (groups->grps[egcQMMM].nr-1)))
 633                     {
 634                         /* mark ai as frontier atom */
 635                         for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 636                         {
 637                             if ( (qm_arr[i] == ai) || (qm_arr[i] == vsite) )
 638                             {
 639                                 qr->qm[j]->frontatoms[i] = TRUE;
 640                             }
 641                         }
 642                     }
 643                     else if (ggrpnr(groups, egcQMMM, aj) < (groups->grps[egcQMMM].nr-1) &&
 644                              (ggrpnr(groups, egcQMMM, ai) >= (groups->grps[egcQMMM].nr-1)))
 645                     {
 646                         /* mark aj as frontier atom */
 647                         for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 648                         {
 649                             if ( (qm_arr[i] == aj) || (qm_arr[i] == vsite))
 650                             {
 651                                 qr->qm[j]->frontatoms[i] = TRUE;
 652                             }
 653                         }
 654                     }
 655                 }
 656             }
 657         }
 658     }
 659     if (qr->QMMMscheme != eQMMMschemeoniom)
 660     {
 661
 662         /* standard QMMM, all layers are merged together so there is one QM
 663          * subsystem and one MM subsystem.
 664          * Also we set the charges to zero in the md->charge arrays to prevent
 665          * the innerloops from doubly counting the electostatic QM MM interaction
 666          */
 667
 668         alook = gmx_mtop_atomlookup_init(mtop);
 669
 670         for (k = 0; k < qm_nr; k++)
 671         {
 672             gmx_mtop_atomnr_to_atom(alook, qm_arr[k], &atom);
 673             atom->q  = 0.0;
 674             atom->qB = 0.0;
 675         }
 676         qr->qm[0] = mk_QMrec();
 677         /* store QM atoms in the QMrec and initialise
 678          */
 679         init_QMrec(0, qr->qm[0], qm_nr, qm_arr, mtop, ir);
 680         if (qr->qm[0]->bOPT || qr->qm[0]->bTS)
 681         {
 682             for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 683             {
 684                 gmx_mtop_atomnr_to_atom(alook, qm_arr[i], &atom);
 685                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 686                 qr->qm[0]->c6[i]  =  C6(fr->nbfp, mtop->ffparams.atnr, atom->type, atom->type)/c6au/6.0;
 687                 qr->qm[0]->c12[i] = C12(fr->nbfp, mtop->ffparams.atnr, atom->type, atom->type)/c12au/12.0;
 688             }
 689         }
 690
 691         /* find frontier atoms and mark them true in the frontieratoms array.
 692          */
 693         for (i = 0; i < qm_nr; i++)
 694         {
 695             gmx_mtop_atomnr_to_ilist(alook, qm_arr[i], &ilist_mol, &a_offset);
 696             nrvsite2 = ilist_mol[F_VSITE2].nr;
 697             iatoms   = ilist_mol[F_VSITE2].iatoms;
 698
 699             for (k = 0; k < nrvsite2; k += 4)
 700             {
 701                 vsite = a_offset + iatoms[k+1]; /* the vsite         */
 702                 ai    = a_offset + iatoms[k+2]; /* constructing atom */
 703                 aj    = a_offset + iatoms[k+3]; /* constructing atom */
 704                 if (ggrpnr(groups, egcQMMM, ai) < (groups->grps[egcQMMM].nr-1) &&
 705                     (ggrpnr(groups, egcQMMM, aj) >= (groups->grps[egcQMMM].nr-1)))
 706                 {
 707                     /* mark ai as frontier atom */
 708                     if ( (qm_arr[i] == ai) || (qm_arr[i] == vsite) )
 709                     {
 710                         qr->qm[0]->frontatoms[i] = TRUE;
 711                     }
 712                 }
 713                 else if (ggrpnr(groups, egcQMMM, aj) < (groups->grps[egcQMMM].nr-1) &&
 714                          (ggrpnr(groups, egcQMMM, ai) >= (groups->grps[egcQMMM].nr-1)))
 715                 {
 716                     /* mark aj as frontier atom */
 717                     if ( (qm_arr[i] == aj) || (qm_arr[i] == vsite) )
 718                     {
 719                         qr->qm[0]->frontatoms[i] = TRUE;
 720                     }
 721                 }
 722             }
 723         }
 724
 725         gmx_mtop_atomlookup_destroy(alook);
 726
 727         /* MM rec creation */
 728         mm               = mk_MMrec();
 729         mm->scalefactor  = ir->scalefactor;
 730         mm->nrMMatoms    = (mtop->natoms)-(qr->qm[0]->nrQMatoms); /* rest of the atoms */
 731         qr->mm           = mm;
 732     }
 733     else /* ONIOM */
 734     {    /* MM rec creation */
 735         mm               = mk_MMrec();
 736         mm->scalefactor  = ir->scalefactor;
 737         mm->nrMMatoms    = 0;
 738         qr->mm           = mm;
 739     }
 740
 741     /* these variables get updated in the update QMMMrec */
 742
 743     if (qr->nrQMlayers == 1)
 744     {
 745         /* with only one layer there is only one initialisation
 746          * needed. Multilayer is a bit more complicated as it requires
 747          * re-initialisation at every step of the simulation. This is due
 748          * to the use of COMMON blocks in the fortran QM subroutines.
 749          */
 750         if (qr->qm[0]->QMmethod < eQMmethodRHF)
 751         {
 752 #if GMX_QMMM_MOPAC
 753             /* semi-empiprical 1-layer ONIOM calculation requested (mopac93) */
 754             init_mopac(qr->qm[0]);
 755 #else
 756             gmx_fatal(FARGS, "Semi-empirical QM only supported with Mopac.");
 757 #endif
 758         }
 759         else
 760         {
 761             /* ab initio calculation requested (gamess/gaussian/ORCA) */
 762 #if GMX_QMMM_GAMESS
 763             init_gamess(cr, qr->qm[0], qr->mm);
 764 #elif GMX_QMMM_GAUSSIAN
 765             init_gaussian(qr->qm[0]);
 766 #elif GMX_QMMM_ORCA
 767             init_orca(qr->qm[0]);
 768 #else
 769             gmx_fatal(FARGS, "Ab-initio calculation only supported with Gamess, Gaussian or ORCA.");
 770 #endif
 771         }
 772     }
 773 } /* init_QMMMrec */
 774
 775 void update_QMMMrec(t_commrec      *cr,
 776                     t_forcerec     *fr,
 777                     rvec            x[],
 778                     t_mdatoms      *md,
 779                     matrix          box,
 780                     gmx_localtop_t *top)
 781 {
 782     /* updates the coordinates of both QM atoms and MM atoms and stores
 783      * them in the QMMMrec.
 784      *
 785      * NOTE: is NOT yet working if there are no PBC. Also in ns.c, simple
 786      * ns needs to be fixed!
 787      */
 788     int
 789         mm_max = 0, mm_nr = 0, mm_nr_new, i, j, is, k, shift;
 790     t_j_particle
 791        *mm_j_particles = NULL, *qm_i_particles = NULL;
 792     t_QMMMrec
 793        *qr;
 794     t_nblist
 795        *QMMMlist;
 796     rvec
 797         dx, crd;
 798     t_QMrec
 799        *qm;
 800     t_MMrec
 801        *mm;
 802     t_pbc
 803         pbc;
 804     int
 805        *parallelMMarray = NULL;
 806     real
 807         c12au, c6au;
 808
 809     c6au  = (HARTREE2KJ*AVOGADRO*gmx::power6(BOHR2NM));
 810     c12au = (HARTREE2KJ*AVOGADRO*gmx::power12(BOHR2NM));
 811
 812     /* every cpu has this array. On every processor we fill this array
 813      * with 1's and 0's. 1's indicate the atoms is a QM atom on the
 814      * current cpu in a later stage these arrays are all summed. indexes
 815      * > 0 indicate the atom is a QM atom. Every node therefore knows
 816      * whcih atoms are part of the QM subsystem.
 817      */
 818     /* copy some pointers */
 819     qr          = fr->qr;
 820     mm          = qr->mm;
 821     QMMMlist    = fr->QMMMlist;
 822
 823
 824
 825     /*  init_pbc(box);  needs to be called first, see pbc.h */
 826     ivec null_ivec;
 827     clear_ivec(null_ivec);
 828     set_pbc_dd(&pbc, fr->ePBC, DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->nc : null_ivec,
 829                FALSE, box);
 830     /* only in standard (normal) QMMM we need the neighbouring MM
 831      * particles to provide a electric field of point charges for the QM
 832      * atoms.
 833      */
 834     if (qr->QMMMscheme == eQMMMschemenormal) /* also implies 1 QM-layer */
 835     {
 836         /* we NOW create/update a number of QMMMrec entries:
 837          *
 838          * 1) the shiftQM, containing the shifts of the QM atoms
 839          *
 840          * 2) the indexMM array, containing the index of the MM atoms
 841          *
 842          * 3) the shiftMM, containing the shifts of the MM atoms
 843          *
 844          * 4) the shifted coordinates of the MM atoms
 845          *
 846          * the shifts are used for computing virial of the QM/MM particles.
 847          */
 848         qm = qr->qm[0]; /* in case of normal QMMM, there is only one group */
 849         snew(qm_i_particles, QMMMlist->nri);
 850         if (QMMMlist->nri)
 851         {
 852             qm_i_particles[0].shift = XYZ2IS(0, 0, 0);
 853             for (i = 0; i < QMMMlist->nri; i++)
 854             {
 855                 qm_i_particles[i].j     = QMMMlist->iinr[i];
 856
 857                 if (i)
 858                 {
 859                     qm_i_particles[i].shift = pbc_dx_aiuc(&pbc, x[QMMMlist->iinr[0]],
 860                                                           x[QMMMlist->iinr[i]], dx);
 861
 862                 }
 863                 /* However, since nri >= nrQMatoms, we do a quicksort, and throw
 864                  * out double, triple, etc. entries later, as we do for the MM
 865                  * list too.
 866                  */
 867
 868                 /* compute the shift for the MM j-particles with respect to
 869                  * the QM i-particle and store them.
 870                  */
 871
 872                 crd[0] = IS2X(QMMMlist->shift[i]) + IS2X(qm_i_particles[i].shift);
 873                 crd[1] = IS2Y(QMMMlist->shift[i]) + IS2Y(qm_i_particles[i].shift);
 874                 crd[2] = IS2Z(QMMMlist->shift[i]) + IS2Z(qm_i_particles[i].shift);
 875                 is     = static_cast<int>(XYZ2IS(crd[0], crd[1], crd[2]));
 876                 for (j = QMMMlist->jindex[i];
 877                      j < QMMMlist->jindex[i+1];
 878                      j++)
 879                 {
 880                     if (mm_nr >= mm_max)
 881                     {
 882                         mm_max += 1000;
 883                         srenew(mm_j_particles, mm_max);
 884                     }
 885
 886                     mm_j_particles[mm_nr].j     = QMMMlist->jjnr[j];
 887                     mm_j_particles[mm_nr].shift = is;
 888                     mm_nr++;
 889                 }
 890             }
 891
 892             /* quicksort QM and MM shift arrays and throw away multiple entries */
 893
 894
 895
 896             qsort(qm_i_particles, QMMMlist->nri,
 897                   (size_t)sizeof(qm_i_particles[0]),
 898                   struct_comp);
 899             /* The mm_j_particles argument to qsort is not allowed to be NULL */
 900             if (mm_nr > 0)
 901             {
 902                 qsort(mm_j_particles, mm_nr,
 903                       (size_t)sizeof(mm_j_particles[0]),
 904                       struct_comp);
 905             }
 906             /* remove multiples in the QM shift array, since in init_QMMM() we
 907              * went through the atom numbers from 0 to md.nr, the order sorted
 908              * here matches the one of QMindex already.
 909              */
 910             j = 0;
 911             for (i = 0; i < QMMMlist->nri; i++)
 912             {
 913                 if (i == 0 || qm_i_particles[i].j != qm_i_particles[i-1].j)
 914                 {
 915                     qm_i_particles[j++] = qm_i_particles[i];
 916                 }
 917             }
 918             mm_nr_new = 0;
 919             if (qm->bTS || qm->bOPT)
 920             {
 921                 /* only remove double entries for the MM array */
 922                 for (i = 0; i < mm_nr; i++)
 923                 {
 924                     if ((i == 0 || mm_j_particles[i].j != mm_j_particles[i-1].j)
 925                         && !md->bQM[mm_j_particles[i].j])
 926                     {
 927                         mm_j_particles[mm_nr_new++] = mm_j_particles[i];
 928                     }
 929                 }
 930             }
 931             /* we also remove mm atoms that have no charges!
 932              * actually this is already done in the ns.c
 933              */
 934             else
 935             {
 936                 for (i = 0; i < mm_nr; i++)
 937                 {
 938                     if ((i == 0 || mm_j_particles[i].j != mm_j_particles[i-1].j)
 939                         && !md->bQM[mm_j_particles[i].j]
 940                         && (md->chargeA[mm_j_particles[i].j]
 941                             || (md->chargeB && md->chargeB[mm_j_particles[i].j])))
 942                     {
 943                         mm_j_particles[mm_nr_new++] = mm_j_particles[i];
 944                     }
 945                 }
 946             }
 947             mm_nr = mm_nr_new;
 948             /* store the data retrieved above into the QMMMrec
 949              */
 950             k = 0;
 951             /* Keep the compiler happy,
 952              * shift will always be set in the loop for i=0
 953              */
 954             shift = 0;
 955             for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 956             {
 957                 /* not all qm particles might have appeared as i
 958                  * particles. They might have been part of the same charge
 959                  * group for instance.
 960                  */
 961                 if (qm->indexQM[i] == qm_i_particles[k].j)
 962                 {
 963                     shift = qm_i_particles[k++].shift;
 964                 }
 965                 /* use previous shift, assuming they belong the same charge
 966                  * group anyway,
 967                  */
 968
 969                 qm->shiftQM[i] = shift;
 970             }
 971         }
 972         /* parallel excecution */
 973         if (PAR(cr))
 974         {
 975             snew(parallelMMarray, 2*(md->nr));
 976             /* only MM particles have a 1 at their atomnumber. The second part
 977              * of the array contains the shifts. Thus:
 978              * p[i]=1/0 depending on wether atomnumber i is a MM particle in the QM
 979              * step or not. p[i+md->nr] is the shift of atomnumber i.
 980              */
 981             for (i = 0; i < 2*(md->nr); i++)
 982             {
 983                 parallelMMarray[i] = 0;
 984             }
 985
 986             for (i = 0; i < mm_nr; i++)
 987             {
 988                 parallelMMarray[mm_j_particles[i].j]          = 1;
 989                 parallelMMarray[mm_j_particles[i].j+(md->nr)] = mm_j_particles[i].shift;
 990             }
 991             gmx_sumi(md->nr, parallelMMarray, cr);
 992             mm_nr = 0;
 993
 994             mm_max = 0;
 995             for (i = 0; i < md->nr; i++)
 996             {
 997                 if (parallelMMarray[i])
 998                 {
 999                     if (mm_nr >= mm_max)
1000                     {
1001                         mm_max += 1000;
1002                         srenew(mm->indexMM, mm_max);
1003                         srenew(mm->shiftMM, mm_max);
1004                     }
1005                     mm->indexMM[mm_nr]   = i;
1006                     mm->shiftMM[mm_nr++] = parallelMMarray[i+md->nr]/parallelMMarray[i];
1007                 }
1008             }
1009             mm->nrMMatoms = mm_nr;
1010             free(parallelMMarray);
1011         }
1012         /* serial execution */
1013         else
1014         {
1015             mm->nrMMatoms = mm_nr;
1016             srenew(mm->shiftMM, mm_nr);
1017             srenew(mm->indexMM, mm_nr);
1018             for (i = 0; i < mm_nr; i++)
1019             {
1020                 mm->indexMM[i] = mm_j_particles[i].j;
1021                 mm->shiftMM[i] = mm_j_particles[i].shift;
1022             }
1023
1024         }
1025         /* (re) allocate memory for the MM coordiate array. The QM
1026          * coordinate array was already allocated in init_QMMM, and is
1027          * only (re)filled in the update_QMMM_coordinates routine
1028          */
1029         srenew(mm->xMM, mm->nrMMatoms);
1030         /* now we (re) fill the array that contains the MM charges with
1031          * the forcefield charges. If requested, these charges will be
1032          * scaled by a factor
1033          */
1034         srenew(mm->MMcharges, mm->nrMMatoms);
1035         for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++) /* no free energy yet */
1036         {
1037             mm->MMcharges[i] = md->chargeA[mm->indexMM[i]]*mm->scalefactor;
1038         }
1039         if (qm->bTS || qm->bOPT)
1040         {
1041             /* store (copy) the c6 and c12 parameters into the MMrec struct
1042              */
1043             srenew(mm->c6, mm->nrMMatoms);
1044             srenew(mm->c12, mm->nrMMatoms);
1045             for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
1046             {
1047                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1048                 mm->c6[i]  = C6(fr->nbfp, top->idef.atnr, md->typeA[mm->indexMM[i]], md->typeA[mm->indexMM[i]])/c6au/6.0;
1049                 mm->c12[i] = C12(fr->nbfp, top->idef.atnr, md->typeA[mm->indexMM[i]], md->typeA[mm->indexMM[i]])/c12au/12.0;
1050             }
1051             punch_QMMM_excl(qr->qm[0], mm, &(top->excls));
1052         }
1053         /* the next routine fills the coordinate fields in the QMMM rec of
1054          * both the qunatum atoms and the MM atoms, using the shifts
1055          * calculated above.
1056          */
1057
1058         update_QMMM_coord(x, fr, qr->qm[0], qr->mm);
1059         free(qm_i_particles);
1060         free(mm_j_particles);
1061     }
1062     else /* ONIOM */ /* ????? */
1063     {
1064         mm->nrMMatoms = 0;
1065         /* do for each layer */
1066         for (j = 0; j < qr->nrQMlayers; j++)
1067         {
1068             qm             = qr->qm[j];
1069             qm->shiftQM[0] = XYZ2IS(0, 0, 0);
1070             for (i = 1; i < qm->nrQMatoms; i++)
1071             {
1072                 qm->shiftQM[i] = pbc_dx_aiuc(&pbc, x[qm->indexQM[0]], x[qm->indexQM[i]],
1073                                              dx);
1074             }
1075             update_QMMM_coord(x, fr, qm, mm);
1076         }
1077     }
1078 } /* update_QMMM_rec */
1079
1080
1081 real calculate_QMMM(t_commrec *cr,
1082                     rvec x[], rvec f[],
1083                     t_forcerec *fr)
1084 {
1085     real
1086         QMener = 0.0;
1087     /* a selection for the QM package depending on which is requested
1088      * (Gaussian, GAMESS-UK, MOPAC or ORCA) needs to be implemented here. Now
1089      * it works through defines.... Not so nice yet
1090      */
1091     t_QMMMrec
1092     *qr;
1093     t_QMrec
1094     *qm, *qm2;
1095     t_MMrec
1096     *mm = NULL;
1097     rvec
1098     *forces  = NULL, *fshift = NULL,
1099     *forces2 = NULL, *fshift2 = NULL; /* needed for multilayer ONIOM */
1100     int
1101         i, j, k;
1102     /* make a local copy the QMMMrec pointer
1103      */
1104     qr = fr->qr;
1105     mm = qr->mm;
1106
1107     /* now different procedures are carried out for one layer ONION and
1108      * normal QMMM on one hand and multilayer oniom on the other
1109      */
1110     if (qr->QMMMscheme == eQMMMschemenormal || qr->nrQMlayers == 1)
1111     {
1112         qm = qr->qm[0];
1113         snew(forces, (qm->nrQMatoms+mm->nrMMatoms));
1114         snew(fshift, (qm->nrQMatoms+mm->nrMMatoms));
1115         QMener = call_QMroutine(cr, fr, qm, mm, forces, fshift);
1116         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
1117         {
1118             for (j = 0; j < DIM; j++)
1119             {
1120                 f[qm->indexQM[i]][j]          -= forces[i][j];
1121                 fr->fshift[qm->shiftQM[i]][j] += fshift[i][j];
1122             }
1123         }
1124         for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
1125         {
1126             for (j = 0; j < DIM; j++)
1127             {
1128                 f[mm->indexMM[i]][j]          -= forces[qm->nrQMatoms+i][j];
1129                 fr->fshift[mm->shiftMM[i]][j] += fshift[qm->nrQMatoms+i][j];
1130             }
1131
1132         }
1133         free(forces);
1134         free(fshift);
1135     }
1136     else                                       /* Multi-layer ONIOM */
1137     {
1138         for (i = 0; i < qr->nrQMlayers-1; i++) /* last layer is special */
1139         {
1140             qm  = qr->qm[i];
1141             qm2 = copy_QMrec(qr->qm[i+1]);
1142
1143             qm2->nrQMatoms = qm->nrQMatoms;
1144
1145             for (j = 0; j < qm2->nrQMatoms; j++)
1146             {
1147                 for (k = 0; k < DIM; k++)
1148                 {
1149                     qm2->xQM[j][k]       = qm->xQM[j][k];
1150                 }
1151                 qm2->indexQM[j]        = qm->indexQM[j];
1152                 qm2->atomicnumberQM[j] = qm->atomicnumberQM[j];
1153                 qm2->shiftQM[j]        = qm->shiftQM[j];
1154             }
1155
1156             qm2->QMcharge = qm->QMcharge;
1157             /* this layer at the higher level of theory */
1158             srenew(forces, qm->nrQMatoms);
1159             srenew(fshift, qm->nrQMatoms);
1160             /* we need to re-initialize the QMroutine every step... */
1161             init_QMroutine(cr, qm, mm);
1162             QMener += call_QMroutine(cr, fr, qm, mm, forces, fshift);
1163
1164             /* this layer at the lower level of theory */
1165             srenew(forces2, qm->nrQMatoms);
1166             srenew(fshift2, qm->nrQMatoms);
1167             init_QMroutine(cr, qm2, mm);
1168             QMener -= call_QMroutine(cr, fr, qm2, mm, forces2, fshift2);
1169             /* E = E1high-E1low The next layer includes the current layer at
1170              * the lower level of theory, which provides + E2low
1171              * this is similar for gradients
1172              */
1173             for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
1174             {
1175                 for (j = 0; j < DIM; j++)
1176                 {
1177                     f[qm->indexQM[i]][j]          -= (forces[i][j]-forces2[i][j]);
1178                     fr->fshift[qm->shiftQM[i]][j] += (fshift[i][j]-fshift2[i][j]);
1179                 }
1180             }
1181             free(qm2);
1182         }
1183         /* now the last layer still needs to be done: */
1184         qm      = qr->qm[qr->nrQMlayers-1]; /* C counts from 0 */
1185         init_QMroutine(cr, qm, mm);
1186         srenew(forces, qm->nrQMatoms);
1187         srenew(fshift, qm->nrQMatoms);
1188         QMener += call_QMroutine(cr, fr, qm, mm, forces, fshift);
1189         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
1190         {
1191             for (j = 0; j < DIM; j++)
1192             {
1193                 f[qm->indexQM[i]][j]          -= forces[i][j];
1194                 fr->fshift[qm->shiftQM[i]][j] += fshift[i][j];
1195             }
1196         }
1197         free(forces);
1198         free(fshift);
1199         free(forces2);
1200         free(fshift2);
1201     }
1202     if (qm->bTS || qm->bOPT)
1203     {
1204         /* qm[0] still contains the largest ONIOM QM subsystem
1205          * we take the optimized coordiates and put the in x[]
1206          */
1207         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
1208         {
1209             for (j = 0; j < DIM; j++)
1210             {
1211                 x[qm->indexQM[i]][j] = qm->xQM[i][j];
1212             }
1213         }
1214     }
1215     return(QMener);
1216 } /* calculate_QMMM */
1217
1218 /* end of QMMM core routines */