src/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  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  39 #include <config.h>
  40 #endif
  41
  42 #ifdef GMX_QMMM_MOPAC
  43
  44 #include <math.h>
  45 #include "sysstuff.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "smalloc.h"
  49 #include "assert.h"
  50 #include "physics.h"
  51 #include "macros.h"
  52 #include "vec.h"
  53 #include "force.h"
  54 #include "invblock.h"
  55 #include "confio.h"
  56 #include "names.h"
  57 #include "network.h"
  58 #include "pbc.h"
  59 #include "ns.h"
  60 #include "nrnb.h"
  61 #include "bondf.h"
  62 #include "mshift.h"
  63 #include "txtdump.h"
  64 #include "copyrite.h"
  65 #include "qmmm.h"
  66 #include <stdio.h>
  67 #include <string.h>
  68 #include "gmx_fatal.h"
  69 #include "typedefs.h"
  70 #include <stdlib.h>
  71
  72
  73 /* mopac interface routines */
  74 void
  75 F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(int *nrqmat, int labels[], char keywords[]);
  76
  77 void
  78 F77_FUNC(domop,DOMOP)(int *nrqmat,double qmcrd[],int *nrmmat,
  79                       double mmchrg[],double mmcrd[],double qmgrad[],
  80                       double mmgrad[], double *energy,double qmcharges[]);
  81
  82
  83
  84 void init_mopac(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  85 {
  86   /* initializes the mopac routines ans sets up the semiempirical
  87    * computation by calling moldat(). The inline mopac routines can
  88    * only perform gradient operations. If one would like to optimize a
  89    * structure or find a transition state at PM3 level, gaussian is
  90    * used instead.
  91    */
  92   char
  93     *keywords;
  94
  95   snew(keywords,240);
  96
  97   if(!qm->bSH){    /* if rerun then grad should not be done! */
  98     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d GRAD MMOK ANALYT %s\n",
  99             qm->QMcharge,
 100             eQMmethod_names[qm->QMmethod]);
 101   }
 102   else
 103     sprintf(keywords,"PRECISE GEO-OK CHARGE=%d SINGLET GRAD %s C.I.=(%d,%d) root=2 MECI \n",
 104             qm->QMcharge,
 105             eQMmethod_names[qm->QMmethod],
 106             qm->CASorbitals,qm->CASelectrons/2);
 107   F77_FUNC(domldt,DOMLDT)(&qm->nrQMatoms,qm->atomicnumberQM,keywords);
 108   fprintf(stderr,"keywords are: %s\n",keywords);
 109   free(keywords);
 110
 111 } /* init_mopac */
 112
 113 real call_mopac(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 114                 rvec f[], rvec fshift[])
 115 {
 116   /* do the actual QMMM calculation using directly linked mopac subroutines
 117    */
 118   double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 119             double precission! */
 120     *qmcrd=NULL,*qmchrg=NULL,*mmcrd=NULL,*mmchrg=NULL,
 121     *qmgrad,*mmgrad=NULL,energy;
 122   int
 123     i,j;
 124   real
 125     QMener=0.0;
 126   snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 127   snew(qmgrad,3*(qm->nrQMatoms));
 128   /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 129    * in the fortran routines of MOPAC
 130    */
 131   for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 132     for (j=0;j<DIM;j++){
 133       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 134     }
 135   }
 136   if(mm->nrMMatoms){
 137     /* later we will add the point charges here. There are some
 138      * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 139      * point charges that we need to solve first....
 140      */
 141     gmx_fatal(FARGS,"At present only ONIOM is allowed in combination"
 142                 " with MOPAC QM subroutines\n");
 143   }
 144   else {
 145     /* now compute the energy and the gradients.
 146      */
 147
 148     snew(qmchrg,qm->nrQMatoms);
 149     F77_FUNC(domop,DOMOP)(&qm->nrQMatoms,qmcrd,&mm->nrMMatoms,
 150            mmchrg,mmcrd,qmgrad,mmgrad,&energy,qmchrg);
 151     /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 152      * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 153      */
 154     for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 155       for(j=0;j<DIM;j++){
 156         f[i][j]       = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 157         fshift[i][j]  = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 158       }
 159     }
 160     QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 161     /* do we do something with the mulliken charges?? */
 162
 163     free(qmchrg);
 164 }
 165   free(qmgrad);
 166   free(qmcrd);
 167   return (QMener);
 168 }
 169
 170 real call_mopac_SH(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 171                    rvec f[], rvec fshift[])
 172 {
 173   /* do the actual SH QMMM calculation using directly linked mopac
 174    subroutines */
 175
 176   double /* always double as the MOPAC routines are always compiled in
 177             double precission! */
 178     *qmcrd=NULL,*qmchrg=NULL,*mmcrd=NULL,*mmchrg=NULL,
 179     *qmgrad,*mmgrad=NULL,energy;
 180   int
 181     i,j;
 182   real
 183     QMener=0.0;
 184
 185   snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 186   snew(qmgrad,3*(qm->nrQMatoms));
 187   /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 188    * in the fortran routines of MOPAC
 189    */
 190   for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 191     for (j=0;j<DIM;j++){
 192       qmcrd[3*i+j] = (double)qm->xQM[i][j]*10;
 193     }
 194   }
 195   if(mm->nrMMatoms){
 196     /* later we will add the point charges here. There are some
 197      * conceptual problems with semi-empirical QM in combination with
 198      * point charges that we need to solve first....
 199      */
 200     gmx_fatal(FARGS,"At present only ONIOM is allowed in combination with MOPAC\n");
 201   }
 202   else {
 203     /* now compute the energy and the gradients.
 204      */
 205     snew(qmchrg,qm->nrQMatoms);
 206
 207     F77_FUNC(domop,DOMOP)(&qm->nrQMatoms,qmcrd,&mm->nrMMatoms,
 208            mmchrg,mmcrd,qmgrad,mmgrad,&energy,qmchrg);
 209     /* add the gradients to the f[] array, and also to the fshift[].
 210      * the mopac gradients are in kCal/angstrom.
 211      */
 212     for(i=0;i<qm->nrQMatoms;i++){
 213       for(j=0;j<DIM;j++){
 214         f[i][j]      = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 215         fshift[i][j] = (real)10*CAL2JOULE*qmgrad[3*i+j];
 216       }
 217     }
 218     QMener = (real)CAL2JOULE*energy;
 219   }
 220   free(qmgrad);
 221   free(qmcrd);
 222   return (QMener);
 223 } /* call_mopac_SH */
 224
 225 #else
 226 int
 227 gmx_qmmm_mopac_empty;
 228 #endif