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