简单的QM/MM计算

目的: 搭建一个简单的QM接口

QM体系 :  N-Methylacetamide (NMA) (12 atoms)

MM subsystem : No

QM charge: 0

QM multiplicity: 1

Functional: PBE

做练习的步骤1-5

能量最小化的MDP参数

integrator = steep ; Algorithm (steep = steepest descent minimization)

emtol = 10.0  ; Stop minimization when the maximum force < 10.0 kJ/mol/nm

emstep         = 0.01  ; Energy step size

nsteps = 100   ; Maximum number of (minimization) steps to perform

; Set output frequency to each step

nstxout                  = 1 ; Coordinates to trr

nstlog                   = 1 ; Energies to md.log

nstcalcenergy        = 1 ; Energies 

nstenergy              = 1 ; Energies to ener.edr

; Set cut-offs

rlist              = 0.2 ; NB-search cut-off

rcoulomb = 0.2 ; Short-range electrostatic cut-off

rvdw = 0.2 ; Short-range Van der Waals cut-off

; CP2K QMMM parameters

qmmm-cp2k-active              = true   ; 激活QMMM的Md模块

qmmm-cp2k-qmgroup          = System ; QM原子索引组

qmmm-cp2k-qmmethod        = PBE    ; 使用的泛函

qmmm-cp2k-qmcharge         = 0      ; QM体系的电荷

qmmm-cp2k-qmmultiplicity    = 1      ; QM体系的自旋多重度

CP2K: 基础的输入参数

>> less nma-em.inp

设置GLOBAL部分

&GLOBAL

    PRINT_LEVEL LOW !HIGH/MEDIUM/LOW

    PROJECT GROMACS ! <projectname>    RUN_TYPE ENERGY_FORCE ! GEO_OPT/ENERGY_FORCE/BAND&END GLOBAL

设置FORCE_EVAL部分

&FORCE_EVAL                               ! 力的演化参数

   METHOD QMMM                        ! 采用方法 e.g. QMMM (Quickstep + external charges)

   &DFT                                   ! DFT 部分 - all QM

     .... contents of DFT section

   &END DFT

   &QMMM                                    ! QMMM 部分- 设置QM 盒子

     .... contents of QMMM section

   &END QMMM

   &MM                                         ! MM 部分 - MM 点电荷, etc.

     .... contents of MM section

   &END MM

   &SUBSYS                                   ! subsystem - 坐标，原子类型 etc.

     .... contents of SUBSYS section

   &SUBSYS

&END FORCE_EVAL

设置DFT部分

&FORCE_EVAL

  METHOD QMMM

  &DFT

    CHARGE 0

    MULTIPLICITY 1

    BASIS_SET_FILE_NAME  BASIS_MOLOPT ! 基组文件设置

    POTENTIAL_FILE_NAME  POTENTIAL ! 赝势文件

     &MGRID

       NGRIDS 5 ! 格点数目

       CUTOFF 450 ! 最细网格的平面波截断能量(Rydberg).

       REL_CUTOFF 50 ! 截断将乘积高斯函数映射到网格上

       COMMENSURATE  ! 对齐所有的网格

      &END MGRID

      &SCF

       SCF_GUESS RESTART ! CP2K将搜索现有的*.wfn文件

       EPS_SCF 5.0E-8 ! SCF收敛的精度

       …

      &END SCF

&DFT    …

  &XC

      DENSITY_CUTOFF     1.0E-12 ! DFT的精度设置

      GRADIENT_CUTOFF    1.0E-12

      TAU_CUTOFF         1.0E-12

      &XC_FUNCTIONAL PBE ! 选择DFT泛函

      &END XC_FUNCTIONAL

    &END XC

    &QS

     METHOD GPW ! 混合高斯/平面波法

     EPS_DEFAULT 1.0E-10 ! SCF能量的收敛精度

     EXTRAPOLATION ASPC ! 从先前的计算中推断出波函数

     EXTRAPOLATION_ORDER  4    

    &END QS

&END DFT

设置SUBSYS部分

&FORCE_EVAL

   …

  &SUBSYS ! 指定系统的信息:坐标、拓扑、分子和全晶胞

     &CELL ! 完整的系统盒大小(将与gromacs中相同)

      A 10.000 0.000 0.000 ! 定义为三个矢量A, B, C(单位埃)

      B 0.000 10.000 0.000

      C 0.000 0.000 10.000

      PERIODIC XYZ ! 全周期晶胞

    &END CELL

    …

设置KIND部分

&FORCE_EVAL

  &SUBSYS

   …

    &KIND H ! 每个QM原子类型的基组和PP分配

      ELEMENT H

      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH ! Gaussian基组设定为H

      POTENTIAL GTH-PBE ! 确保基组和PP匹配 

    &END KIND

    &KIND C ! 每个QM原子类型的基组和PP分配

      …

    &END KIND

    …

  &END SUBSYS

&END FORCE_EVAL

能量最小化的结果

QM力作用下的分子动力学结果