qmmm keyblock选项

介绍

第2章解释了建立ADF QM / MM仿真。本节介绍您可以在QMMM密钥块中定义的可用选项。本节基本上是参考来源。 QMMM密钥块,mm_connection_table,force_field_file和在此处详细描述的link_bonds密钥块的主要组件在此处重复(具有一些附加说明)。请注意,全局优化选项没有经过良好的测试,并且易于崩溃运行。如果有兴趣使用这些选项,请注意这一事实。我们感谢有关任何故障的报告。

示例输入

在本节中,我们简单地提供了QM / MM密钥块的一些示例。在一些示例中,不会填充mm_connection_table和link_bonds子项块。

例3.1 该示例描绘了MM区域的全局优化,其中具有QM / MM程序中可用的模拟退火的优化器。全球搜索涉及100ps的MD,在1000 k下,在模拟期间以规则的间隔采样100个结构。然后将100个结构中的每一个部分优化,然后通过10最佳优化。在此结束时,最低能量结构用于QM / mm运行。注意,在此MD搜索中,QM福彩3d字迷,包括链路福彩3d字迷被冻结。

QMMM.
  FORCE_FIELD_FILE sybyl.ff
  OUTPUT_LEVEL 1
  WARNING_LEVEL 1
  ELSTAT_COUPLING_MODEL 1
  OPTIMIZE
    GLOBAL
      METHOD MD_SEARCH
      FREQUENCY 一次
    SUBEND
  SUBEND
  MD_SEARCH
    TIME{PS} 100.0
    N_STRUCTURES 100
    TEMPERATURE 1000.0
  SUBEND
  MM_CONNECTION_TABLE
  SUBEND

  LINK_BONDS
  SUBEND
END

例3.2 在此示例中,将自定义费用分配给某些福彩3d字迷。没有给出QMMM密钥块中未给出特定电荷的福彩3d字迷的收费从强制场文件的基础上以每个福彩3d字迷类型分配。另请注意,此示例没有Link_Bonds子密钥块。只有在图1-2A中的示例中,才允许此允许如果没有链接键。

QMMM.
 FORCE_FIELD_FILE sybyl.ff
 OUTPUT_LEVEL 1
 WARNING_LEVEL 1
 ELSTAT_COUPLING_MODEL 1
 MM_CONNECTION_TABLE
 SUBEND

 CHARGES
   0.4
   0.3
   3 -0.1
 SUBEND
END

选择描述

FORCE_FIELD_FILE
关键字(必需= amber95.ff)此关键字简单地定义了用于分子机制潜力的力现场文件的完整路径。关键字后给出了力字段文件的位置。完整路径可以给出,或只是文件名。在后一种情况下,程序检查ADF正在执行的当前目录。示例:
FORCE_FIELD_FILE /home/username/sybyl.ff
FORCE_FIELD_FILE sybyl.ff
NEWQMMM
关键字(默认不使用子项新QMMM)键可用于更高效的QM / MM计算,正在进行中。它还允许更多QM / mm福彩3d字迷而不是默认计算。 此键应仅与琥珀色强制字段一起使用。 此密钥还提供了使用新的QM / MM输入格式的可能性,例如,可以使用该实用程序进行 PDB2ADF.。如果包含此NewQmmm子项,则旧输入格式仍然工作。
OUTPUT_LEVEL
关键字(默认= 1)此关键字的整数指定要打印到ADF输出文件的输出量。 0:最小输出1:正常输出2:故障排除输出输出output_Level 2推荐用于最初设置作业。但是,一旦完成作业,此输出级别可能太冗长。
WARNING_LEVEL
关键字(默认= 1)执行对输入的一些检查,从检查所有内部距离,以检查QM,LI和MM福彩3d字迷的输入顺序。此关键字的整数指定要报告的警告以及何时因警告而停止运行。 -1:仅报告最严重的警告,永远不会停止运行。当用户故意违反时,有用‘rules’。 0:报告严重警告,只停止‘fatal’错误。 1:报告所有警告,停止严重和致命错误。这是默认值。 2:报告所有警告并停在其中任何一个。最初设置作业时有用。
MDC_LEVEL
关键字(默认= 2)此关键字的整数指定与ELSTAT_COUPLING_MODEL = 4结合使用的多极派生充电分析[7]的级别。请注意,与ADF2007.01相比,默认值已更改:MDC-M电荷用于更新QM系统的费用。 2:使用的MDC-D充电。 3:使用MDC-Q电荷。
MM_CONNECTION_TABLE

Subkey块(必填)此密钥块将连接表,强制字段福彩3d字迷类型和完整系统的分区定义为QM和MM区域。在此密钥块中指定的福彩3d字迷与福彩3d字迷密钥块中的秩序相同,这是至关重要的。这很重要,因为程序可能无法检测到这种类型的输入错误,并且您将获得荒谬的结果。

MM_CONNECTION_TABLE
 n ff_label. mm_type. 联系 数字
 ...
END

标签在下表中定义

输入列    
1 N 福彩3d字迷编号
2 ff_label. 强制场福彩3d字迷类型。
    这些标签对应于强制字段文件中定义的福彩3d字迷类型。
    它们最长可达四个字符。 XX定义了虚拟福彩3d字迷。
3 mm_type. qm,mm或li
4- 联系 这些限定了当前福彩3d字迷具有共价键的福彩3d字迷。
  数字 这些连接用于产生分子力学电位。
    目前,每个福彩3d字迷最多允许6个连接。

连接表应是完全冗余的。换句话说,如果Atom#1被绑定到Atom#5,则它们每个应该具有在其连接中列出的其他福彩3d字迷。

例子:

1 C_2 QM 2 3 4 5
2 O_2 QM 1
3 H QM 1
4 C_3 QM 1 5 6 7
5 Cu QM 4 1
6 H QM 4

还支持完全非冗余连接表。在这样的连接表中,一旦提及键,就没有再次提及。换句话说,任何福彩3d字迷的连接列表都不能包含一个福彩3d字迷,它在福彩3d字迷编号中之前。

例子:

1 C_2 QM 2 3 4 5
2 O_2 QM
3 H QM
4 C_3 QM 5 6 7
5 Cu QM
6 H QM

这两个连接表是等效的。半冗余可能导致问题的连接表。我们推荐完全冗余的连接表。

CHARGES

密钥块(可选)** 此密钥块根据其福彩3d字迷**编号定义每个福彩3d字迷上的初始费用。必须仔细指定福彩3d字迷编号,因为程序不承担任何顺序。也可以根据福彩3d字迷分配收费 类型 从充电参数密钥块中的力字段文件。如果此密钥块未指定费用,则程序将从强制字段文件中查找充电分配。如果未在此密钥块或强制字段文件中分配电荷,则分配0.0的电荷。当调用可极化的静电耦合时,不读取QM和LI福彩3d字迷的电荷,因为MM点电荷与QM电荷分布相互作用。使用ELSTAT_COUPLING_MODEL = 4,这些电荷(对于QM系统)仅在几何优化的第一个循环中使用:在每个周期之后,QM电荷被多极派生电荷替换。例子:

CHARGES
 3 -0.10000
 1 0.05000
 2 0.05000
SUBEND
ELSTAT_COUPLING_MODEL

关键字(可选,默认值= 1)此关键字控制所用的静电模型的类型,包括QM和MM区域之间真正的静电耦合是否被唤起。

耦合模型 描述
0 静电关闭
1 简单的静电耦合,其中QM波函数没有偏振,即纯MM耦合。
4 简单的静电耦合,如选项1.但是使用多极派生电荷分析[7](根据MDC_LEVEL的MDC-X电平),在整个几何优化中更新QM区域的点电荷。
OPTIMIZE

密钥块(可选)此密钥块允许用户修改几何优化设置。以下显示了具有许多可用选项的密钥块的示例:

OPTIMIZE
 MAX_STEPS 1000
 MAX_GRAD 0.001
 PRINT_CYCLES 20
 METHOD BFGS

 GLOBAL
 METHOD GRID
 FREQUENCY 一次
 SUBEND

 GRID
 INCREMENT 20.0
 BOND 2 - 4
 BOND 2 - 3
 SUBEND
SUBEND

接下来描述该密钥的子选项。

OPTIMIZE: MAX_STEPS
关键字(可选,默认值= 1000)此关键字定义了在停止优化之前允许的最大优化步骤数。
OPTIMIZE: MAX_GRADIENT
关键字(可选,默认值=(0.01 kcal / mol)/ angstrom)此关键字允许用户更改收敛条件。目前,当任何MM福彩3d字迷上的最大梯度小于MAX_GRADIENT时,考虑优化会融合。默认值将提供非常小的梯度,特别是与指定大多数电子结构代码的收敛条件相比。注意:由于MM电位导致的QM福彩3d字迷上的渐变在收敛条件中不会占用。在优化后,QM福彩3d字迷可以存在LRGE mm力。
OPTIMIZE: ENERCVG
关键字(可选,默认值= 0.001 kcal / mol)此关键字允许用户更改连续周期之间的能量的收敛条件。只能在NewQmmm的情况下使用。
OPTIMIZE: METHOD
关键字(可选,可用= BFG,可用:BFGS,Steepest_descent,Conggrad)大多数情况下,具有BFGS Hessian更新方案的默认准牛顿优化器非常稳定,并融合。可用的其他优化器是最陡的下降方法(陡峭)和共轭梯度(酰缀)。陡峭的和夫人几乎总是比BFGS优化器(特别接近最小值)更低的效率。值得注意的是,基于Hessian的BFGS方法需要比陡峭的方法更多的内存,因此对于非常大的系统来说可能是有问题的。在这种情况下,最好使用夫人方法。
OPTIMIZE: MM_NOTCONVERGED
关键字(可选,默认值= 1)此关键字定义如果在MAX_STEPS步骤后未完全优化MM几何时会发生什么;将其设置为零,对于大(生物化学)系统,可以在有限的步骤(1000)中完全收敛到零件可能有问题:QMMM运行将继续,好像MM优化融合一样。
OPTIMIZE: FIX_MM_GEOMETRY
关键字(可选,默认值= .false。)如果在优化子块中指定了此关键字,则MM系统将被冻结,即,任何几何优化都不会在任何福彩3d字迷上完成。如果包含新QMMM使用‘IRUNTYPE_QMMM 0’作为单独的关键字(Optmize子块外)。
OPTIMIZE: PRINT_CYCLES
关键字(可选,默认值= 100)print_cycles表示打印优化状态的优化周期数,并且写入mm重启文件。
OPTIMIZE: GLOBAL

子密钥块(可选) - 当前在测试版状态下,此子块控制程序中的全局优化选项。目前,全局优化选项尚未彻底测试,应视为符合测试版。正常优化器仅设计为定位“nearest”本地最低限度,因此您不保证找到最佳整体结构,该结构被称为全局最小结构。目前,只有两个全局优化算法已经实现: - 与模拟退火算法相关的基于分子动力学的优化器 - 网格搜索,其通过对用户指定的键来产生构象。两个优化器都生成了许多结构(100s至1000s),它们都是部分优化的。然后基于它们的能量对部分优化的结​​构进行分类。然后完全优化这些结构的最佳10。这些完全优化的结构中最好的是并假设是全局最小的。全局优化仅应用于MM区域,QM福彩3d字迷冻结。因此,结构只能被认为是QM福彩3d字迷和QM电荷密度被冻结的受约束表面上的全局最小结构。

OPTIMIZE
  GLOBAL
    METHOD MD_SEARCH
    FREQUENCY 一次
  SUBEND
  MD_SEARCH
    TIME{PS} 100.0
    N_STRUCTURES 100
    TEMPERATURE 1000.0
  SUBEND
SUBEND

全局优化不是默认的。因此,要调用全局优化,必须存在全局子密钥块。值得注意的是,控制全局优化方案的子密钥块是优化密钥块的子项块,而不是全局子密钥块内的子子密钥块。以上示例演示了这一点。

OPTIMIZE: GLOBAL: METHOD
关键字(可选,默认值= md_search)此密钥块指定要使用的全局优化方法。迄今为止,只有两种方法md_search,这是默认和网格。更多详细资料,在MD_Search和网格子密钥块的描述中给出了这些方法的工作原理。
OPTIMIZE: GLOBAL: FREQUENCY

关键字(可选,默认值=一次)此密钥块指定全局优化算法(如果指定)的频率调用。由于全局优化非常耗时,因此不建议使用每个QM迭代。默认值是它仅在第一次迭代时完成。下面列出的选项是列表的。

一次 只在第一次迭代
每次 在每一次迭代时
n_cycles x. 在每个X-th迭代包括第一。
  这里X是以下的​​整数“N_CYLES” keyword.
  例如n_cycles 4.
OPTIMIZE: GRID

Subkey block (optional, required if method selected) The GRID method provides a systematic search for global minimum by rotating about specified covalent bonds in the MM subsystem. This method is only efficient for small systems or systems where the conformational variability is confined to torsions involving a few bonds. The user must specify the bonds that are to be rotated in the search, up to a maximum of 10, and the increment (in degrees) by which the bonds are to be rotated between subsequent structures. The program does not allow bonds that are completely within the QM subsystem (link bonds are allowed, however, or part of a ring system. Finally, since QM atoms cannot be rotated, at least one of the two fragments resulting from splitting the specified bond must contain no QM atoms. An example of the key block is shown below where three bonds are rotated, in 60° increments. 216 structures (6x6x6) will be generated corresponding to a full 360° rotation about the three bonds in 60° increments and all combinations thereof. :: GRID INCREMENT 60.0 BOND 7 - 6 BOND 8 - 7 BOND 9 - 8 SUBEND NOTE: It is important to realize that the program uses the connection table specified in the input to determine which atoms to rotate. MASSES Key block (optional) This is used to assign custom masses to individual atoms. If no custom masses are specified, then the default masses defined in the force field file are used. Below is example input.

MASSES
 15 32.066
 8 2.0
SUBEND

第一列是指定福彩3d字迷编号的整数,第二列是真实指定福彩3d字迷质量单位中该福彩3d字迷的定制质量。福彩3d字迷不需要任何特定顺序,并且没有必要为所有福彩3d字迷指定自定义质量。应该注意的是,只有MM福彩3d字迷和链路福彩3d字迷的块只能定制。 QM福彩3d字迷和封端福彩3d字迷的质量来自QM Bandleftft。

PARTITION
Keyword (Default = 5) Parameter for partitioning QM and MM systems (capping method). Relevant if LINK_BONDS is present. Possible values: 5 (corresponding to the AddRemove scheme), 3 (corresponding to the IMOMM scheme)

静电嵌入

ELSTAT_COUPLING_MODEL = 2选项可用于SCF(绑定和总)能量和梯度以及TDDFT能量和梯度。在BECKE网格设置期间考虑MM点电荷,并受到BECKEGRID块的QPNEAR关键字的影响。对称性应该明确设置为nosym,因为在确定对称性时不考虑mm福彩3d字迷,并且实际上可能会破坏它。在其他ELSTAT_COUPLING_MODEL模式中,QMMM驱动程序通常被调用两次:在几何设置期间和在SCF之前一次。在静电嵌入模式中,在SCF结束之后也可以调用QMMM驱动器,并且在计算TDDFT梯度之后,因为这些步骤提供计算完整QMMM能量/力所需的新电子密度。

振兴状态几何优化(具有ExcitedGo)是可能的,尽管由于QM和MM福彩3d字迷通过程序的不同部分单独优化,但由于QM和MM福彩3d字迷优化了一些限制。如果只应优化QM福彩3d字迷,可以使用MM Optimizer方法跳过冻结MM福彩3d字迷:

QMMM.
   ...
   OPTIMIZE
      METHOD SKIP
      ...
   SUBEND
END

当仅需要计算能量梯度而无需实际移动福彩3d字迷时,此选项也很有用,但是仅移动福彩3d字迷(例如,外部优化器/动态驱动程序)。如果仅优化MM福彩3d字迷,请不要使用几何/ excitedGo关键字,但仅使用QMMM / Optimize。如果应同时优化QM和MM福彩3d字迷,则内部工作流程如下:

  1. 计算给定几何体的能量,能量梯度和密度矩阵;
  2. 使用来自步骤1的密度矩阵优化MM福彩3d字迷;
  3. 使用步骤1的能量梯度计算QM福彩3d字迷的准牛顿步骤;
  4. 重复步骤1-3直到收敛。

这意味着在MM优化期间QM电子密度是恒定的,因此如果MM福彩3d字迷远离其原始位置,则QM梯度可以不再完全一致。因此,建议在MM优化部分中采取太多步骤:

QMMM.
   ...
   OPTIMIZE
      MAX_STEPS 5
      MM_NOTCONVERGED 0
      ...
   SUBEND
END

MM优化可能仍然需要相对较多的迭代来汇聚,因为它是无Hessian的。因此,在没有静电嵌入的情况下将MM部件预先优化MM部分可能是值得注意的。