Executando o programa

Principais parâmetros do programa HICOLM

Para prosseguir com a execução do programa, o usuário poderá inserir certas parâmetros em HICOLM.in. Algumas são consideradas obrigatórias, enquanto outras são opcionais. Se o usuário escolher omitir as parâmetros opcionais, o seu valor default será atribuído no lugar.

Parâmetros da seção &STRUCT

Na seção &STRUCT o usuário fornece os parâmetros referentes ao sistema físico, como as coordenadas da célula unitária, etc.

Parâmetro	Tipo	Descrição	Default
cell	Obrigatório	Coordenadas da célula unitária. O programa utiliza a célula ortorrômbica simples na aplicação das condições de contorno periódicas.	-
reuse x	Opcional	x=0: O programa não reutiliza a simulação anterior. x=1: O programa reutiliza as coordenadas posição da simulação anterior. x=2: O programa reutiliza as coordenadas da posição e força da simulação anterior. x=3: O programa reutiliza as coordenadas da posição, força e velocidade da simulação anterior.	0
translate x y z	Opcional	Translação das coordenadas atômicas. x, y e z representam as frações das constantes de rede a, b e c.	0.0 0.0 0.0
zmatrix	Opcional	Erro máximo na determinação dos comprimentos de ligação da molécula. Exigido pela matriz Z.	0.5

• Se reuse for 1, 2 ou 3 o usuário deverá fornecer o arquivo HICOLM.XSF da simulação anterior.
• Caso os valores fornecidos para as parâmetros opcionais não forem adequados, o programa irá utilizar o seu valor default. No caso das parâmetros obrigatórias, uma mensagem de erro irá aparecer em HICOLM.out e o programa irá terminar.

Exemplo

Abaixo temos um exemplo de uma seção &STRUCT referente a uma célula unitária do tipo cúbica simples, onde a constante de rede é de 20 angstrons. Neste caso, as coordenadas atômicas que se encontram na origem foram transladadas para o centro da célula através da opção translate.

&STRUCT    
  cell
  20 0 0
  0 20 0
  0 0 20
  translate 0.5 0.5 0.5
&END

Parâmetros da seção &MD

Na seção &MD o usuário define os parâmetros referentes ao método da dinâmica molecular, como a pressão, temperatura, ensemble estatístico, timestep, quantidade de passos, etc.

Parâmetro	Tipo	Descrição	Default
ntrialmax	Obrigatório	Quantidade total de passos.	-
nrelax	Opcional	Quantidade de passos referentes a fase de não-equilíbrio.	1
text	Opcional	Temperatura desejada.	0.0
preext	Opcional	Pressão desejada.	1.0
timestep	Opcional	Timestep.	0.001
nhist	Opcional	Quantidade de frames que serão registrados em HICOLM.AXSF.	1
rcutoff x y	Opcional	Raio de corte (x) e largura do raio de corte (y)	9.0 0.1
ensemble x	Opcional	ensemble estatístico. x=nve (microcanônico); x=nvt (canônico); x=npt (Gibbs).	nve

• Caso o usuário escolha os ensembles nvt e npt, ele deverá fornecer o algoritmo para o controle da temperatura e/ou pressão (Berendsen ou Nosé-Hoover), e as constantes temporais τ_T e τ_p referentes ao controle do termostato e barostato respectivamente em picossegundos. (Geralmente valores entre 0,1 a 2 ps são considerados aceitáveis para τ_T e τ_p).
• No caso do ensemble npt berendsen o usuário também deverá fornecer a compressibilidade isotérmica (De acordo com Berendsen, para líquidos um valor aceitável seria aproximadamente 4,9x10^-5 atm^-1).

Exemplo

Abaixo temos um exemplo de uma simulação a 1 atm e 300 K de pressão e temperatura durante 150000 passos em um ensemble canônico com o termostato Nosé-Hoover. O timestep escolhido foi 0,001 ps. Multiplicando o timestep pela quantidade de passos resulta em um tempo de simulação de 150 ps.

&MD
  preext 1.0
  text 300.0
  ntrialmax 150000
  timestep 0.001
  ensemble nvt hoover 0.7
&END

Exemplo

Abaixo temos outro exemplo. Neste caso o ensemble escolhido foi npt Berendsen com os controles de 0,7 e 0,5 ps para a temperatura e pressão. Nota-se o valor 4,9x10^-5 atm^-1 para a compressibilidade isotérmica. Neste caso também foram considerados 6,5 e 0,1 Å para o raio de corte e a largura do raio de corte.

&MD
  ntrialmax 150000
  ensemble npt berendsen 0.7 0.5 4.9e-5
  rcutoff 6.5 0.1
&END

Parâmetros da seção &FORCE

A seção &FORCE pode ser constituída de duas subseções ($INTRA e $INTER). A subseção $INTRA refere-se as interações intramoleculares, enquanto que a subseção $INTER refere-se as interações intermoleculares (Van der Waals e coulombianas). Tanto a subseção $INTRA quanto a $INTER devem ser finalizadas com a linha $END. Ambas subseções são opcionais, caso sejam omitidas o programa adotará as opções padrão de acordo com o campo de força AMBER99.

Parâmetro	Tipo	Descrição	Default
electrostatic x	Opcional	x=coul (Potencial eletrostático padrão); x=fscs (Damped shifted force method).	fscs
vdw i	Opcional	Interação de Van der Waals. i representa a quantidade de interações entre pares.	Definido pelo programa
bonds# i	Opcional	Potencial de ligação. i representa a quantidade de potenciais de ligação na molécula, definido manualmente pelo usuário.	Definido pelo programa
bonds* i	Opcional	Potencial de ligação. i representa a ordem do potencial de ligação que será manualmente alterado pelo usuário.	-
bends# i	Opcional	Potencial angular. i representa a quantidade de potenciais angulares na molécula, definido manualmente pelo usuário.	Definido pelo programa
bends* i	Opcional	Potencial angular. i representa a ordem do potencial angular que será manualmente alterado pelo usuário.	-
dihedrals# i	Opcional	Diedro próprio. i representa a quantidade de diedros na molécula, definido manualmente pelo usuário.	Definido pelo programa
dihedrals* i	Opcional	Diedro próprio. i representa a ordem do diedro que será manualmente alterado pelo usuário.	-
dihedrals! i	Opcional	Diedros impróprios. i representa a quantidade de diedros impróprios que serão inseridos na molécula.	0

• O programa determina automaticamente a quantidade e os potenciais intramoleculares de ligação, angular e torção. No entanto, o usuário poderá, caso queira, modificar o campo de força inicialmente definido através dos parâmetros bonds, bends e dihedrals.
• Imediatamente após a chamada $INTRA, o usuário deverá fornecer a identificação da molécula, na qual pretende alterar o seu campo de força, através do parâmetro molecule x. x neste caso refere-se a identificação dada a molécula de acordo com HICOLM.sys.
• Caso o usuário defina os parâmetros bonds, bends e dihedrals seguidos por #, todos os potenciais da categoria, anteriormente definidos pelo programa, serão cancelados, e os novos serão atribuídos no lugar.

Exemplo

Abaixo temos a descrição das interações intramoleculares adicionais da molécula C2H4. Neste caso foi determinado que a molécula possui 5 potenciais de ligação, 1-2, 1-3, 1-4, 2-5 e 2-6, seguidos pelo tipo de potencial (AMBER) e os parâmetros de regem a sua função. Os potenciais angulares de ordem cinco e seis (que foram inicialmente atribuídos pelo programa) estão sendo alterados nas coordenadas angulares 3-1-4 e 5-2-6 (neste caso os vértices se encontram nos átomos 1 e 2, respectivamente). harm refere-se ao potencial harmônico, seguido pelos parâmetros correspondentes. O exemplo também mostra a adição de dois potenciais de torçãos, além daqueles fornecidos automaticamente pelo programa, representando assim dois diedros impróprios.

&FORCE
 $INTRA
  molecule C2H4
  bonds# 5
   1 2 amber 469.00 1.40
   1 3 amber 367.00 1.08
   1 4 amber 367.00 1.08
   2 5 amber 367.00 1.08
   2 6 amber 367.00 1.08
  bends* 5
   3 1 4 harm 3.04 120.0
  bends* 6
   5 2 6 harm 3.04 120.0
  dihedrals! 2
   3 1 2 5 amber 1.0 1.1 180.0 2.0
   4 1 2 6 amber 1.0 1.1 180.0 2.0
 $END
&END

• Para as interações intermoleculares, o programa HICOLM possui duas opções disponíveis, coul e fscs. Testes realizados para alguns sistemas condensados demonstraram que o método fscs possui maior estabilidade durante o processo de dinâmica molecular em comparação ao cálculo tradicional, representado pela opção coul.
• No caso da interação de Van der Waals (vdw), logo após a linha contendo o parâmetro o usuário deverá fornecer as interações entre pares, na seguinte ordem: sítio, sítio, tipo, parâmetros. As descrições dos sítios devem obrigatoriamente seguir as descrições de cada sítio contida em HICOLM.sys.

Exemplo

Abaixo temos a descrição das interações intermoleculares de Van der Waals através da chamada vdw, e coulombiana através da chamada electrostatic fscs. No caso temos dois potenciais representados pelos pares CA-CA e CA-HA.

&FORCE
 $INTER
  electrostatic fscs
  vdw 2
   CA CA amber 0.0860 3.8160
   CA HA amber 0.0359 3.3670
 $END
&END