First general additions to the documentation
[gromacs.git] / docs / user-guide / mdp-options.rst
blobc60692d807063370e4e414434e04d19d3a1667a8
1 .. README
2    See the "run control" section for a working example of the
3    syntax to use when making .mdp entries, with and without detailed
4    documentation for values those entries might take. Everything can
5    be cross-referenced, see the examples there. TODO Make more
6    cross-references.
8 Molecular dynamics parameters (.mdp options)
9 ============================================
11 .. _mdp-general:
13 General information
14 -------------------
16 Default values are given in parentheses, or listed first among
17 choices. The first option in the list is always the default
18 option. Units are given in square brackets. The difference between a
19 dash and an underscore is ignored.
21 A :ref:`sample mdp file <mdp>` is available. This should be
22 appropriate to start a normal simulation. Edit it to suit your
23 specific needs and desires.
26 Preprocessing
27 ^^^^^^^^^^^^^
29 .. mdp:: include
31    directories to include in your topology. Format:
32    ``-I/home/john/mylib -I../otherlib``
34 .. mdp:: define
36    defines to pass to the preprocessor, default is no defines. You can
37    use any defines to control options in your customized topology
38    files. Options that act on existing :ref:`top` file mechanisms
39    include
41       ``-DFLEXIBLE`` will use flexible water instead of rigid water
42       into your topology, this can be useful for normal mode analysis.
44       ``-DPOSRES`` will trigger the inclusion of ``posre.itp`` into
45       your topology, used for implementing position restraints.
48 Run control
49 ^^^^^^^^^^^
51 .. mdp:: integrator
53    (Despite the name, this list includes algorithms that are not
54    actually integrators over time. :mdp-value:`integrator=steep` and
55    all entries following it are in this category)
57    .. mdp-value:: md
59       A leap-frog algorithm for integrating Newton's equations of motion.
61    .. mdp-value:: md-vv
63       A velocity Verlet algorithm for integrating Newton's equations
64       of motion.  For constant NVE simulations started from
65       corresponding points in the same trajectory, the trajectories
66       are analytically, but not binary, identical to the
67       :mdp-value:`integrator=md` leap-frog integrator. The the kinetic
68       energy, which is determined from the whole step velocities and
69       is therefore slightly too high. The advantage of this integrator
70       is more accurate, reversible Nose-Hoover and Parrinello-Rahman
71       coupling integration based on Trotter expansion, as well as
72       (slightly too small) full step velocity output. This all comes
73       at the cost off extra computation, especially with constraints
74       and extra communication in parallel. Note that for nearly all
75       production simulations the :mdp-value:`integrator=md` integrator
76       is accurate enough.
78    .. mdp-value:: md-vv-avek
80       A velocity Verlet algorithm identical to
81       :mdp-value:`integrator=md-vv`, except that the kinetic energy is
82       determined as the average of the two half step kinetic energies
83       as in the :mdp-value:`integrator=md` integrator, and this thus
84       more accurate.  With Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman
85       coupling this comes with a slight increase in computational
86       cost.
88    .. mdp-value:: sd
90       An accurate and efficient leap-frog stochastic dynamics
91       integrator. With constraints, coordinates needs to be
92       constrained twice per integration step. Depending on the
93       computational cost of the force calculation, this can take a
94       significant part of the simulation time. The temperature for one
95       or more groups of atoms (:mdp:`tc-grps`) is set with
96       :mdp:`ref-t`, the inverse friction constant for each group is
97       set with :mdp:`tau-t`.  The parameter :mdp:`tcoupl` is
98       ignored. The random generator is initialized with
99       :mdp:`ld-seed`. When used as a thermostat, an appropriate value
100       for :mdp:`tau-t` is 2 ps, since this results in a friction that
101       is lower than the internal friction of water, while it is high
102       enough to remove excess heat NOTE: temperature deviations decay
103       twice as fast as with a Berendsen thermostat with the same
104       :mdp:`tau-t`.
106    .. mdp-value:: bd
108       An Euler integrator for Brownian or position Langevin dynamics,
109       the velocity is the force divided by a friction coefficient
110       (:mdp:`bd-fric`) plus random thermal noise (:mdp:`ref-t`). When
111       :mdp:`bd-fric` is 0, the friction coefficient for each particle
112       is calculated as mass/ :mdp:`tau-t`, as for the integrator
113       :mdp-value:`integrator=sd`. The random generator is initialized
114       with :mdp:`ld-seed`.
116    .. mdp-value:: steep
118       A steepest descent algorithm for energy minimization. The
119       maximum step size is :mdp:`emstep`, the tolerance is
120       :mdp:`emtol`.
122    .. mdp-value:: cg
124       A conjugate gradient algorithm for energy minimization, the
125       tolerance is :mdp:`emtol`. CG is more efficient when a steepest
126       descent step is done every once in a while, this is determined
127       by :mdp:`nstcgsteep`. For a minimization prior to a normal mode
128       analysis, which requires a very high accuracy, |Gromacs| should be
129       compiled in double precision.
131    .. mdp-value:: l-bfgs
133       A quasi-Newtonian algorithm for energy minimization according to
134       the low-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno approach. In
135       practice this seems to converge faster than Conjugate Gradients,
136       but due to the correction steps necessary it is not (yet)
137       parallelized.
139    .. mdp-value:: nm
141       Normal mode analysis is performed on the structure in the :ref:`tpr`
142       file.  |Gromacs| should be compiled in double precision.
144    .. mdp-value:: tpi
146       Test particle insertion. The last molecule in the topology is
147       the test particle. A trajectory must be provided to ``mdrun
148       -rerun``. This trajectory should not contain the molecule to be
149       inserted. Insertions are performed :mdp:`nsteps` times in each
150       frame at random locations and with random orientiations of the
151       molecule. When :mdp:`nstlist` is larger than one,
152       :mdp:`nstlist` insertions are performed in a sphere with radius
153       :mdp:`rtpi` around a the same random location using the same
154       neighborlist. Since neighborlist construction is expensive,
155       one can perform several extra insertions with the same list
156       almost for free. The random seed is set with
157       :mdp:`ld-seed`. The temperature for the Boltzmann weighting is
158       set with :mdp:`ref-t`, this should match the temperature of the
159       simulation of the original trajectory. Dispersion correction is
160       implemented correctly for TPI. All relevant quantities are
161       written to the file specified with ``mdrun -tpi``. The
162       distribution of insertion energies is written to the file
163       specified with ``mdrun -tpid``. No trajectory or energy file is
164       written. Parallel TPI gives identical results to single-node
165       TPI. For charged molecules, using PME with a fine grid is most
166       accurate and also efficient, since the potential in the system
167       only needs to be calculated once per frame.
169    .. mdp-value:: tpic
171       Test particle insertion into a predefined cavity location. The
172       procedure is the same as for :mdp-value:`integrator=tpi`, except
173       that one coordinate extra is read from the trajectory, which is
174       used as the insertion location. The molecule to be inserted
175       should be centered at 0,0,0. |Gromacs| does not do this for you,
176       since for different situations a different way of centering
177       might be optimal. Also :mdp:`rtpi` sets the radius for the
178       sphere around this location. Neighbor searching is done only
179       once per frame, :mdp:`nstlist` is not used. Parallel
180       :mdp-value:`integrator=tpic` gives identical results to
181       single-rank :mdp-value:`integrator=tpic`.
183 .. mdp:: tinit
185         (0) \[ps\]
186         starting time for your run (only makes sense for time-based
187         integrators)
189 .. mdp:: dt
191         (0.001) \[ps\]
192         time step for integration (only makes sense for time-based
193         integrators)
195 .. mdp:: nsteps
197         (0)
198         maximum number of steps to integrate or minimize, -1 is no
199         maximum
201 .. mdp:: init-step
203         (0)
204         The starting step. The time at an step i in a run is
205         calculated as: t = :mdp:`tinit` + :mdp:`dt` *
206         (:mdp:`init-step` + i). The free-energy lambda is calculated
207         as: lambda = :mdp:`init-lambda` + :mdp:`delta-lambda` *
208         (:mdp:`init-step` + i). Also non-equilibrium MD parameters can
209         depend on the step number. Thus for exact restarts or redoing
210         part of a run it might be necessary to set :mdp:`init-step` to
211         the step number of the restart frame. :ref:`gmx convert-tpr`
212         does this automatically.
214 .. mdp:: simulation-part
216          (0)
217          A simulation can consist of multiple parts, each of which has
218          a part number. This option specifies what that number will
219          be, which helps keep track of parts that are logically the
220          same simulation. This option is generally useful to set only
221          when coping with a crashed simulation where files were lost.
223 .. mdp:: comm-mode
225    .. mdp-value:: Linear
227       Remove center of mass translational velocity
229    .. mdp-value:: Angular
231       Remove center of mass translational and rotational velocity around
232       the center of mass
234    .. mdp-value:: Linear-acceleration-correction
236       Remove center of mass translational velocity. Correct the center of
237       mass position assuming linear acceleration over :mdp:`nstcomm` steps.
238       This is useful for cases where an acceleration is expected on the
239       center of mass which is nearly constant over mdp:`nstcomm` steps.
240       This can occur for example when pulling on a group using an absolute
241       reference.
243    .. mdp-value:: None
245       No restriction on the center of mass motion
247 .. mdp:: nstcomm
249    (100) \[steps\]
250    frequency for center of mass motion removal
252 .. mdp:: comm-grps
254    group(s) for center of mass motion removal, default is the whole
255    system
258 Langevin dynamics
259 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
261 .. mdp:: bd-fric
263    (0) \[amu ps-1\]
264    Brownian dynamics friction coefficient. When :mdp:`bd-fric` is 0,
265    the friction coefficient for each particle is calculated as mass/
266    :mdp:`tau-t`.
268 .. mdp:: ld-seed
270    (-1) \[integer\]
271    used to initialize random generator for thermal noise for
272    stochastic and Brownian dynamics. When :mdp:`ld-seed` is set to -1,
273    a pseudo random seed is used. When running BD or SD on multiple
274    processors, each processor uses a seed equal to :mdp:`ld-seed` plus
275    the processor number.
278 Energy minimization
279 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
281 .. mdp:: emtol
283    (10.0) \[kJ mol-1 nm-1\]
284    the minimization is converged when the maximum force is smaller
285    than this value
287 .. mdp:: emstep
289    (0.01) \[nm\]
290    initial step-size
292 .. mdp:: nstcgsteep
294    (1000) \[steps\]
295    frequency of performing 1 steepest descent step while doing
296    conjugate gradient energy minimization.
298 .. mdp:: nbfgscorr
300    (10)
301    Number of correction steps to use for L-BFGS minimization. A higher
302    number is (at least theoretically) more accurate, but slower.
305 Shell Molecular Dynamics
306 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
308 When shells or flexible constraints are present in the system the
309 positions of the shells and the lengths of the flexible constraints
310 are optimized at every time step until either the RMS force on the
311 shells and constraints is less than :mdp:`emtol`, or a maximum number
312 of iterations :mdp:`niter` has been reached. Minimization is converged
313 when the maximum force is smaller than :mdp:`emtol`. For shell MD this
314 value should be 1.0 at most.
316 .. mdp:: niter
318    (20)
319    maximum number of iterations for optimizing the shell positions and
320    the flexible constraints.
322 .. mdp:: fcstep
324    (0) \[ps^2\]
325    the step size for optimizing the flexible constraints. Should be
326    chosen as mu/(d2V/dq2) where mu is the reduced mass of two
327    particles in a flexible constraint and d2V/dq2 is the second
328    derivative of the potential in the constraint direction. Hopefully
329    this number does not differ too much between the flexible
330    constraints, as the number of iterations and thus the runtime is
331    very sensitive to fcstep. Try several values!
334 Test particle insertion
335 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
337 .. mdp:: rtpi
339    (0.05) \[nm\]
340    the test particle insertion radius, see integrators
341    :mdp-value:`integrator=tpi` and :mdp-value:`integrator=tpic`
344 Output control
345 ^^^^^^^^^^^^^^
347 .. mdp:: nstxout
349    (0) \[steps\]
350    number of steps that elapse between writing coordinates to output
351    trajectory file, the last coordinates are always written
353 .. mdp:: nstvout
355    (0) \[steps\]
356    number of steps that elapse between writing velocities to output
357    trajectory, the last velocities are always written
359 .. mdp:: nstfout
361    (0) \[steps\]
362    number of steps that elapse between writing forces to output
363    trajectory.
365 .. mdp:: nstlog
367    (1000) \[steps\]
368    number of steps that elapse between writing energies to the log
369    file, the last energies are always written
371 .. mdp:: nstcalcenergy
373    (100)
374    number of steps that elapse between calculating the energies, 0 is
375    never. This option is only relevant with dynamics. This option affects the
376    performance in parallel simulations, because calculating energies
377    requires global communication between all processes which can
378    become a bottleneck at high parallelization.
380 .. mdp:: nstenergy
382    (1000) \[steps\]
383    number of steps that else between writing energies to energy file,
384    the last energies are always written, should be a multiple of
385    :mdp:`nstcalcenergy`. Note that the exact sums and fluctuations
386    over all MD steps modulo :mdp:`nstcalcenergy` are stored in the
387    energy file, so :ref:`gmx energy` can report exact energy averages
388    and fluctuations also when :mdp:`nstenergy` > 1
390 .. mdp:: nstxout-compressed
392    (0) \[steps\]
393    number of steps that elapse between writing position coordinates
394    using lossy compression
396 .. mdp:: compressed-x-precision
398    (1000) \[real\]
399    precision with which to write to the compressed trajectory file
401 .. mdp:: compressed-x-grps
403    group(s) to write to the compressed trajectory file, by default the
404    whole system is written (if :mdp:`nstxout-compressed` > 0)
406 .. mdp:: energygrps
408    group(s) for which to write to write short-ranged non-bonded
409    potential energies to the energy file (not supported on GPUs)
412 Neighbor searching
413 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
415 .. mdp:: cutoff-scheme
417    .. mdp-value:: Verlet
419       Generate a pair list with buffering. The buffer size is
420       automatically set based on :mdp:`verlet-buffer-tolerance`,
421       unless this is set to -1, in which case :mdp:`rlist` will be
422       used. This option has an explicit, exact cut-off at :mdp:`rvdw`
423       equal to :mdp:`rcoulomb`, unless PME or Ewald is used, in which
424       case :mdp:`rcoulomb` > :mdp:`rvdw` is allowed. Currently only
425       cut-off, reaction-field, PME or Ewald electrostatics and plain
426       LJ are supported. Some :ref:`gmx mdrun` functionality is not yet
427       supported with the :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet` scheme, but :ref:`gmx grompp`
428       checks for this. Native GPU acceleration is only supported with
429       :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet`. With GPU-accelerated PME or with separate PME
430       ranks, :ref:`gmx mdrun` will automatically tune the CPU/GPU load
431       balance by scaling :mdp:`rcoulomb` and the grid spacing. This
432       can be turned off with ``mdrun -notunepme``. :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet` is
433       faster than :mdp-value:`cutoff-scheme=group` when there is no water, or if
434       :mdp-value:`cutoff-scheme=group` would use a pair-list buffer to conserve energy.
436    .. mdp-value:: group
438       Generate a pair list for groups of atoms. These groups
439       correspond to the charge groups in the topology. This was the
440       only cut-off treatment scheme before version 4.6, and is
441       **deprecated in |gmx-version|**. There is no explicit buffering of
442       the pair list. This enables efficient force calculations for
443       water, but energy is only conserved when a buffer is explicitly
444       added.
446 .. mdp:: nstlist
448    \(10) \[steps\]
450    .. mdp-value:: >0
452       Frequency to update the neighbor list. When this is 0, the
453       neighbor list is made only once. With energy minimization the
454       neighborlist will be updated for every energy evaluation when
455       :mdp:`nstlist` is greater than 0. With :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet` and
456       :mdp:`verlet-buffer-tolerance` set, :mdp:`nstlist` is actually
457       a minimum value and :ref:`gmx mdrun` might increase it, unless
458       it is set to 1. With parallel simulations and/or non-bonded
459       force calculation on the GPU, a value of 20 or 40 often gives
460       the best performance. With :mdp-value:`cutoff-scheme=group` and non-exact
461       cut-off's, :mdp:`nstlist` will affect the accuracy of your
462       simulation and it can not be chosen freely.
464    .. mdp-value:: 0
466       The neighbor list is only constructed once and never
467       updated. This is mainly useful for vacuum simulations in which
468       all particles see each other.
470    .. mdp-value:: <0
472       Unused.
474 .. mdp:: ns-type
476    .. mdp-value:: grid
478       Make a grid in the box and only check atoms in neighboring grid
479       cells when constructing a new neighbor list every
480       :mdp:`nstlist` steps. In large systems grid search is much
481       faster than simple search.
483    .. mdp-value:: simple
485       Check every atom in the box when constructing a new neighbor
486       list every :mdp:`nstlist` steps (only with :mdp-value:`cutoff-scheme=group`
487       cut-off scheme).
489 .. mdp:: pbc
491    .. mdp-value:: xyz
493       Use periodic boundary conditions in all directions.
495    .. mdp-value:: no
497       Use no periodic boundary conditions, ignore the box. To simulate
498       without cut-offs, set all cut-offs and :mdp:`nstlist` to 0. For
499       best performance without cut-offs on a single MPI rank, set
500       :mdp:`nstlist` to zero and :mdp:`ns-type` =simple.
502    .. mdp-value:: xy
504       Use periodic boundary conditions in x and y directions
505       only. This works only with :mdp:`ns-type` =grid and can be used
506       in combination with walls_. Without walls or with only one wall
507       the system size is infinite in the z direction. Therefore
508       pressure coupling or Ewald summation methods can not be
509       used. These disadvantages do not apply when two walls are used.
511 .. mdp:: periodic-molecules
513    .. mdp-value:: no
515       molecules are finite, fast molecular PBC can be used
517    .. mdp-value:: yes
519       for systems with molecules that couple to themselves through the
520       periodic boundary conditions, this requires a slower PBC
521       algorithm and molecules are not made whole in the output
523 .. mdp:: verlet-buffer-tolerance
525    (0.005) \[kJ/mol/ps\]
527    Useful only with the :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet` :mdp:`cutoff-scheme`. This sets
528    the maximum allowed error for pair interactions per particle caused
529    by the Verlet buffer, which indirectly sets :mdp:`rlist`. As both
530    :mdp:`nstlist` and the Verlet buffer size are fixed (for
531    performance reasons), particle pairs not in the pair list can
532    occasionally get within the cut-off distance during
533    :mdp:`nstlist` -1 steps. This causes very small jumps in the
534    energy. In a constant-temperature ensemble, these very small energy
535    jumps can be estimated for a given cut-off and :mdp:`rlist`. The
536    estimate assumes a homogeneous particle distribution, hence the
537    errors might be slightly underestimated for multi-phase
538    systems. (See the `reference manual`_ for details). For longer
539    pair-list life-time (:mdp:`nstlist` -1) * :mdp:`dt` the buffer is
540    overestimated, because the interactions between particles are
541    ignored. Combined with cancellation of errors, the actual drift of
542    the total energy is usually one to two orders of magnitude
543    smaller. Note that the generated buffer size takes into account
544    that the |Gromacs| pair-list setup leads to a reduction in the
545    drift by a factor 10, compared to a simple particle-pair based
546    list. Without dynamics (energy minimization etc.), the buffer is 5%
547    of the cut-off. For NVE simulations the initial temperature is
548    used, unless this is zero, in which case a buffer of 10% is
549    used. For NVE simulations the tolerance usually needs to be lowered
550    to achieve proper energy conservation on the nanosecond time
551    scale. To override the automated buffer setting, use
552    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` =-1 and set :mdp:`rlist` manually.
554 .. mdp:: rlist
556    (1) \[nm\]
557    Cut-off distance for the short-range neighbor list. With the
558    :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet` :mdp:`cutoff-scheme`, this is by default set by the
559    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` option and the value of
560    :mdp:`rlist` is ignored.
563 Electrostatics
564 ^^^^^^^^^^^^^^
566 .. mdp:: coulombtype
568    .. mdp-value:: Cut-off
570       Plain cut-off with neighborlist radius :mdp:`rlist` and
571       Coulomb cut-off :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >=
572       :mdp:`rcoulomb`.
574    .. mdp-value:: Ewald
576       Classical Ewald sum electrostatics. The real-space cut-off
577       :mdp:`rcoulomb` should be equal to :mdp:`rlist`. Use *e.g.*
578       :mdp:`rlist` =0.9, :mdp:`rcoulomb` =0.9. The highest magnitude
579       of wave vectors used in reciprocal space is controlled by
580       :mdp:`fourierspacing`. The relative accuracy of
581       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol`.
583       NOTE: Ewald scales as O(N^3/2) and is thus extremely slow for
584       large systems. It is included mainly for reference - in most
585       cases PME will perform much better.
587    .. mdp-value:: PME
589       Fast smooth Particle-Mesh Ewald (SPME) electrostatics. Direct
590       space is similar to the Ewald sum, while the reciprocal part is
591       performed with FFTs. Grid dimensions are controlled with
592       :mdp:`fourierspacing` and the interpolation order with
593       :mdp:`pme-order`. With a grid spacing of 0.1 nm and cubic
594       interpolation the electrostatic forces have an accuracy of
595       2-3*10^-4. Since the error from the vdw-cutoff is larger than
596       this you might try 0.15 nm. When running in parallel the
597       interpolation parallelizes better than the FFT, so try
598       decreasing grid dimensions while increasing interpolation.
600    .. mdp-value:: P3M-AD
602       Particle-Particle Particle-Mesh algorithm with analytical
603       derivative for for long range electrostatic interactions. The
604       method and code is identical to SPME, except that the influence
605       function is optimized for the grid. This gives a slight increase
606       in accuracy.
608    .. mdp-value:: Reaction-Field
610       Reaction field electrostatics with Coulomb cut-off
611       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`. The
612       dielectric constant beyond the cut-off is
613       :mdp:`epsilon-rf`. The dielectric constant can be set to
614       infinity by setting :mdp:`epsilon-rf` =0.
616    .. mdp-value:: Generalized-Reaction-Field
618       Generalized reaction field with Coulomb cut-off
619       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rcoulomb`. The
620       dielectric constant beyond the cut-off is
621       :mdp:`epsilon-rf`. The ionic strength is computed from the
622       number of charged (*i.e.* with non zero charge) charge
623       groups. The temperature for the GRF potential is set with
624       :mdp:`ref-t`.
626    .. mdp-value:: Reaction-Field-zero
628       In |Gromacs|, normal reaction-field electrostatics with
629       :mdp:`cutoff-scheme` = :mdp-value:`cutoff-scheme=group` leads to bad energy
630       conservation. :mdp-value:`coulombtype=Reaction-Field-zero` solves this by making
631       the potential zero beyond the cut-off. It can only be used with
632       an infinite dielectric constant (:mdp:`epsilon-rf` =0), because
633       only for that value the force vanishes at the
634       cut-off. :mdp:`rlist` should be 0.1 to 0.3 nm larger than
635       :mdp:`rcoulomb` to accommodate for the size of charge groups
636       and diffusion between neighbor list updates. This, and the fact
637       that table lookups are used instead of analytical functions make
638       :mdp-value:`coulombtype=Reaction-Field-zero` computationally more expensive than
639       normal reaction-field.
641    .. mdp-value:: Shift
643       Analogous to :mdp-value:`vdwtype=Shift` for :mdp:`vdwtype`. You
644       might want to use :mdp-value:`coulombtype=Reaction-Field-zero` instead, which has
645       a similar potential shape, but has a physical interpretation and
646       has better energies due to the exclusion correction terms.
648    .. mdp-value:: Encad-Shift
650       The Coulomb potential is decreased over the whole range, using
651       the definition from the Encad simulation package.
653    .. mdp-value:: Switch
655       Analogous to :mdp-value:`vdwtype=Switch` for
656       :mdp:`vdwtype`. Switching the Coulomb potential can lead to
657       serious artifacts, advice: use :mdp-value:`coulombtype=Reaction-Field-zero`
658       instead.
660    .. mdp-value:: User
662       :ref:`gmx mdrun` will now expect to find a file ``table.xvg``
663       with user-defined potential functions for repulsion, dispersion
664       and Coulomb. When pair interactions are present, :ref:`gmx
665       mdrun` also expects to find a file ``tablep.xvg`` for the pair
666       interactions. When the same interactions should be used for
667       non-bonded and pair interactions the user can specify the same
668       file name for both table files. These files should contain 7
669       columns: the ``x`` value, ``f(x)``, ``-f'(x)``, ``g(x)``,
670       ``-g'(x)``, ``h(x)``, ``-h'(x)``, where ``f(x)`` is the Coulomb
671       function, ``g(x)`` the dispersion function and ``h(x)`` the
672       repulsion function. When :mdp:`vdwtype` is not set to User the
673       values for ``g``, ``-g'``, ``h`` and ``-h'`` are ignored. For
674       the non-bonded interactions ``x`` values should run from 0 to
675       the largest cut-off distance + :mdp:`table-extension` and
676       should be uniformly spaced. For the pair interactions the table
677       length in the file will be used. The optimal spacing, which is
678       used for non-user tables, is ``0.002 nm`` when you run in mixed
679       precision or ``0.0005 nm`` when you run in double precision. The
680       function value at ``x=0`` is not important. More information is
681       in the printed manual.
683    .. mdp-value:: PME-Switch
685       A combination of PME and a switch function for the direct-space
686       part (see above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
687       :mdp:`rlist`. This is mainly useful constant energy simulations
688       (note that using PME with :mdp:`cutoff-scheme` = :mdp-value:`cutoff-scheme=Verlet`
689       will be more efficient).
691    .. mdp-value:: PME-User
693       A combination of PME and user tables (see
694       above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
695       :mdp:`rlist`. The PME mesh contribution is subtracted from the
696       user table by :ref:`gmx mdrun`. Because of this subtraction the
697       user tables should contain about 10 decimal places.
699    .. mdp-value:: PME-User-Switch
701       A combination of PME-User and a switching function (see
702       above). The switching function is applied to final
703       particle-particle interaction, *i.e.* both to the user supplied
704       function and the PME Mesh correction part.
706 .. mdp:: coulomb-modifier
708    .. mdp-value:: Potential-shift-Verlet
710       Selects Potential-shift with the Verlet cutoff-scheme, as it is
711       (nearly) free; selects None with the group cutoff-scheme.
713    .. mdp-value:: Potential-shift
715       Shift the Coulomb potential by a constant such that it is zero
716       at the cut-off. This makes the potential the integral of the
717       force. Note that this does not affect the forces or the
718       sampling.
720    .. mdp-value:: None
722       Use an unmodified Coulomb potential. With the group scheme this
723       means no exact cut-off is used, energies and forces are
724       calculated for all pairs in the neighborlist.
726 .. mdp:: rcoulomb-switch
728    (0) \[nm\]
729    where to start switching the Coulomb potential, only relevant
730    when force or potential switching is used
732 .. mdp:: rcoulomb
734    (1) \[nm\]
735    distance for the Coulomb cut-off
737 .. mdp:: epsilon-r
739    (1)
740    The relative dielectric constant. A value of 0 means infinity.
742 .. mdp:: epsilon-rf
744    (0)
745    The relative dielectric constant of the reaction field. This
746    is only used with reaction-field electrostatics. A value of 0
747    means infinity.
750 Van der Waals
751 ^^^^^^^^^^^^^
753 .. mdp:: vdwtype
755    .. mdp-value:: Cut-off
757       Twin range cut-offs with neighbor list cut-off :mdp:`rlist` and
758       VdW cut-off :mdp:`rvdw`, where :mdp:`rvdw` >= :mdp:`rlist`.
760    .. mdp-value:: PME
762       Fast smooth Particle-mesh Ewald (SPME) for VdW interactions. The
763       grid dimensions are controlled with :mdp:`fourierspacing` in
764       the same way as for electrostatics, and the interpolation order
765       is controlled with :mdp:`pme-order`. The relative accuracy of
766       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol-lj`,
767       and the specific combination rules that are to be used by the
768       reciprocal routine are set using :mdp:`lj-pme-comb-rule`.
770    .. mdp-value:: Shift
772       This functionality is deprecated and replaced by
773       :mdp:`vdw-modifier` = Force-switch. The LJ (not Buckingham)
774       potential is decreased over the whole range and the forces decay
775       smoothly to zero between :mdp:`rvdw-switch` and
776       :mdp:`rvdw`. The neighbor search cut-off :mdp:`rlist` should
777       be 0.1 to 0.3 nm larger than :mdp:`rvdw` to accommodate for the
778       size of charge groups and diffusion between neighbor list
779       updates.
781    .. mdp-value:: Switch
783       This functionality is deprecated and replaced by
784       :mdp:`vdw-modifier` = Potential-switch. The LJ (not Buckingham)
785       potential is normal out to :mdp:`rvdw-switch`, after which it
786       is switched off to reach zero at :mdp:`rvdw`. Both the
787       potential and force functions are continuously smooth, but be
788       aware that all switch functions will give rise to a bulge
789       (increase) in the force (since we are switching the
790       potential). The neighbor search cut-off :mdp:`rlist` should be
791       0.1 to 0.3 nm larger than :mdp:`rvdw` to accommodate for the
792       size of charge groups and diffusion between neighbor list
793       updates.
795    .. mdp-value:: Encad-Shift
797       The LJ (not Buckingham) potential is decreased over the whole
798       range, using the definition from the Encad simulation package.
800    .. mdp-value:: User
802       See user for :mdp:`coulombtype`. The function value at zero is
803       not important. When you want to use LJ correction, make sure
804       that :mdp:`rvdw` corresponds to the cut-off in the user-defined
805       function. When :mdp:`coulombtype` is not set to User the values
806       for the ``f`` and ``-f'`` columns are ignored.
808 .. mdp:: vdw-modifier
810    .. mdp-value:: Potential-shift-Verlet
812       Selects Potential-shift with the Verlet cutoff-scheme, as it is
813       (nearly) free; selects None with the group cutoff-scheme.
815    .. mdp-value:: Potential-shift
817       Shift the Van der Waals potential by a constant such that it is
818       zero at the cut-off. This makes the potential the integral of
819       the force. Note that this does not affect the forces or the
820       sampling.
822    .. mdp-value:: None
824       Use an unmodified Van der Waals potential. With the group scheme
825       this means no exact cut-off is used, energies and forces are
826       calculated for all pairs in the neighborlist.
828    .. mdp-value:: Force-switch
830       Smoothly switches the forces to zero between :mdp:`rvdw-switch`
831       and :mdp:`rvdw`. This shifts the potential shift over the whole
832       range and switches it to zero at the cut-off. Note that this is
833       more expensive to calculate than a plain cut-off and it is not
834       required for energy conservation, since Potential-shift
835       conserves energy just as well.
837    .. mdp-value:: Potential-switch
839       Smoothly switches the potential to zero between
840       :mdp:`rvdw-switch` and :mdp:`rvdw`. Note that this introduces
841       articifically large forces in the switching region and is much
842       more expensive to calculate. This option should only be used if
843       the force field you are using requires this.
845 .. mdp:: rvdw-switch
847    (0) \[nm\]
849    where to start switching the LJ force and possibly the potential,
850    only relevant when force or potential switching is used
852 .. mdp:: rvdw
854    (1) \[nm\]
855    distance for the LJ or Buckingham cut-off
857 .. mdp:: DispCorr
859    .. mdp-value:: no
861       don't apply any correction
863    .. mdp-value:: EnerPres
865       apply long range dispersion corrections for Energy and Pressure
867    .. mdp-value:: Ener
869       apply long range dispersion corrections for Energy only
872 Tables
873 ^^^^^^
875 .. mdp:: table-extension
877    (1) \[nm\]
878    Extension of the non-bonded potential lookup tables beyond the
879    largest cut-off distance. The value should be large enough to
880    account for charge group sizes and the diffusion between
881    neighbor-list updates. Without user defined potential the same
882    table length is used for the lookup tables for the 1-4
883    interactions, which are always tabulated irrespective of the use of
884    tables for the non-bonded interactions. The value of
885    :mdp:`table-extension` in no way affects the values of
886    :mdp:`rlist`, :mdp:`rcoulomb`, or :mdp:`rvdw`.
888 .. mdp:: energygrp-table
890    When user tables are used for electrostatics and/or VdW, here one
891    can give pairs of energy groups for which seperate user tables
892    should be used. The two energy groups will be appended to the table
893    file name, in order of their definition in :mdp:`energygrps`,
894    seperated by underscores. For example, if ``energygrps = Na Cl
895    Sol`` and ``energygrp-table = Na Na Na Cl``, :ref:`gmx mdrun` will
896    read ``table_Na_Na.xvg`` and ``table_Na_Cl.xvg`` in addition to the
897    normal ``table.xvg`` which will be used for all other energy group
898    pairs.
901 Ewald
902 ^^^^^
904 .. mdp:: fourierspacing
906    (0.12) \[nm\]
907    For ordinary Ewald, the ratio of the box dimensions and the spacing
908    determines a lower bound for the number of wave vectors to use in
909    each (signed) direction. For PME and P3M, that ratio determines a
910    lower bound for the number of Fourier-space grid points that will
911    be used along that axis. In all cases, the number for each
912    direction can be overridden by entering a non-zero value for that
913    :mdp:`fourier-nx` direction. For optimizing the relative load of
914    the particle-particle interactions and the mesh part of PME, it is
915    useful to know that the accuracy of the electrostatics remains
916    nearly constant when the Coulomb cut-off and the PME grid spacing
917    are scaled by the same factor.
919 .. mdp:: fourier-nx
920 .. mdp:: fourier-ny
921 .. mdp:: fourier-nz
923    (0)
924    Highest magnitude of wave vectors in reciprocal space when using Ewald.
925    Grid size when using PME or P3M. These values override
926    :mdp:`fourierspacing` per direction. The best choice is powers of
927    2, 3, 5 and 7. Avoid large primes.
929 .. mdp:: pme-order
931    (4)
932    Interpolation order for PME. 4 equals cubic interpolation. You
933    might try 6/8/10 when running in parallel and simultaneously
934    decrease grid dimension.
936 .. mdp:: ewald-rtol
938    (1e-5)
939    The relative strength of the Ewald-shifted direct potential at
940    :mdp:`rcoulomb` is given by :mdp:`ewald-rtol`. Decreasing this
941    will give a more accurate direct sum, but then you need more wave
942    vectors for the reciprocal sum.
944 .. mdp:: ewald-rtol-lj
946    (1e-3)
947    When doing PME for VdW-interactions, :mdp:`ewald-rtol-lj` is used
948    to control the relative strength of the dispersion potential at
949    :mdp:`rvdw` in the same way as :mdp:`ewald-rtol` controls the
950    electrostatic potential.
952 .. mdp:: lj-pme-comb-rule
954    (Geometric)
955    The combination rules used to combine VdW-parameters in the
956    reciprocal part of LJ-PME. Geometric rules are much faster than
957    Lorentz-Berthelot and usually the recommended choice, even when the
958    rest of the force field uses the Lorentz-Berthelot rules.
960    .. mdp-value:: Geometric
962       Apply geometric combination rules
964    .. mdp-value:: Lorentz-Berthelot
966       Apply Lorentz-Berthelot combination rules
968 .. mdp:: ewald-geometry
970    .. mdp-value:: 3d
972       The Ewald sum is performed in all three dimensions.
974    .. mdp-value:: 3dc
976       The reciprocal sum is still performed in 3D, but a force and
977       potential correction applied in the `z` dimension to produce a
978       pseudo-2D summation. If your system has a slab geometry in the
979       `x-y` plane you can try to increase the `z`-dimension of the box
980       (a box height of 3 times the slab height is usually ok) and use
981       this option.
983 .. mdp:: epsilon-surface
985    (0)
986    This controls the dipole correction to the Ewald summation in
987    3D. The default value of zero means it is turned off. Turn it on by
988    setting it to the value of the relative permittivity of the
989    imaginary surface around your infinite system. Be careful - you
990    shouldn't use this if you have free mobile charges in your
991    system. This value does not affect the slab 3DC variant of the long
992    range corrections.
995 Temperature coupling
996 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
998 .. mdp:: tcoupl
1000    .. mdp-value:: no
1002       No temperature coupling.
1004    .. mdp-value:: berendsen
1006       Temperature coupling with a Berendsen-thermostat to a bath with
1007       temperature :mdp:`ref-t`, with time constant
1008       :mdp:`tau-t`. Several groups can be coupled separately, these
1009       are specified in the :mdp:`tc-grps` field separated by spaces.
1011    .. mdp-value:: nose-hoover
1013       Temperature coupling using a Nose-Hoover extended ensemble. The
1014       reference temperature and coupling groups are selected as above,
1015       but in this case :mdp:`tau-t` controls the period of the
1016       temperature fluctuations at equilibrium, which is slightly
1017       different from a relaxation time. For NVT simulations the
1018       conserved energy quantity is written to energy and log file.
1020    .. mdp-value:: andersen
1022       Temperature coupling by randomizing a fraction of the particles
1023       at each timestep. Reference temperature and coupling groups are
1024       selected as above. :mdp:`tau-t` is the average time between
1025       randomization of each molecule. Inhibits particle dynamics
1026       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
1027       implemented with velocity Verlet, and not implemented with
1028       constraints.
1030    .. mdp-value:: andersen-massive
1032       Temperature coupling by randomizing all particles at infrequent
1033       timesteps. Reference temperature and coupling groups are
1034       selected as above. :mdp:`tau-t` is the time between
1035       randomization of all molecules. Inhibits particle dynamics
1036       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
1037       implemented with velocity Verlet.
1039    .. mdp-value:: v-rescale
1041       Temperature coupling using velocity rescaling with a stochastic
1042       term (JCP 126, 014101). This thermostat is similar to Berendsen
1043       coupling, with the same scaling using :mdp:`tau-t`, but the
1044       stochastic term ensures that a proper canonical ensemble is
1045       generated. The random seed is set with :mdp:`ld-seed`. This
1046       thermostat works correctly even for :mdp:`tau-t` =0. For NVT
1047       simulations the conserved energy quantity is written to the
1048       energy and log file.
1050 .. mdp:: nsttcouple
1052    (-1)
1053    The frequency for coupling the temperature. The default value of -1
1054    sets :mdp:`nsttcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
1055    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
1056    Verlet integrators :mdp:`nsttcouple` is set to 1.
1058 .. mdp:: nh-chain-length
1060    (10)
1061    The number of chained Nose-Hoover thermostats for velocity Verlet
1062    integrators, the leap-frog :mdp-value:`integrator=md` integrator
1063    only supports 1. Data for the NH chain variables is not printed to
1064    the :ref:`edr` file, but can be using the ``GMX_NOSEHOOVER_CHAINS``
1065    environment variable
1067 .. mdp:: tc-grps
1069    groups to couple to separate temperature baths
1071 .. mdp:: tau-t
1073    \[ps\]
1074    time constant for coupling (one for each group in
1075    :mdp:`tc-grps`), -1 means no temperature coupling
1077 .. mdp:: ref-t
1079    \[K\]
1080    reference temperature for coupling (one for each group in
1081    :mdp:`tc-grps`)
1084 Pressure coupling
1085 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1087 .. mdp:: pcoupl
1089    .. mdp-value:: no
1091       No pressure coupling. This means a fixed box size.
1093    .. mdp-value:: Berendsen
1095       Exponential relaxation pressure coupling with time constant
1096       :mdp:`tau-p`. The box is scaled every timestep. It has been
1097       argued that this does not yield a correct thermodynamic
1098       ensemble, but it is the most efficient way to scale a box at the
1099       beginning of a run.
1101    .. mdp-value:: Parrinello-Rahman
1103       Extended-ensemble pressure coupling where the box vectors are
1104       subject to an equation of motion. The equation of motion for the
1105       atoms is coupled to this. No instantaneous scaling takes
1106       place. As for Nose-Hoover temperature coupling the time constant
1107       :mdp:`tau-p` is the period of pressure fluctuations at
1108       equilibrium. This is probably a better method when you want to
1109       apply pressure scaling during data collection, but beware that
1110       you can get very large oscillations if you are starting from a
1111       different pressure. For simulations where the exact fluctation
1112       of the NPT ensemble are important, or if the pressure coupling
1113       time is very short it may not be appropriate, as the previous
1114       time step pressure is used in some steps of the |Gromacs|
1115       implementation for the current time step pressure.
1117    .. mdp-value:: MTTK
1119       Martyna-Tuckerman-Tobias-Klein implementation, only useable with
1120       :mdp-value:`integrator=md-vv` or :mdp-value:`integrator=md-vv-avek`, very similar to
1121       Parrinello-Rahman. As for Nose-Hoover temperature coupling the
1122       time constant :mdp:`tau-p` is the period of pressure
1123       fluctuations at equilibrium. This is probably a better method
1124       when you want to apply pressure scaling during data collection,
1125       but beware that you can get very large oscillations if you are
1126       starting from a different pressure. Currently (as of version
1127       5.1), it only supports isotropic scaling, and only works without
1128       constraints.
1130 .. mdp:: pcoupltype
1132    Specifies the kind of isotropy of the pressure coupling used. Each
1133    kind takes one or more values for :mdp:`compressibility` and
1134    :mdp:`ref-p`. Only a single value is permitted for :mdp:`tau-p`.
1136    .. mdp-value:: isotropic
1138       Isotropic pressure coupling with time constant
1139       :mdp:`tau-p`. One value each for :mdp:`compressibility` and
1140       :mdp:`ref-p` is required.
1142    .. mdp-value:: semiisotropic
1144       Pressure coupling which is isotropic in the ``x`` and ``y``
1145       direction, but different in the ``z`` direction. This can be
1146       useful for membrane simulations. Two values each for
1147       :mdp:`compressibility` and :mdp:`ref-p` are required, for
1148       ``x/y`` and ``z`` directions respectively.
1150    .. mdp-value:: anisotropic
1152       Same as before, but 6 values are needed for ``xx``, ``yy``, ``zz``,
1153       ``xy/yx``, ``xz/zx`` and ``yz/zy`` components,
1154       respectively. When the off-diagonal compressibilities are set to
1155       zero, a rectangular box will stay rectangular. Beware that
1156       anisotropic scaling can lead to extreme deformation of the
1157       simulation box.
1159    .. mdp-value:: surface-tension
1161       Surface tension coupling for surfaces parallel to the
1162       xy-plane. Uses normal pressure coupling for the `z`-direction,
1163       while the surface tension is coupled to the `x/y` dimensions of
1164       the box. The first :mdp:`ref-p` value is the reference surface
1165       tension times the number of surfaces ``bar nm``, the second
1166       value is the reference `z`-pressure ``bar``. The two
1167       :mdp:`compressibility` values are the compressibility in the
1168       `x/y` and `z` direction respectively. The value for the
1169       `z`-compressibility should be reasonably accurate since it
1170       influences the convergence of the surface-tension, it can also
1171       be set to zero to have a box with constant height.
1173 .. mdp:: nstpcouple
1175    (-1)
1176    The frequency for coupling the pressure. The default value of -1
1177    sets :mdp:`nstpcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
1178    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
1179    Verlet integrators :mdp:`nstpcouple` is set to 1.
1181 .. mdp:: tau-p
1183    (1) \[ps\]
1184    The time constant for pressure coupling (one value for all
1185    directions).
1187 .. mdp:: compressibility
1189    \[bar^-1\]
1190    The compressibility (NOTE: this is now really in bar^-1) For water at 1
1191    atm and 300 K the compressibility is 4.5e-5 bar^-1. The number of
1192    required values is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1194 .. mdp:: ref-p
1196    \[bar\]
1197    The reference pressure for coupling. The number of required values
1198    is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1200 .. mdp:: refcoord-scaling
1202    .. mdp-value:: no
1204       The reference coordinates for position restraints are not
1205       modified. Note that with this option the virial and pressure
1206       will depend on the absolute positions of the reference
1207       coordinates.
1209    .. mdp-value:: all
1211       The reference coordinates are scaled with the scaling matrix of
1212       the pressure coupling.
1214    .. mdp-value:: com
1216       Scale the center of mass of the reference coordinates with the
1217       scaling matrix of the pressure coupling. The vectors of each
1218       reference coordinate to the center of mass are not scaled. Only
1219       one COM is used, even when there are multiple molecules with
1220       position restraints. For calculating the COM of the reference
1221       coordinates in the starting configuration, periodic boundary
1222       conditions are not taken into account.
1225 Simulated annealing
1226 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1228 Simulated annealing is controlled separately for each temperature
1229 group in |Gromacs|. The reference temperature is a piecewise linear
1230 function, but you can use an arbitrary number of points for each
1231 group, and choose either a single sequence or a periodic behaviour for
1232 each group. The actual annealing is performed by dynamically changing
1233 the reference temperature used in the thermostat algorithm selected,
1234 so remember that the system will usually not instantaneously reach the
1235 reference temperature!
1237 .. mdp:: annealing
1239    Type of annealing for each temperature group
1241    .. mdp-value:: no
1243        No simulated annealing - just couple to reference temperature value.
1245    .. mdp-value:: single
1247        A single sequence of annealing points. If your simulation is
1248        longer than the time of the last point, the temperature will be
1249        coupled to this constant value after the annealing sequence has
1250        reached the last time point.
1252    .. mdp-value:: periodic
1254        The annealing will start over at the first reference point once
1255        the last reference time is reached. This is repeated until the
1256        simulation ends.
1258 .. mdp:: annealing-npoints
1260    A list with the number of annealing reference/control points used
1261    for each temperature group. Use 0 for groups that are not
1262    annealed. The number of entries should equal the number of
1263    temperature groups.
1265 .. mdp:: annealing-time
1267    List of times at the annealing reference/control points for each
1268    group. If you are using periodic annealing, the times will be used
1269    modulo the last value, *i.e.* if the values are 0, 5, 10, and 15,
1270    the coupling will restart at the 0ps value after 15ps, 30ps, 45ps,
1271    etc. The number of entries should equal the sum of the numbers
1272    given in :mdp:`annealing-npoints`.
1274 .. mdp:: annealing-temp
1276    List of temperatures at the annealing reference/control points for
1277    each group. The number of entries should equal the sum of the
1278    numbers given in :mdp:`annealing-npoints`.
1280 Confused? OK, let's use an example. Assume you have two temperature
1281 groups, set the group selections to ``annealing = single periodic``,
1282 the number of points of each group to ``annealing-npoints = 3 4``, the
1283 times to ``annealing-time = 0 3 6 0 2 4 6`` and finally temperatures
1284 to ``annealing-temp = 298 280 270 298 320 320 298``. The first group
1285 will be coupled to 298K at 0ps, but the reference temperature will
1286 drop linearly to reach 280K at 3ps, and then linearly between 280K and
1287 270K from 3ps to 6ps. After this is stays constant, at 270K. The
1288 second group is coupled to 298K at 0ps, it increases linearly to 320K
1289 at 2ps, where it stays constant until 4ps. Between 4ps and 6ps it
1290 decreases to 298K, and then it starts over with the same pattern
1291 again, *i.e.* rising linearly from 298K to 320K between 6ps and
1292 8ps. Check the summary printed by :ref:`gmx grompp` if you are unsure!
1295 Velocity generation
1296 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1298 .. mdp:: gen-vel
1300    .. mdp-value:: no
1302         Do not generate velocities. The velocities are set to zero
1303         when there are no velocities in the input structure file.
1305    .. mdp-value:: yes
1307         Generate velocities in :ref:`gmx grompp` according to a
1308         Maxwell distribution at temperature :mdp:`gen-temp`, with
1309         random seed :mdp:`gen-seed`. This is only meaningful with
1310         integrator :mdp-value:`integrator=md`.
1312 .. mdp:: gen-temp
1314    (300) \[K\]
1315    temperature for Maxwell distribution
1317 .. mdp:: gen-seed
1319    (-1) \[integer\]
1320    used to initialize random generator for random velocities,
1321    when :mdp:`gen-seed` is set to -1, a pseudo random seed is
1322    used.
1325 Bonds
1326 ^^^^^
1328 .. mdp:: constraints
1330    .. mdp-value:: none
1332       No constraints except for those defined explicitly in the
1333       topology, *i.e.* bonds are represented by a harmonic (or other)
1334       potential or a Morse potential (depending on the setting of
1335       :mdp:`morse`) and angles by a harmonic (or other) potential.
1337    .. mdp-value:: h-bonds
1339       Convert the bonds with H-atoms to constraints.
1341    .. mdp-value:: all-bonds
1343       Convert all bonds to constraints.
1345    .. mdp-value:: h-angles
1347       Convert all bonds and additionally the angles that involve
1348       H-atoms to bond-constraints.
1350    .. mdp-value:: all-angles
1352       Convert all bonds and angles to bond-constraints.
1354 .. mdp:: constraint-algorithm
1356    .. mdp-value:: LINCS
1358       LINear Constraint Solver. With domain decomposition the parallel
1359       version P-LINCS is used. The accuracy in set with
1360       :mdp:`lincs-order`, which sets the number of matrices in the
1361       expansion for the matrix inversion. After the matrix inversion
1362       correction the algorithm does an iterative correction to
1363       compensate for lengthening due to rotation. The number of such
1364       iterations can be controlled with :mdp:`lincs-iter`. The root
1365       mean square relative constraint deviation is printed to the log
1366       file every :mdp:`nstlog` steps. If a bond rotates more than
1367       :mdp:`lincs-warnangle` in one step, a warning will be printed
1368       both to the log file and to ``stderr``. LINCS should not be used
1369       with coupled angle constraints.
1371    .. mdp-value:: SHAKE
1373       SHAKE is slightly slower and less stable than LINCS, but does
1374       work with angle constraints. The relative tolerance is set with
1375       :mdp:`shake-tol`, 0.0001 is a good value for "normal" MD. SHAKE
1376       does not support constraints between atoms on different nodes,
1377       thus it can not be used with domain decompositon when inter
1378       charge-group constraints are present. SHAKE can not be used with
1379       energy minimization.
1381 .. mdp:: continuation
1383    This option was formerly known as unconstrained-start.
1385    .. mdp-value:: no
1387       apply constraints to the start configuration and reset shells
1389    .. mdp-value:: yes
1391       do not apply constraints to the start configuration and do not
1392       reset shells, useful for exact coninuation and reruns
1394 .. mdp:: shake-tol
1396    (0.0001)
1397    relative tolerance for SHAKE
1399 .. mdp:: lincs-order
1401    (4)
1402    Highest order in the expansion of the constraint coupling
1403    matrix. When constraints form triangles, an additional expansion of
1404    the same order is applied on top of the normal expansion only for
1405    the couplings within such triangles. For "normal" MD simulations an
1406    order of 4 usually suffices, 6 is needed for large time-steps with
1407    virtual sites or BD. For accurate energy minimization an order of 8
1408    or more might be required. With domain decomposition, the cell size
1409    is limited by the distance spanned by :mdp:`lincs-order` +1
1410    constraints. When one wants to scale further than this limit, one
1411    can decrease :mdp:`lincs-order` and increase :mdp:`lincs-iter`,
1412    since the accuracy does not deteriorate when (1+ :mdp:`lincs-iter`
1413    )* :mdp:`lincs-order` remains constant.
1415 .. mdp:: lincs-iter
1417    (1)
1418    Number of iterations to correct for rotational lengthening in
1419    LINCS. For normal runs a single step is sufficient, but for NVE
1420    runs where you want to conserve energy accurately or for accurate
1421    energy minimization you might want to increase it to 2.
1423 .. mdp:: lincs-warnangle
1425    (30) \[deg\]
1426    maximum angle that a bond can rotate before LINCS will complain
1428 .. mdp:: morse
1430    .. mdp-value:: no
1432       bonds are represented by a harmonic potential
1434    .. mdp-value:: yes
1436       bonds are represented by a Morse potential
1439 Energy group exclusions
1440 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1442 .. mdp:: energygrp-excl
1444    Pairs of energy groups for which all non-bonded interactions are
1445    excluded. An example: if you have two energy groups ``Protein`` and
1446    ``SOL``, specifying ``energygrp-excl = Protein Protein SOL SOL``
1447    would give only the non-bonded interactions between the protein and
1448    the solvent. This is especially useful for speeding up energy
1449    calculations with ``mdrun -rerun`` and for excluding interactions
1450    within frozen groups.
1453 Walls
1454 ^^^^^
1456 .. mdp:: nwall
1458    (0)
1459    When set to 1 there is a wall at ``z=0``, when set to 2 there is
1460    also a wall at ``z=z-box``. Walls can only be used with :mdp:`pbc`
1461    ``=xy``. When set to 2 pressure coupling and Ewald summation can be
1462    used (it is usually best to use semiisotropic pressure coupling
1463    with the ``x/y`` compressibility set to 0, as otherwise the surface
1464    area will change). Walls interact wit the rest of the system
1465    through an optional :mdp:`wall-atomtype`. Energy groups ``wall0``
1466    and ``wall1`` (for :mdp:`nwall` =2) are added automatically to
1467    monitor the interaction of energy groups with each wall. The center
1468    of mass motion removal will be turned off in the ``z``-direction.
1470 .. mdp:: wall-atomtype
1472    the atom type name in the force field for each wall. By (for
1473    example) defining a special wall atom type in the topology with its
1474    own combination rules, this allows for independent tuning of the
1475    interaction of each atomtype with the walls.
1477 .. mdp:: wall-type
1479    .. mdp-value:: 9-3
1481       LJ integrated over the volume behind the wall: 9-3 potential
1483    .. mdp-value:: 10-4
1485       LJ integrated over the wall surface: 10-4 potential
1487    .. mdp-value:: 12-6
1489       direct LJ potential with the ``z`` distance from the wall
1491 .. mdp:: table
1493    user defined potentials indexed with the ``z`` distance from the
1494    wall, the tables are read analogously to the
1495    :mdp:`energygrp-table` option, where the first name is for a
1496    "normal" energy group and the second name is ``wall0`` or
1497    ``wall1``, only the dispersion and repulsion columns are used
1499 .. mdp:: wall-r-linpot
1501    (-1) \[nm\]
1502    Below this distance from the wall the potential is continued
1503    linearly and thus the force is constant. Setting this option to a
1504    postive value is especially useful for equilibration when some
1505    atoms are beyond a wall. When the value is <=0 (<0 for
1506    :mdp:`wall-type` =table), a fatal error is generated when atoms
1507    are beyond a wall.
1509 .. mdp:: wall-density
1511    \[nm^-3/nm^-2\]
1512    the number density of the atoms for each wall for wall types 9-3
1513    and 10-4
1515 .. mdp:: wall-ewald-zfac
1517    (3)
1518    The scaling factor for the third box vector for Ewald summation
1519    only, the minimum is 2. Ewald summation can only be used with
1520    :mdp:`nwall` =2, where one should use :mdp:`ewald-geometry`
1521    ``=3dc``. The empty layer in the box serves to decrease the
1522    unphysical Coulomb interaction between periodic images.
1525 COM pulling
1526 ^^^^^^^^^^^
1528 Note that where pulling coordinate are applicable, there can be more
1529 than one (set with :mdp:`pull-ncoords`) and multiple related :ref:`mdp`
1530 variables will exist accordingly. Documentation references to things
1531 like :mdp:`pull-coord1-vec` should be understood to apply to to the
1532 applicable pulling coordinate.
1534 .. mdp:: pull
1536    .. mdp-value:: no
1538       No center of mass pulling. All the following pull options will
1539       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
1540       generate warnings)
1542    .. mdp-value:: yes
1544        Center of mass pulling will be applied on 1 or more groups using
1545        1 or more pull coordinates.
1547 .. mdp:: pull-cylinder-r
1549    (1.5) \[nm\]
1550    the radius of the cylinder for
1551    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`pull-coord1-geometry=cylinder`
1553 .. mdp:: pull-constr-tol
1555    (1e-6)
1556    the relative constraint tolerance for constraint pulling
1558 .. mdp:: pull-print-com
1560    .. mdp-value:: no
1562       do not print the COM for any group
1564    .. mdp-value:: yes
1566       print the COM of all groups for all pull coordinates
1568 .. mdp:: pull-print-ref-value
1570    .. mdp-value:: no
1572       do not print the reference value for each pull coordinate
1574    .. mdp-value:: yes
1576       print the reference value for each pull coordinate
1578 .. mdp:: pull-print-components
1580    .. mdp-value:: no
1582       only print the distance for each pull coordinate
1583    
1584    .. mdp-value:: yes
1586       print the distance and Cartesian components selected in
1587       :mdp:`pull-coord1-dim`
1589 .. mdp:: pull-nstxout
1591    (50)
1592    frequency for writing out the COMs of all the pull group (0 is
1593    never)
1595 .. mdp:: pull-nstfout
1597    (50)
1598    frequency for writing out the force of all the pulled group
1599    (0 is never)
1602 .. mdp:: pull-ngroups
1604    (1)
1605    The number of pull groups, not including the absolute reference
1606    group, when used. Pull groups can be reused in multiple pull
1607    coordinates. Below only the pull options for group 1 are given,
1608    further groups simply increase the group index number.
1610 .. mdp:: pull-ncoords
1612    (1)
1613    The number of pull coordinates. Below only the pull options for
1614    coordinate 1 are given, further coordinates simply increase the
1615    coordinate index number.
1617 .. mdp:: pull-group1-name
1619    The name of the pull group, is looked up in the index file or in
1620    the default groups to obtain the atoms involved.
1622 .. mdp:: pull-group1-weights
1624    Optional relative weights which are multiplied with the masses of
1625    the atoms to give the total weight for the COM. The number should
1626    be 0, meaning all 1, or the number of atoms in the pull group.
1628 .. mdp:: pull-group1-pbcatom
1630    (0)
1631    The reference atom for the treatment of periodic boundary
1632    conditions inside the group (this has no effect on the treatment of
1633    the pbc between groups). This option is only important when the
1634    diameter of the pull group is larger than half the shortest box
1635    vector. For determining the COM, all atoms in the group are put at
1636    their periodic image which is closest to
1637    :mdp:`pull-group1-pbcatom`. A value of 0 means that the middle
1638    atom (number wise) is used. This parameter is not used with
1639    :mdp:`pull-coord1-geometry` cylinder. A value of -1 turns on cosine
1640    weighting, which is useful for a group of molecules in a periodic
1641    system, *e.g.* a water slab (see Engin et al. J. Chem. Phys. B
1642    2010).
1644 .. mdp:: pull-coord1-type
1646    .. mdp-value:: umbrella
1648       Center of mass pulling using an umbrella potential between the
1649       reference group and one or more groups.
1651    .. mdp-value:: constraint
1653       Center of mass pulling using a constraint between the reference
1654       group and one or more groups. The setup is identical to the
1655       option umbrella, except for the fact that a rigid constraint is
1656       applied instead of a harmonic potential.
1658    .. mdp-value:: constant-force
1660       Center of mass pulling using a linear potential and therefore a
1661       constant force. For this option there is no reference position
1662       and therefore the parameters :mdp:`pull-coord1-init` and
1663       :mdp:`pull-coord1-rate` are not used.
1665    .. mdp-value:: flat-bottom
1667       At distances above :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1668       is applied, otherwise no potential is applied.
1670    .. mdp-value:: flat-bottom-high
1672       At distances below :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1673       is applied, otherwise no potential is applied.
1675    .. mdp-value:: external-potential
1677       An external potential that needs to be provided by another
1678       module.
1680 .. mdp:: pull-coord1-potential-provider
1682       The name of the external module that provides the potential for
1683       the case where :mdp:`pull-coord1-type` is external-potential.
1685 .. mdp:: pull-coord1-geometry
1687    .. mdp-value:: distance
1689       Pull along the vector connecting the two groups. Components can
1690       be selected with :mdp:`pull-coord1-dim`.
1692    .. mdp-value:: direction
1694       Pull in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`.
1696    .. mdp-value:: direction-periodic
1698       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but allows the distance to be larger
1699       than half the box size. With this geometry the box should not be
1700       dynamic (*e.g.* no pressure scaling) in the pull dimensions and
1701       the pull force is not added to virial.
1703    .. mdp-value:: direction-relative
1705       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but the pull vector is the vector
1706       that points from the COM of a third to the COM of a fourth pull
1707       group. This means that 4 groups need to be supplied in
1708       :mdp:`pull-coord1-groups`. Note that the pull force will give
1709       rise to a torque on the pull vector, which is turn leads to
1710       forces perpendicular to the pull vector on the two groups
1711       defining the vector. If you want a pull group to move between
1712       the two groups defining the vector, simply use the union of
1713       these two groups as the reference group.
1715    .. mdp-value:: cylinder
1717       Designed for pulling with respect to a layer where the reference
1718       COM is given by a local cylindrical part of the reference group.
1719       The pulling is in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`. From
1720       the first of the two groups in :mdp:`pull-coord1-groups` a
1721       cylinder is selected around the axis going through the COM of
1722       the second group with direction :mdp:`pull-coord1-vec` with
1723       radius :mdp:`pull-cylinder-r`. Weights of the atoms decrease
1724       continously to zero as the radial distance goes from 0 to
1725       :mdp:`pull-cylinder-r` (mass weighting is also used). The radial
1726       dependence gives rise to radial forces on both pull groups.
1727       Note that the radius should be smaller than half the box size.
1728       For tilted cylinders they should be even smaller than half the
1729       box size since the distance of an atom in the reference group
1730       from the COM of the pull group has both a radial and an axial
1731       component. This geometry is not supported with constraint
1732       pulling.
1734    .. mdp-value:: angle
1736       Pull along an angle defined by four groups. The angle is
1737       defined as the angle between two vectors: the vector connecting
1738       the COM of the first group to the COM of the second group and
1739       the vector connecting the COM of the third group to the COM of
1740       the fourth group.
1742    .. mdp-value:: angle-axis
1744       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=angle` but the second vector is given by :mdp:`pull-coord1-vec`.
1745       Thus, only the two groups that define the first vector need to be given.
1747    .. mdp-value:: dihedral
1749       Pull along a dihedral angle defined by six groups. These pairwise
1750       define three vectors: the vector connecting the COM of group 1
1751       to the COM of group 2, the COM of group 3 to the COM of group 4,
1752       and the COM of group 5 to the COM group 6. The dihedral angle is
1753       then defined as the angle between two planes: the plane spanned by the
1754       the two first vectors and the plane spanned the two last vectors.
1757 .. mdp:: pull-coord1-groups
1759    The group indices on which this pull coordinate will operate.
1760    The number of group indices required is geometry dependent.
1761    The first index can be 0, in which case an
1762    absolute reference of :mdp:`pull-coord1-origin` is used. With an
1763    absolute reference the system is no longer translation invariant
1764    and one should think about what to do with the center of mass
1765    motion.
1767 .. mdp:: pull-coord1-dim
1769    (Y Y Y)
1770    Selects the dimensions that this pull coordinate acts on and that
1771    are printed to the output files when
1772    :mdp:`pull-print-components` = :mdp-value:`pull-coord1-start=yes`. With
1773    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`pull-coord1-geometry=distance`, only Cartesian
1774    components set to Y contribute to the distance. Thus setting this
1775    to Y Y N results in a distance in the x/y plane. With other
1776    geometries all dimensions with non-zero entries in
1777    :mdp:`pull-coord1-vec` should be set to Y, the values for other
1778    dimensions only affect the output.
1780 .. mdp:: pull-coord1-origin
1782    (0.0 0.0 0.0)
1783    The pull reference position for use with an absolute reference.
1785 .. mdp:: pull-coord1-vec
1787    (0.0 0.0 0.0)
1788    The pull direction. :ref:`gmx grompp` normalizes the vector.
1790 .. mdp:: pull-coord1-start
1792    .. mdp-value:: no
1794       do not modify :mdp:`pull-coord1-init`
1796    .. mdp-value:: yes
1798       add the COM distance of the starting conformation to
1799       :mdp:`pull-coord1-init`
1801 .. mdp:: pull-coord1-init
1803    (0.0) \[nm\] / \[deg\]
1804    The reference distance at t=0.
1806 .. mdp:: pull-coord1-rate
1808    (0) \[nm/ps\] / \[deg/ps\]
1809    The rate of change of the reference position.
1811 .. mdp:: pull-coord1-k
1813    (0) \[kJ mol-1 nm-2\] / \[kJ mol-1 nm-1\] / \[kJ mol-1 rad-2\] / \[kJ mol-1 rad-1\]
1814    The force constant. For umbrella pulling this is the harmonic force
1815    constant in kJ mol-1 nm-2 (or kJ mol-1 rad-2 for angles). For constant force pulling this is the
1816    force constant of the linear potential, and thus the negative (!)
1817    of the constant force in kJ mol-1 nm-1 (or kJ mol-1 rad-1 for angles).
1818    Note that for angles the force constant is expressed in terms of radians
1819    (while :mdp:`pull-coord1-init` and :mdp:`pull-coord1-rate` are expressed in degrees).
1821 .. mdp:: pull-coord1-kB
1823    (pull-k1) \[kJ mol-1 nm-2\] / \[kJ mol-1 nm-1\] / \[kJ mol-1 rad-2\] / \[kJ mol-1 rad-1\]
1824    As :mdp:`pull-coord1-k`, but for state B. This is only used when
1825    :mdp:`free-energy` is turned on. The force constant is then (1 -
1826    lambda) * :mdp:`pull-coord1-k` + lambda * :mdp:`pull-coord1-kB`.
1828 AWH adaptive biasing
1829 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1831 .. mdp:: awh
1833    .. mdp-value:: no
1835       No biasing.
1837    .. mdp-value:: yes
1839       Adaptively bias a reaction coordinate using the AWH method and estimate
1840       the corresponding PMF. The PMF and other AWH data are written to energy
1841       file at an interval set by :mdp:`awh-nstout` and can be extracted with
1842       the ``gmx awh`` tool. The AWH coordinate can be
1843       multidimensional and is defined by mapping each dimension to a pull coordinate index.
1844       This is only allowed if :mdp-value:`pull-coord1-type=external-potential` and
1845       :mdp:`pull-coord1-potential-provider` = ``awh`` for the concerned pull coordinate
1846       indices.
1848 .. mdp:: awh-potential
1850    .. mdp-value:: convolved
1852       The applied biasing potential is the convolution of the bias function and a
1853       set of harmonic umbrella potentials (see :mdp-value:`awh-potential=umbrella` below). This results
1854       in a smooth potential function and force. The resolution of the potential is set
1855       by the force constant of each umbrella, see :mdp:`awh1-dim1-force-constant`.
1857    .. mdp-value:: umbrella
1859       The potential bias is applied by controlling the position of an harmonic potential
1860       using Monte-Carlo sampling.  The force constant is set with
1861       :mdp:`awh1-dim1-force-constant`. The umbrella location
1862       is sampled using Monte-Carlo every :mdp:`awh-nstsample` steps.
1863       There are no advantages to using an umbrella.
1864       This option is mainly for comparison and testing purposes.
1866 .. mdp:: awh-share-multisim
1868    .. mdp-value:: no
1870       AWH will not share biases across simulations started with
1871       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir``. The biases will be independent.
1873    .. mdp-value:: yes
1875       With :ref:`gmx mdrun` and option ``-multidir`` the bias and PMF estimates
1876       for biases with :mdp:`awh1-share-group` >0 will be shared across simulations
1877       with the biases with the same :mdp:`awh1-share-group` value.
1878       The simulations should have the same AWH settings for sharing to make sense.
1879       :ref:`gmx mdrun` will check whether the simulations are technically
1880       compatible for sharing, but the user should check that bias sharing
1881       physically makes sense.
1883 .. mdp:: awh-seed
1885    (-1) Random seed for Monte-Carlo sampling the umbrella position,
1886    where -1 indicates to generate a seed. Only used with
1887    :mdp-value:`awh-potential=umbrella`.
1889 .. mdp:: awh-nstout
1891    (100000)
1892    Number of steps between printing AWH data to the energy file, should be
1893    a multiple of :mdp:`nstenergy`.
1895 .. mdp:: awh-nstsample
1897    (10)
1898    Number of steps between sampling of the coordinate value. This sampling
1899    is the basis for updating the bias and estimating the PMF and other AWH observables.
1901 .. mdp:: awh-nsamples-update
1903    (10)
1904    The number of coordinate samples used for each AWH update.
1905    The update interval in steps is :mdp:`awh-nstsample` times this value.
1907 .. mdp:: awh-nbias
1909    (1)
1910    The number of biases, each acting on its own coordinate.
1911    The following options should be specified
1912    for each bias although below only the options for bias number 1 is shown. Options for
1913    other bias indices are  obtained by replacing '1' by the bias index.
1915 .. mdp:: awh1-error-init
1917    (10.0) \[kJ mol-1\]
1918    Estimated initial average error of the PMF for this bias. This value together with the
1919    given diffusion constant(s) :mdp:`awh1-dim1-diffusion` determine the initial biasing rate.
1920    The error is obviously not known *a priori*. Only a rough estimate of :mdp:`awh1-error-init`
1921    is needed however.
1922    As a  general guideline, leave :mdp:`awh1-error-init` to its default value when starting a new
1923    simulation. On the other hand, when there is *a priori* knowledge of the PMF (e.g. when
1924    an initial PMF estimate is provided, see the :mdp:`awh1-user-data` option)
1925    then :mdp:`awh1-error-init` should reflect that knowledge.
1927 .. mdp:: awh1-growth
1929    .. mdp-value:: exp-linear
1931    Each bias keeps a reference weight histogram for the coordinate samples.
1932    Its size sets the magnitude of the bias function and free energy estimate updates
1933    (few samples corresponds to large updates and vice versa).
1934    Thus, its growth rate sets the maximum convergence rate.
1935    By default, there is an initial stage in which the histogram grows close to exponentially (but slower than the sampling rate).
1936    In the final stage that follows, the growth rate is linear and equal to the sampling rate (set by :mdp:`awh-nstsample`).
1937    The initial stage is typically necessary for efficient convergence when starting a new simulation where
1938    high free energy barriers have not yet been flattened by the bias.
1940    .. mdp-value:: linear
1942    As :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` but skip the initial stage. This may be useful if there is *a priori*
1943    knowledge (see :mdp:`awh1-error-init`) which eliminates the need for an initial stage. This is also
1944    the setting compatible with :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`.
1946 .. mdp:: awh1-equilibrate-histogram
1948    .. mdp-value:: no
1950       Do not equilibrate histogram.
1952    .. mdp-value:: yes
1954       Before entering the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`), make sure the
1955       histogram of sampled weights is following the target distribution closely enough (specifically,
1956       at least 80% of the target region needs to have a local relative error of less than 20%). This
1957       option would typically only be used when :mdp:`awh1-share-group` > 0
1958       and the initial configurations poorly represent the target
1959       distribution.
1961 .. mdp:: awh1-target
1963    .. mdp-value:: constant
1965       The bias is tuned towards a constant (uniform) coordinate distribution
1966       in the defined sampling interval (defined by  \[:mdp:`awh1-dim1-start`, :mdp:`awh1-dim1-end`\]).
1968    .. mdp-value:: cutoff
1970       Similar to :mdp-value:`awh1-target=constant`, but the target
1971       distribution is proportional to 1/(1 + exp(F - :mdp-value:`awh1-target=cutoff`)),
1972       where F is the free energy relative to the estimated global minimum.
1973       This provides a smooth switch of a flat target distribution in
1974       regions with free energy lower than the cut-off to a Boltzmann
1975       distribution in regions with free energy higher than the cut-off.
1977    .. mdp-value:: boltzmann
1979       The target distribution is a Boltzmann distribtution with a scaled beta (inverse temperature)
1980       factor given by :mdp:`awh1-target-beta-scaling`. *E.g.*, a value of 0.1
1981       would give the same coordinate distribution as sampling with a simulation temperature
1982       scaled by 10.
1984    .. mdp-value:: local-boltzmann
1986       Same target distribution and use of :mdp:`awh1-target-beta-scaling`
1987       but the convergence towards the target distribution is inherently local *i.e.*, the rate of
1988       change of the bias only depends on the local sampling. This local convergence property is
1989       only compatible with :mdp-value:`awh1-growth=linear`, since for
1990       :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` histograms are globally rescaled in the initial stage.
1992 .. mdp:: awh1-target-beta-scaling
1994    [0] \[\]
1995    For :mdp-value:`awh1-target=boltzmann` and :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`
1996    it is the unitless beta scaling factor taking values in (0,1).
1998 .. mdp:: awh1-target-cutoff
2000    [0] \[kJ mol-1\]
2001    For :mdp-value:`awh1-target=cutoff` this is the cutoff, should be > 0.
2003 .. mdp:: awh1-user-data
2005    .. mdp-value:: no
2007       Initialize the PMF and target distribution with default values.
2009    .. mdp-value:: yes
2011       Initialize the PMF and target distribution with user provided data. For :mdp:`awh-nbias` = 1,
2012       :ref:`gmx mdrun` will expect a file ``awh-init.xvg`` to be present in the run directory.
2013       For multiple biases, :ref:`gmx mdrun` expects files ``awh-init1.xvg``, ``awh-init2.xvg``, etc.
2014       The file name can be changed with the ``-awh`` option.
2015       The first :mdp:`awh1-ndim` columns of
2016       each input file should contain the coordinate values, such that each row defines a point in
2017       coordinate space. Column :mdp:`awh1-ndim` + 1 should contain the PMF value for each point.
2018       The target distribution column can either follow the PMF (column  :mdp:`awh1-ndim` + 2) or
2019       be in the same column as written by :ref:`gmx awh`.
2021 .. mdp:: awh1-share-group
2023    .. mdp-value:: 0
2025       Do not share the bias.
2027    .. mdp-value:: positive
2029       Share the bias and PMF estimates within and/or between simulations.
2030       Within a simulation, the bias will be shared between biases that have the
2031       same :mdp:`awh1-share-group` index (note that the current code does not support this).
2032       With :mdp-value:`awh-share-multisim=yes` and
2033       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir`` the bias will also be shared across simulations.
2034       Sharing may increase convergence initially, although the starting configurations
2035       can be critical, especially when sharing between many biases.
2036       Currently, positive group values should start at 1 and increase
2037       by 1 for each subsequent bias that is shared.
2039 .. mdp:: awh1-ndim
2041    (1) \[integer\]
2042    Number of dimensions of the coordinate, each dimension maps to 1 pull coordinate.
2043    The following options should be specified for each such dimension. Below only
2044    the options for dimension number 1 is shown. Options for other dimension indices are
2045    obtained by replacing '1' by the dimension index.
2047 .. mdp:: awh1-dim1-coord-provider
2049    .. mdp-value:: pull
2051       The module providing the reaction coordinate for this dimension.
2052       Currently AWH can only act on pull coordinates.
2054 .. mdp:: awh1-dim1-coord-index
2056    (1)
2057    Index of the pull coordinate defining this coordinate dimension.
2059 .. mdp:: awh1-dim1-force-constant
2061    (0) \[kJ/mol/nm^2\] or \[kJ/mol/rad^2\]
2062    Force constant for the (convolved) umbrella potential(s) along this
2063    coordinate dimension.
2065 .. mdp:: awh1-dim1-start
2067    (0.0) \[nm\]/\[rad\]
2068    Start value of the sampling interval along this dimension. The range of allowed
2069    values depends on the relevant pull geometry (see :mdp:`pull-coord1-geometry`).
2070    For periodic geometries :mdp:`awh1-dim1-start` greater than :mdp:`awh1-dim1-end`
2071    is allowed. The interval will then wrap around from +period/2 to -period/2.
2073 .. mdp:: awh1-dim1-end
2075    (0.0) \[nm\]/\[rad\]
2076    End value defining the sampling interval together with :mdp:`awh1-dim1-start`.
2078 .. mdp:: awh1-dim1-period
2080    (0.0) \[nm\]/\[rad\]
2081    The period of this reaction coordinate, use 0 when the coordinate is not periodic.
2083 .. mdp:: awh1-dim1-diffusion
2085    (1e-5) \[nm^2/ps\]/\[rad^2/ps\]
2086    Estimated diffusion constant for this coordinate dimension determining the initial
2087    biasing rate. This needs only be a rough estimate and should not critically
2088    affect the results unless it is set to something very low, leading to slow convergence,
2089    or very high, forcing the system far from equilibrium. Not setting this value
2090    explicitly generates a warning.
2092 .. mdp:: awh1-dim1-cover-diameter
2094    (0.0)) \[nm\]/\[rad\]
2095    Diameter that needs to be sampled by a single simulation around a coordinate value
2096    before the point is considered covered in the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`).
2097    A value > 0  ensures that for each covering there is a continuous transition of this diameter
2098    across each coordinate value.
2099    This is trivially true for independent simulations but not for for multiple bias-sharing simulations
2100    (:mdp:`awh1-share-group`>0).
2101    For a diameter = 0, covering occurs as soon as the simulations have sampled the whole interval, which
2102    for many sharing simulations does not guarantee transitions across free energy barriers.
2103    On the other hand, when the diameter >= the sampling interval length, covering occurs when a single simulation
2104    has independently sampled the whole interval.
2106 Enforced rotation
2107 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2109 These :ref:`mdp` parameters can be used enforce the rotation of a group of atoms,
2110 e.g. a protein subunit. The `reference manual`_ describes in detail 13 different potentials
2111 that can be used to achieve such a rotation.
2113 .. mdp:: rotation
2115    .. mdp-value:: no
2117       No enforced rotation will be applied. All enforced rotation options will
2118       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
2119       generate warnings).
2121    .. mdp-value:: yes
2123       Apply the rotation potential specified by :mdp:`rot-type0` to the group of atoms given
2124       under the :mdp:`rot-group0` option.
2126 .. mdp:: rot-ngroups
2128    (1)
2129    Number of rotation groups.
2131 .. mdp:: rot-group0
2133    Name of rotation group 0 in the index file.
2135 .. mdp:: rot-type0
2137    (iso)
2138    Type of rotation potential that is applied to rotation group 0. Can be of of the following:
2139    ``iso``, ``iso-pf``, ``pm``, ``pm-pf``, ``rm``, ``rm-pf``, ``rm2``, ``rm2-pf``,
2140    ``flex``, ``flex-t``, ``flex2``, or ``flex2-t``.
2142 .. mdp:: rot-massw0
2144    (no)
2145    Use mass weighted rotation group positions.
2147 .. mdp:: rot-vec0
2149    (1.0 0.0 0.0)
2150    Rotation vector, will get normalized.
2152 .. mdp:: rot-pivot0
2154    (0.0 0.0 0.0)
2155    Pivot point (nm) for the potentials ``iso``, ``pm``, ``rm``, and ``rm2``.
2157 .. mdp:: rot-rate0
2159    (0)
2160    Reference rotation rate (degree/ps) of group 0.
2162 .. mdp:: rot-k0
2164    (0)
2165    Force constant (kJ/(mol*nm^2)) for group 0.
2167 .. mdp:: rot-slab-dist0
2169    (1.5)
2170    Slab distance (nm), if a flexible axis rotation type was chosen.
2172 .. mdp:: rot-min-gauss0
2174    (0.001)
2175    Minimum value (cutoff) of Gaussian function for the force to be evaluated
2176    (for the flexible axis potentials).
2178 .. mdp:: rot-eps0
2180    (0.0001)
2181    Value of additive constant epsilon' (nm^2) for ``rm2*`` and ``flex2*`` potentials.
2183 .. mdp:: rot-fit-method0
2185    (rmsd)
2186    Fitting method when determining the actual angle of a rotation group
2187    (can be one of ``rmsd``, ``norm``, or ``potential``).
2189 .. mdp:: rot-potfit-nsteps0
2191    (21)
2192    For fit type ``potential``, the number of angular positions around the reference angle for which the
2193    rotation potential is evaluated.
2195 .. mdp:: rot-potfit-step0
2197    (0.25)
2198    For fit type ``potential``, the distance in degrees between two angular positions.
2200 .. mdp:: rot-nstrout
2202    (100)
2203    Output frequency (in steps) for the angle of the rotation group, as well as for the torque
2204    and the rotation potential energy.
2206 .. mdp:: rot-nstsout
2208    (1000)
2209    Output frequency for per-slab data of the flexible axis potentials, i.e. angles, torques and slab centers.
2212 NMR refinement
2213 ^^^^^^^^^^^^^^
2215 .. mdp:: disre
2217    .. mdp-value:: no
2219       ignore distance restraint information in topology file
2221    .. mdp-value:: simple
2223       simple (per-molecule) distance restraints.
2225    .. mdp-value:: ensemble
2227       distance restraints over an ensemble of molecules in one
2228       simulation box. Normally, one would perform ensemble averaging
2229       over multiple subsystems, each in a separate box, using ``mdrun
2230       -multi``. Supply ``topol0.tpr``, ``topol1.tpr``, ... with
2231       different coordinates and/or velocities. The environment
2232       variable ``GMX_DISRE_ENSEMBLE_SIZE`` sets the number of systems
2233       within each ensemble (usually equal to the ``mdrun -multi``
2234       value).
2236 .. mdp:: disre-weighting
2238    .. mdp-value:: equal
2240       divide the restraint force equally over all atom pairs in the
2241       restraint
2243    .. mdp-value:: conservative
2245       the forces are the derivative of the restraint potential, this
2246       results in an weighting of the atom pairs to the reciprocal
2247       seventh power of the displacement. The forces are conservative
2248       when :mdp:`disre-tau` is zero.
2250 .. mdp:: disre-mixed
2252    .. mdp-value:: no
2254       the violation used in the calculation of the restraint force is
2255       the time-averaged violation
2257    .. mdp-value:: yes
2259       the violation used in the calculation of the restraint force is
2260       the square root of the product of the time-averaged violation
2261       and the instantaneous violation
2263 .. mdp:: disre-fc
2265    (1000) \[kJ mol-1 nm-2\]
2266    force constant for distance restraints, which is multiplied by a
2267    (possibly) different factor for each restraint given in the `fac`
2268    column of the interaction in the topology file.
2270 .. mdp:: disre-tau
2272    (0) \[ps\]
2273    time constant for distance restraints running average. A value of
2274    zero turns off time averaging.
2276 .. mdp:: nstdisreout
2278    (100) \[steps\]
2279    period between steps when the running time-averaged and
2280    instantaneous distances of all atom pairs involved in restraints
2281    are written to the energy file (can make the energy file very
2282    large)
2284 .. mdp:: orire
2286    .. mdp-value:: no
2288       ignore orientation restraint information in topology file
2290    .. mdp-value:: yes
2292       use orientation restraints, ensemble averaging can be performed
2293       with `mdrun -multi`
2295 .. mdp:: orire-fc
2297    (0) \[kJ mol\]
2298    force constant for orientation restraints, which is multiplied by a
2299    (possibly) different weight factor for each restraint, can be set
2300    to zero to obtain the orientations from a free simulation
2302 .. mdp:: orire-tau
2304    (0) \[ps\]
2305    time constant for orientation restraints running average. A value
2306    of zero turns off time averaging.
2308 .. mdp:: orire-fitgrp
2310    fit group for orientation restraining. This group of atoms is used
2311    to determine the rotation **R** of the system with respect to the
2312    reference orientation. The reference orientation is the starting
2313    conformation of the first subsystem. For a protein, backbone is a
2314    reasonable choice
2316 .. mdp:: nstorireout
2318    (100) \[steps\]
2319    period between steps when the running time-averaged and
2320    instantaneous orientations for all restraints, and the molecular
2321    order tensor are written to the energy file (can make the energy
2322    file very large)
2325 Free energy calculations
2326 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2328 .. mdp:: free-energy
2330    .. mdp-value:: no
2332       Only use topology A.
2334    .. mdp-value:: yes
2336       Interpolate between topology A (lambda=0) to topology B
2337       (lambda=1) and write the derivative of the Hamiltonian with
2338       respect to lambda (as specified with :mdp:`dhdl-derivatives`),
2339       or the Hamiltonian differences with respect to other lambda
2340       values (as specified with foreign lambda) to the energy file
2341       and/or to ``dhdl.xvg``, where they can be processed by, for
2342       example :ref:`gmx bar`. The potentials, bond-lengths and angles
2343       are interpolated linearly as described in the manual. When
2344       :mdp:`sc-alpha` is larger than zero, soft-core potentials are
2345       used for the LJ and Coulomb interactions.
2347 .. mdp:: expanded
2349    Turns on expanded ensemble simulation, where the alchemical state
2350    becomes a dynamic variable, allowing jumping between different
2351    Hamiltonians. See the expanded ensemble options for controlling how
2352    expanded ensemble simulations are performed. The different
2353    Hamiltonians used in expanded ensemble simulations are defined by
2354    the other free energy options.
2356 .. mdp:: init-lambda
2358    (-1)
2359    starting value for lambda (float). Generally, this should only be
2360    used with slow growth (*i.e.* nonzero :mdp:`delta-lambda`). In
2361    other cases, :mdp:`init-lambda-state` should be specified
2362    instead. Must be greater than or equal to 0.
2364 .. mdp:: delta-lambda
2366    (0)
2367    increment per time step for lambda
2369 .. mdp:: init-lambda-state
2371    (-1)
2372    starting value for the lambda state (integer). Specifies which
2373    columm of the lambda vector (:mdp:`coul-lambdas`,
2374    :mdp:`vdw-lambdas`, :mdp:`bonded-lambdas`,
2375    :mdp:`restraint-lambdas`, :mdp:`mass-lambdas`,
2376    :mdp:`temperature-lambdas`, :mdp:`fep-lambdas`) should be
2377    used. This is a zero-based index: :mdp:`init-lambda-state` 0 means
2378    the first column, and so on.
2380 .. mdp:: fep-lambdas
2382    \[array\]
2383    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2384    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2385    steps. Values must be between 0 and 1. Free energy differences
2386    between different lambda values can then be determined with
2387    :ref:`gmx bar`. :mdp:`fep-lambdas` is different from the
2388    other -lambdas keywords because all components of the lambda vector
2389    that are not specified will use :mdp:`fep-lambdas` (including
2390    :mdp:`restraint-lambdas` and therefore the pull code restraints).
2392 .. mdp:: coul-lambdas
2394    \[array\]
2395    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2396    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2397    steps. Values must be between 0 and 1. Only the electrostatic
2398    interactions are controlled with this component of the lambda
2399    vector (and only if the lambda=0 and lambda=1 states have differing
2400    electrostatic interactions).
2402 .. mdp:: vdw-lambdas
2404    \[array\]
2405    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2406    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2407    steps. Values must be between 0 and 1. Only the van der Waals
2408    interactions are controlled with this component of the lambda
2409    vector.
2411 .. mdp:: bonded-lambdas
2413    \[array\]
2414    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2415    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2416    steps. Values must be between 0 and 1. Only the bonded interactions
2417    are controlled with this component of the lambda vector.
2419 .. mdp:: restraint-lambdas
2421    \[array\]
2422    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2423    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2424    steps. Values must be between 0 and 1. Only the restraint
2425    interactions: dihedral restraints, and the pull code restraints are
2426    controlled with this component of the lambda vector.
2428 .. mdp:: mass-lambdas
2430    \[array\]
2431    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2432    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2433    steps. Values must be between 0 and 1. Only the particle masses are
2434    controlled with this component of the lambda vector.
2436 .. mdp:: temperature-lambdas
2438    \[array\]
2439    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2440    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2441    steps. Values must be between 0 and 1. Only the temperatures
2442    controlled with this component of the lambda vector. Note that
2443    these lambdas should not be used for replica exchange, only for
2444    simulated tempering.
2446 .. mdp:: calc-lambda-neighbors
2448    (1)
2449    Controls the number of lambda values for which Delta H values will
2450    be calculated and written out, if :mdp:`init-lambda-state` has
2451    been set. A positive value will limit the number of lambda points
2452    calculated to only the nth neighbors of :mdp:`init-lambda-state`:
2453    for example, if :mdp:`init-lambda-state` is 5 and this parameter
2454    has a value of 2, energies for lambda points 3-7 will be calculated
2455    and writen out. A value of -1 means all lambda points will be
2456    written out. For normal BAR such as with :ref:`gmx bar`, a value of
2457    1 is sufficient, while for MBAR -1 should be used.
2459 .. mdp:: sc-alpha
2461    (0)
2462    the soft-core alpha parameter, a value of 0 results in linear
2463    interpolation of the LJ and Coulomb interactions
2465 .. mdp:: sc-r-power
2467    (6)
2468    the power of the radial term in the soft-core equation. Possible
2469    values are 6 and 48. 6 is more standard, and is the default. When
2470    48 is used, then sc-alpha should generally be much lower (between
2471    0.001 and 0.003).
2473 .. mdp:: sc-coul
2475    (no)
2476    Whether to apply the soft-core free energy interaction
2477    transformation to the Columbic interaction of a molecule. Default
2478    is no, as it is generally more efficient to turn off the Coulomic
2479    interactions linearly before turning off the van der Waals
2480    interactions. Note that it is only taken into account when lambda
2481    states are used, not with :mdp:`couple-lambda0` /
2482    :mdp:`couple-lambda1`, and you can still turn off soft-core
2483    interactions by setting :mdp:`sc-alpha` to 0.
2485 .. mdp:: sc-power
2487    (0)
2488    the power for lambda in the soft-core function, only the values 1
2489    and 2 are supported
2491 .. mdp:: sc-sigma
2493    (0.3) \[nm\]
2494    the soft-core sigma for particles which have a C6 or C12 parameter
2495    equal to zero or a sigma smaller than :mdp:`sc-sigma`
2497 .. mdp:: couple-moltype
2499    Here one can supply a molecule type (as defined in the topology)
2500    for calculating solvation or coupling free energies. There is a
2501    special option ``system`` that couples all molecule types in the
2502    system. This can be useful for equilibrating a system starting from
2503    (nearly) random coordinates. :mdp:`free-energy` has to be turned
2504    on. The Van der Waals interactions and/or charges in this molecule
2505    type can be turned on or off between lambda=0 and lambda=1,
2506    depending on the settings of :mdp:`couple-lambda0` and
2507    :mdp:`couple-lambda1`. If you want to decouple one of several
2508    copies of a molecule, you need to copy and rename the molecule
2509    definition in the topology.
2511 .. mdp:: couple-lambda0
2513    .. mdp-value:: vdw-q
2515       all interactions are on at lambda=0
2517    .. mdp-value:: vdw
2519       the charges are zero (no Coulomb interactions) at lambda=0
2521    .. mdp-value:: q
2523       the Van der Waals interactions are turned at lambda=0; soft-core
2524       interactions will be required to avoid singularities
2526    .. mdp-value:: none
2528       the Van der Waals interactions are turned off and the charges
2529       are zero at lambda=0; soft-core interactions will be required to
2530       avoid singularities.
2532 .. mdp:: couple-lambda1
2534    analogous to :mdp:`couple-lambda1`, but for lambda=1
2536 .. mdp:: couple-intramol
2538    .. mdp-value:: no
2540       All intra-molecular non-bonded interactions for moleculetype
2541       :mdp:`couple-moltype` are replaced by exclusions and explicit
2542       pair interactions. In this manner the decoupled state of the
2543       molecule corresponds to the proper vacuum state without
2544       periodicity effects.
2546    .. mdp-value:: yes
2548       The intra-molecular Van der Waals and Coulomb interactions are
2549       also turned on/off. This can be useful for partitioning
2550       free-energies of relatively large molecules, where the
2551       intra-molecular non-bonded interactions might lead to
2552       kinetically trapped vacuum conformations. The 1-4 pair
2553       interactions are not turned off.
2555 .. mdp:: nstdhdl
2557    (100)
2558    the frequency for writing dH/dlambda and possibly Delta H to
2559    dhdl.xvg, 0 means no ouput, should be a multiple of
2560    :mdp:`nstcalcenergy`.
2562 .. mdp:: dhdl-derivatives
2564    (yes)
2566    If yes (the default), the derivatives of the Hamiltonian with
2567    respect to lambda at each :mdp:`nstdhdl` step are written
2568    out. These values are needed for interpolation of linear energy
2569    differences with :ref:`gmx bar` (although the same can also be
2570    achieved with the right foreign lambda setting, that may not be as
2571    flexible), or with thermodynamic integration
2573 .. mdp:: dhdl-print-energy
2575    (no)
2577    Include either the total or the potential energy in the dhdl
2578    file. Options are 'no', 'potential', or 'total'. This information
2579    is needed for later free energy analysis if the states of interest
2580    are at different temperatures. If all states are at the same
2581    temperature, this information is not needed. 'potential' is useful
2582    in case one is using ``mdrun -rerun`` to generate the ``dhdl.xvg``
2583    file. When rerunning from an existing trajectory, the kinetic
2584    energy will often not be correct, and thus one must compute the
2585    residual free energy from the potential alone, with the kinetic
2586    energy component computed analytically.
2588 .. mdp:: separate-dhdl-file
2590    .. mdp-value:: yes
2592       The free energy values that are calculated (as specified with
2593       the foreign lambda and :mdp:`dhdl-derivatives` settings) are
2594       written out to a separate file, with the default name
2595       ``dhdl.xvg``. This file can be used directly with :ref:`gmx
2596       bar`.
2598    .. mdp-value:: no
2600       The free energy values are written out to the energy output file
2601       (``ener.edr``, in accumulated blocks at every :mdp:`nstenergy`
2602       steps), where they can be extracted with :ref:`gmx energy` or
2603       used directly with :ref:`gmx bar`.
2605 .. mdp:: dh-hist-size
2607    (0)
2608    If nonzero, specifies the size of the histogram into which the
2609    Delta H values (specified with foreign lambda) and the derivative
2610    dH/dl values are binned, and written to ener.edr. This can be used
2611    to save disk space while calculating free energy differences. One
2612    histogram gets written for each foreign lambda and two for the
2613    dH/dl, at every :mdp:`nstenergy` step. Be aware that incorrect
2614    histogram settings (too small size or too wide bins) can introduce
2615    errors. Do not use histograms unless you're certain you need it.
2617 .. mdp:: dh-hist-spacing
2619    (0.1)
2620    Specifies the bin width of the histograms, in energy units. Used in
2621    conjunction with :mdp:`dh-hist-size`. This size limits the
2622    accuracy with which free energies can be calculated. Do not use
2623    histograms unless you're certain you need it.
2626 Expanded Ensemble calculations
2627 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2629 .. mdp:: nstexpanded
2631    The number of integration steps beween attempted moves changing the
2632    system Hamiltonian in expanded ensemble simulations. Must be a
2633    multiple of :mdp:`nstcalcenergy`, but can be greater or less than
2634    :mdp:`nstdhdl`.
2636 .. mdp:: lmc-stats
2638    .. mdp-value:: no
2640       No Monte Carlo in state space is performed.
2642    .. mdp-value:: metropolis-transition
2644       Uses the Metropolis weights to update the expanded ensemble
2645       weight of each state. Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old
2646       u_old)}
2648    .. mdp-value:: barker-transition
2650       Uses the Barker transition critera to update the expanded
2651       ensemble weight of each state i, defined by exp(-beta_new
2652       u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2654    .. mdp-value:: wang-landau
2656       Uses the Wang-Landau algorithm (in state space, not energy
2657       space) to update the expanded ensemble weights.
2659    .. mdp-value:: min-variance
2661       Uses the minimum variance updating method of Escobedo et al. to
2662       update the expanded ensemble weights. Weights will not be the
2663       free energies, but will rather emphasize states that need more
2664       sampling to give even uncertainty.
2666 .. mdp:: lmc-mc-move
2668    .. mdp-value:: no
2670       No Monte Carlo in state space is performed.
2672    .. mdp-value:: metropolis-transition
2674       Randomly chooses a new state up or down, then uses the
2675       Metropolis critera to decide whether to accept or reject:
2676       Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old u_old)}
2678    .. mdp-value:: barker-transition
2680       Randomly chooses a new state up or down, then uses the Barker
2681       transition critera to decide whether to accept or reject:
2682       exp(-beta_new u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2684    .. mdp-value:: gibbs
2686        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2687        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2688        to move to.
2690    .. mdp-value:: metropolized-gibbs
2692        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2693        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2694        to move to, EXCLUDING the current state, then uses a rejection
2695        step to ensure detailed balance. Always more efficient that
2696        Gibbs, though only marginally so in many situations, such as
2697        when only the nearest neighbors have decent phase space
2698        overlap.
2700 .. mdp:: lmc-seed
2702    (-1)
2703    random seed to use for Monte Carlo moves in state space. When
2704    :mdp:`lmc-seed` is set to -1, a pseudo random seed is us
2706 .. mdp:: mc-temperature
2708    Temperature used for acceptance/rejection for Monte Carlo moves. If
2709    not specified, the temperature of the simulation specified in the
2710    first group of :mdp:`ref-t` is used.
2712 .. mdp:: wl-ratio
2714    (0.8)
2715    The cutoff for the histogram of state occupancies to be reset, and
2716    the free energy incrementor to be changed from delta to delta *
2717    :mdp:`wl-scale`. If we define the Nratio = (number of samples at
2718    each histogram) / (average number of samples at each
2719    histogram). :mdp:`wl-ratio` of 0.8 means that means that the
2720    histogram is only considered flat if all Nratio > 0.8 AND
2721    simultaneously all 1/Nratio > 0.8.
2723 .. mdp:: wl-scale
2725    (0.8)
2726    Each time the histogram is considered flat, then the current value
2727    of the Wang-Landau incrementor for the free energies is multiplied
2728    by :mdp:`wl-scale`. Value must be between 0 and 1.
2730 .. mdp:: init-wl-delta
2732    (1.0)
2733    The initial value of the Wang-Landau incrementor in kT. Some value
2734    near 1 kT is usually most efficient, though sometimes a value of
2735    2-3 in units of kT works better if the free energy differences are
2736    large.
2738 .. mdp:: wl-oneovert
2740    (no)
2741    Set Wang-Landau incrementor to scale with 1/(simulation time) in
2742    the large sample limit. There is significant evidence that the
2743    standard Wang-Landau algorithms in state space presented here
2744    result in free energies getting 'burned in' to incorrect values
2745    that depend on the initial state. when :mdp:`wl-oneovert` is true,
2746    then when the incrementor becomes less than 1/N, where N is the
2747    mumber of samples collected (and thus proportional to the data
2748    collection time, hence '1 over t'), then the Wang-Lambda
2749    incrementor is set to 1/N, decreasing every step. Once this occurs,
2750    :mdp:`wl-ratio` is ignored, but the weights will still stop
2751    updating when the equilibration criteria set in
2752    :mdp:`lmc-weights-equil` is achieved.
2754 .. mdp:: lmc-repeats
2756    (1)
2757    Controls the number of times that each Monte Carlo swap type is
2758    performed each iteration. In the limit of large numbers of Monte
2759    Carlo repeats, then all methods converge to Gibbs sampling. The
2760    value will generally not need to be different from 1.
2762 .. mdp:: lmc-gibbsdelta
2764    (-1)
2765    Limit Gibbs sampling to selected numbers of neighboring states. For
2766    Gibbs sampling, it is sometimes inefficient to perform Gibbs
2767    sampling over all of the states that are defined. A positive value
2768    of :mdp:`lmc-gibbsdelta` means that only states plus or minus
2769    :mdp:`lmc-gibbsdelta` are considered in exchanges up and down. A
2770    value of -1 means that all states are considered. For less than 100
2771    states, it is probably not that expensive to include all states.
2773 .. mdp:: lmc-forced-nstart
2775    (0)
2776    Force initial state space sampling to generate weights. In order to
2777    come up with reasonable initial weights, this setting allows the
2778    simulation to drive from the initial to the final lambda state,
2779    with :mdp:`lmc-forced-nstart` steps at each state before moving on
2780    to the next lambda state. If :mdp:`lmc-forced-nstart` is
2781    sufficiently long (thousands of steps, perhaps), then the weights
2782    will be close to correct. However, in most cases, it is probably
2783    better to simply run the standard weight equilibration algorithms.
2785 .. mdp:: nst-transition-matrix
2787    (-1)
2788    Frequency of outputting the expanded ensemble transition matrix. A
2789    negative number means it will only be printed at the end of the
2790    simulation.
2792 .. mdp:: symmetrized-transition-matrix
2794    (no)
2795    Whether to symmetrize the empirical transition matrix. In the
2796    infinite limit the matrix will be symmetric, but will diverge with
2797    statistical noise for short timescales. Forced symmetrization, by
2798    using the matrix T_sym = 1/2 (T + transpose(T)), removes problems
2799    like the existence of (small magnitude) negative eigenvalues.
2801 .. mdp:: mininum-var-min
2803    (100)
2804    The min-variance strategy (option of :mdp:`lmc-stats` is only
2805    valid for larger number of samples, and can get stuck if too few
2806    samples are used at each state. :mdp:`mininum-var-min` is the
2807    minimum number of samples that each state that are allowed before
2808    the min-variance strategy is activated if selected.
2810 .. mdp:: init-lambda-weights
2812    The initial weights (free energies) used for the expanded ensemble
2813    states. Default is a vector of zero weights. format is similar to
2814    the lambda vector settings in :mdp:`fep-lambdas`, except the
2815    weights can be any floating point number. Units are kT. Its length
2816    must match the lambda vector lengths.
2818 .. mdp:: lmc-weights-equil
2820    .. mdp-value:: no
2822       Expanded ensemble weights continue to be updated throughout the
2823       simulation.
2825    .. mdp-value:: yes
2827       The input expanded ensemble weights are treated as equilibrated,
2828       and are not updated throughout the simulation.
2830    .. mdp-value:: wl-delta
2832       Expanded ensemble weight updating is stopped when the
2833       Wang-Landau incrementor falls below this value.
2835    .. mdp-value:: number-all-lambda
2837       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2838       samples at all of the lambda states is greater than this value.
2840    .. mdp-value:: number-steps
2842       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2843       steps is greater than the level specified by this value.
2845    .. mdp-value:: number-samples
2847       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2848       total samples across all lambda states is greater than the level
2849       specified by this value.
2851    .. mdp-value:: count-ratio
2853       Expanded ensemble weight updating is stopped when the ratio of
2854       samples at the least sampled lambda state and most sampled
2855       lambda state greater than this value.
2857 .. mdp:: simulated-tempering
2859    (no)
2860    Turn simulated tempering on or off. Simulated tempering is
2861    implemented as expanded ensemble sampling with different
2862    temperatures instead of different Hamiltonians.
2864 .. mdp:: sim-temp-low
2866    (300) \[K\]
2867    Low temperature for simulated tempering.
2869 .. mdp:: sim-temp-high
2871    (300) \[K\]
2872    High temperature for simulated tempering.
2874 .. mdp:: simulated-tempering-scaling
2876    Controls the way that the temperatures at intermediate lambdas are
2877    calculated from the :mdp:`temperature-lambdas` part of the lambda
2878    vector.
2880    .. mdp-value:: linear
2882       Linearly interpolates the temperatures using the values of
2883       :mdp:`temperature-lambdas`, *i.e.* if :mdp:`sim-temp-low`
2884       =300, :mdp:`sim-temp-high` =400, then lambda=0.5 correspond to
2885       a temperature of 350. A nonlinear set of temperatures can always
2886       be implemented with uneven spacing in lambda.
2888    .. mdp-value:: geometric
2890       Interpolates temperatures geometrically between
2891       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2892       has temperature :mdp:`sim-temp-low` * (:mdp:`sim-temp-high` /
2893       :mdp:`sim-temp-low`) raised to the power of
2894       (i/(ntemps-1)). This should give roughly equal exchange for
2895       constant heat capacity, though of course things simulations that
2896       involve protein folding have very high heat capacity peaks.
2898    .. mdp-value:: exponential
2900       Interpolates temperatures exponentially between
2901       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2902       has temperature :mdp:`sim-temp-low` + (:mdp:`sim-temp-high` -
2903       :mdp:`sim-temp-low`)*((exp(:mdp:`temperature-lambdas`
2904       (i))-1)/(exp(1.0)-i)).
2907 Non-equilibrium MD
2908 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2910 .. mdp:: acc-grps
2912    groups for constant acceleration (*e.g.* ``Protein Sol``) all atoms
2913    in groups Protein and Sol will experience constant acceleration as
2914    specified in the :mdp:`accelerate` line
2916 .. mdp:: accelerate
2918    (0) \[nm ps^-2\]
2919    acceleration for :mdp:`acc-grps`; x, y and z for each group
2920    (*e.g.* ``0.1 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0`` means that first group has
2921    constant acceleration of 0.1 nm ps-2 in X direction, second group
2922    the opposite).
2924 .. mdp:: freezegrps
2926    Groups that are to be frozen (*i.e.* their X, Y, and/or Z position
2927    will not be updated; *e.g.* ``Lipid SOL``). :mdp:`freezedim`
2928    specifies for which dimension the freezing applies. To avoid
2929    spurious contibrutions to the virial and pressure due to large
2930    forces between completely frozen atoms you need to use energy group
2931    exclusions, this also saves computing time. Note that coordinates
2932    of frozen atoms are not scaled by pressure-coupling algorithms.
2934 .. mdp:: freezedim
2936    dimensions for which groups in :mdp:`freezegrps` should be frozen,
2937    specify `Y` or `N` for X, Y and Z and for each group (*e.g.* ``Y Y
2938    N N N N`` means that particles in the first group can move only in
2939    Z direction. The particles in the second group can move in any
2940    direction).
2942 .. mdp:: cos-acceleration
2944    (0) \[nm ps^-2\]
2945    the amplitude of the acceleration profile for calculating the
2946    viscosity. The acceleration is in the X-direction and the magnitude
2947    is :mdp:`cos-acceleration` cos(2 pi z/boxheight). Two terms are
2948    added to the energy file: the amplitude of the velocity profile and
2949    1/viscosity.
2951 .. mdp:: deform
2953    (0 0 0 0 0 0) \[nm ps-1\]
2954    The velocities of deformation for the box elements: a(x) b(y) c(z)
2955    b(x) c(x) c(y). Each step the box elements for which :mdp:`deform`
2956    is non-zero are calculated as: box(ts)+(t-ts)*deform, off-diagonal
2957    elements are corrected for periodicity. The coordinates are
2958    transformed accordingly. Frozen degrees of freedom are (purposely)
2959    also transformed. The time ts is set to t at the first step and at
2960    steps at which x and v are written to trajectory to ensure exact
2961    restarts. Deformation can be used together with semiisotropic or
2962    anisotropic pressure coupling when the appropriate
2963    compressibilities are set to zero. The diagonal elements can be
2964    used to strain a solid. The off-diagonal elements can be used to
2965    shear a solid or a liquid.
2968 Electric fields
2969 .. mdp:: electric-field-x ; electric-field-y ; electric-field-z
2971    Here you can specify an electric field that optionally can be
2972    alternating and pulsed. The general expression for the field
2973    has the form of a gaussian laser pulse:
2975    E(t) = E0 exp ( -(t-t0)^2/(2 sigma^2) ) cos(omega (t-t0))
2977    For example, the four parameters for direction x are set in the
2978    three fields of :mdp:`electric-field-x` (and similar for y and z) 
2979    like
2981    electric-field-x  = E0 omega t0 sigma
2983    In the special case that sigma = 0, the exponential term is omitted
2984    and only the cosine term is used. If also omega = 0 a static
2985    electric field is applied.
2987    More details in Carl Caleman and David van der Spoel: Picosecond
2988    Melting of Ice by an Infrared Laser Pulse - A Simulation Study
2989    Angew. Chem. Intl. Ed. 47 pp. 14 17-1420 (2008)
2993 Mixed quantum/classical molecular dynamics
2994 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2996 .. MDP:: QMMM
2998    .. mdp-value:: no
3000       No QM/MM.
3002    .. mdp-value:: yes
3004       Do a QM/MM simulation. Several groups can be described at
3005       different QM levels separately. These are specified in the
3006       :mdp:`QMMM-grps` field separated by spaces. The level of *ab
3007       initio* theory at which the groups are described is specified by
3008       :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` Fields. Describing the
3009       groups at different levels of theory is only possible with the
3010       ONIOM QM/MM scheme, specified by :mdp:`QMMMscheme`.
3012 .. mdp:: QMMM-grps
3014    groups to be descibed at the QM level
3016 .. mdp:: QMMMscheme
3018    .. mdp-value:: normal
3020       normal QM/MM. There can only be one :mdp:`QMMM-grps` that is
3021       modelled at the :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` level of
3022       *ab initio* theory. The rest of the system is described at the
3023       MM level. The QM and MM subsystems interact as follows: MM point
3024       charges are included in the QM one-electron hamiltonian and all
3025       Lennard-Jones interactions are described at the MM level.
3027    .. mdp-value:: ONIOM
3029       The interaction between the subsystem is described using the
3030       ONIOM method by Morokuma and co-workers. There can be more than
3031       one :mdp:`QMMM-grps` each modeled at a different level of QM
3032       theory (:mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis`).
3034 .. mdp:: QMmethod
3036    (RHF)
3037    Method used to compute the energy and gradients on the QM
3038    atoms. Available methods are AM1, PM3, RHF, UHF, DFT, B3LYP, MP2,
3039    CASSCF, and MMVB. For CASSCF, the number of electrons and orbitals
3040    included in the active space is specified by :mdp:`CASelectrons`
3041    and :mdp:`CASorbitals`.
3043 .. mdp:: QMbasis
3045    (STO-3G)
3046    Basis set used to expand the electronic wavefuntion. Only Gaussian
3047    basis sets are currently available, *i.e.* ``STO-3G, 3-21G, 3-21G*,
3048    3-21+G*, 6-21G, 6-31G, 6-31G*, 6-31+G*,`` and ``6-311G``.
3050 .. mdp:: QMcharge
3052    (0) \[integer\]
3053    The total charge in `e` of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are
3054    more than one :mdp:`QMMM-grps`, the total charge of each ONIOM
3055    layer needs to be specified separately.
3057 .. mdp:: QMmult
3059    (1) \[integer\]
3060    The multiplicity of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are more
3061    than one :mdp:`QMMM-grps`, the multiplicity of each ONIOM layer
3062    needs to be specified separately.
3064 .. mdp:: CASorbitals
3066    (0) \[integer\]
3067    The number of orbitals to be included in the active space when
3068    doing a CASSCF computation.
3070 .. mdp:: CASelectrons
3072    (0) \[integer\]
3073    The number of electrons to be included in the active space when
3074    doing a CASSCF computation.
3076 .. MDP:: SH
3078    .. mdp-value:: no
3080       No surface hopping. The system is always in the electronic
3081       ground-state.
3083    .. mdp-value:: yes
3085       Do a QM/MM MD simulation on the excited state-potential energy
3086       surface and enforce a *diabatic* hop to the ground-state when
3087       the system hits the conical intersection hyperline in the course
3088       the simulation. This option only works in combination with the
3089       CASSCF method.
3092 Implicit solvent
3093 ^^^^^^^^^^^^^^^^
3095 .. mdp:: implicit-solvent
3097    .. mdp-value:: no
3099       No implicit solvent
3101    .. mdp-value:: GBSA
3103       Do a simulation with implicit solvent using the Generalized Born
3104       formalism. Three different methods for calculating the Born
3105       radii are available, Still, HCT and OBC. These are specified
3106       with the :mdp:`gb-algorithm` field. The non-polar solvation is
3107       specified with the :mdp:`sa-algorithm` field.
3109 .. mdp:: gb-algorithm
3111    .. mdp-value:: Still
3113       Use the Still method to calculate the Born radii
3115    .. mdp-value:: HCT
3117       Use the Hawkins-Cramer-Truhlar method to calculate the Born
3118       radii
3120    .. mdp-value:: OBC
3122       Use the Onufriev-Bashford-Case method to calculate the Born
3123       radii
3125 .. mdp:: nstgbradii
3127    (1) \[steps\]
3128    Frequency to (re)-calculate the Born radii. For most practial
3129    purposes, setting a value larger than 1 violates energy
3130    conservation and leads to unstable trajectories.
3132 .. mdp:: rgbradii
3134    (1.0) \[nm\]
3135    Cut-off for the calculation of the Born radii. Currently must be
3136    equal to rlist
3138 .. mdp:: gb-epsilon-solvent
3140    (80)
3141    Dielectric constant for the implicit solvent
3143 .. mdp:: gb-saltconc
3145    (0) \[M\]
3146    Salt concentration for implicit solvent models, currently not used
3148 .. mdp:: gb-obc-alpha
3149 .. mdp:: gb-obc-beta
3150 .. mdp:: gb-obc-gamma
3152    Scale factors for the OBC model. Default values of 1, 0.78 and 4.85
3153    respectively are for OBC(II). Values for OBC(I) are 0.8, 0 and 2.91
3154    respectively
3156 .. mdp:: gb-dielectric-offset
3158    (0.009) \[nm\]
3159    Distance for the di-electric offset when calculating the Born
3160    radii. This is the offset between the center of each atom the
3161    center of the polarization energy for the corresponding atom
3163 .. mdp:: sa-algorithm
3165    .. mdp-value:: Ace-approximation
3167       Use an Ace-type approximation
3169    .. mdp-value:: None
3171       No non-polar solvation calculation done. For GBSA only the polar
3172       part gets calculated
3174 .. mdp:: sa-surface-tension
3176    \[kJ mol-1 nm-2\]
3177    Default value for surface tension with SA algorithms. The default
3178    value is -1; Note that if this default value is not changed it will
3179    be overridden by :ref:`gmx grompp` using values that are specific
3180    for the choice of radii algorithm (0.0049 kcal/mol/Angstrom^2 for
3181    Still, 0.0054 kcal/mol/Angstrom2 for HCT/OBC) Setting it to 0 will
3182    while using an sa-algorithm other than None means no non-polar
3183    calculations are done.
3186 Computational Electrophysiology
3187 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3188 Use these options to switch on and control ion/water position exchanges in "Computational
3189 Electrophysiology" simulation setups. (See the `reference manual`_ for details).
3191 .. mdp:: swapcoords
3193    .. mdp-value:: no
3195       Do not enable ion/water position exchanges.
3197    .. mdp-value:: X ; Y ; Z
3199       Allow for ion/water position exchanges along the chosen direction.
3200       In a typical setup with the membranes parallel to the x-y plane,
3201       ion/water pairs need to be exchanged in Z direction to sustain the
3202       requested ion concentrations in the compartments.
3204 .. mdp:: swap-frequency
3206    (1) The swap attempt frequency, i.e. every how many time steps the ion counts
3207    per compartment are determined and exchanges made if necessary.
3208    Normally it is not necessary to check at every time step.
3209    For typical Computational Electrophysiology setups, a value of about 100 is
3210    sufficient and yields a negligible performance impact.
3212 .. mdp:: split-group0
3214    Name of the index group of the membrane-embedded part of channel #0.
3215    The center of mass of these atoms defines one of the compartment boundaries
3216    and should be chosen such that it is near the center of the membrane.
3218 .. mdp:: split-group1
3220    Channel #1 defines the position of the other compartment boundary.
3222 .. mdp:: massw-split0
3224    (no) Defines whether or not mass-weighting is used to calculate the split group center.
3226    .. mdp-value:: no
3228       Use the geometrical center.
3230    .. mdp-value:: yes
3232       Use the center of mass.
3234 .. mdp:: massw-split1
3236    (no) As above, but for split-group #1.
3238 .. mdp:: solvent-group
3240    Name of the index group of solvent molecules.
3242 .. mdp:: coupl-steps
3244    (\10) Average the number of ions per compartment over these many swap attempt steps.
3245    This can be used to prevent that ions near a compartment boundary
3246    (diffusing through a channel, e.g.) lead to unwanted back and forth swaps.
3248 .. mdp:: iontypes
3250    (1) The number of different ion types to be controlled. These are during the
3251    simulation exchanged with solvent molecules to reach the desired reference numbers.
3253 .. mdp:: iontype0-name
3255    Name of the first ion type.
3257 .. mdp:: iontype0-in-A
3259    (-1) Requested (=reference) number of ions of type 0 in compartment A.
3260    The default value of -1 means: use the number of ions as found in time step 0
3261    as reference value.
3263 .. mdp:: iontype0-in-B
3265    (-1) Reference number of ions of type 0 for compartment B.
3267 .. mdp:: bulk-offsetA
3269    (0.0) Offset of the first swap layer from the compartment A midplane.
3270    By default (i.e. bulk offset = 0.0), ion/water exchanges happen between layers
3271    at maximum distance (= bulk concentration) to the split group layers. However,
3272    an offset b (-1.0 < b < +1.0) can be specified to offset the bulk layer from the middle at 0.0
3273    towards one of the compartment-partitioning layers (at +/- 1.0).
3275 .. mdp:: bulk-offsetB
3277    (0.0) Offset of the other swap layer from the compartment B midplane.
3280 .. mdp:: threshold
3282    (\1) Only swap ions if threshold difference to requested count is reached.
3284 .. mdp:: cyl0-r
3286    (2.0) \[nm\] Radius of the split cylinder #0.
3287    Two split cylinders (mimicking the channel pores) can optionally be defined
3288    relative to the center of the split group. With the help of these cylinders
3289    it can be counted which ions have passed which channel. The split cylinder
3290    definition has no impact on whether or not ion/water swaps are done.
3292 .. mdp:: cyl0-up
3294    (1.0) \[nm\] Upper extension of the split cylinder #0.
3296 .. mdp:: cyl0-down
3298    (1.0) \[nm\] Lower extension of the split cylinder #0.
3300 .. mdp:: cyl1-r
3302    (2.0) \[nm\] Radius of the split cylinder #1.
3304 .. mdp:: cyl1-up
3306    (1.0) \[nm\] Upper extension of the split cylinder #1.
3308 .. mdp:: cyl1-down
3310    (1.0) \[nm\] Lower extension of the split cylinder #1.
3313 User defined thingies
3314 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3316 .. mdp:: user1-grps
3317 .. mdp:: user2-grps
3318 .. mdp:: userint1 (0)
3319 .. mdp:: userint2 (0)
3320 .. mdp:: userint3 (0)
3321 .. mdp:: userint4 (0)
3322 .. mdp:: userreal1 (0)
3323 .. mdp:: userreal2 (0)
3324 .. mdp:: userreal3 (0)
3325 .. mdp:: userreal4 (0)
3327    These you can use if you modify code. You can pass integers and
3328    reals and groups to your subroutine. Check the inputrec definition
3329    in ``src/gromacs/mdtypes/inputrec.h``
3331 Removed features
3332 ^^^^^^^^^^^^^^^^
3334 This feature has been removed from |Gromacs|, but so that old
3335 :ref:`mdp` and :ref:`tpr` files cannot be mistakenly misused, we still
3336 parse this option. :ref:`gmx grompp` and :ref:`gmx mdrun` will issue a
3337 fatal error if this is set.
3339 .. mdp:: adress
3341    (no)
3343 .. _reference manual: gmx-manual-parent-dir_