Update instructions in containers.rst
[gromacs.git] / docs / user-guide / mdp-options.rst
blobe547ec841812bea5bfaae306c5df118672ca36cf
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.
7 .. todo:: Make more cross-references.
9 Molecular dynamics parameters (.mdp options)
10 ============================================
12 .. _mdp-general:
14 General information
15 -------------------
17 Default values are given in parentheses, or listed first among
18 choices. The first option in the list is always the default
19 option. Units are given in square brackets. The difference between a
20 dash and an underscore is ignored.
22 A :ref:`sample mdp file <mdp>` is available. This should be
23 appropriate to start a normal simulation. Edit it to suit your
24 specific needs and desires.
27 Preprocessing
28 ^^^^^^^^^^^^^
30 .. mdp:: include
32    directories to include in your topology. Format:
33    ``-I/home/john/mylib -I../otherlib``
35 .. mdp:: define
37    defines to pass to the preprocessor, default is no defines. You can
38    use any defines to control options in your customized topology
39    files. Options that act on existing :ref:`top` file mechanisms
40    include
42       ``-DFLEXIBLE`` will use flexible water instead of rigid water
43       into your topology, this can be useful for normal mode analysis.
45       ``-DPOSRES`` will trigger the inclusion of ``posre.itp`` into
46       your topology, used for implementing position restraints.
49 Run control
50 ^^^^^^^^^^^
52 .. mdp:: integrator
54    (Despite the name, this list includes algorithms that are not
55    actually integrators over time. :mdp-value:`integrator=steep` and
56    all entries following it are in this category)
58    .. mdp-value:: md
60       A leap-frog algorithm for integrating Newton's equations of motion.
62    .. mdp-value:: md-vv
64       A velocity Verlet algorithm for integrating Newton's equations
65       of motion.  For constant NVE simulations started from
66       corresponding points in the same trajectory, the trajectories
67       are analytically, but not binary, identical to the
68       :mdp-value:`integrator=md` leap-frog integrator. The kinetic
69       energy, which is determined from the whole step velocities and
70       is therefore slightly too high. The advantage of this integrator
71       is more accurate, reversible Nose-Hoover and Parrinello-Rahman
72       coupling integration based on Trotter expansion, as well as
73       (slightly too small) full step velocity output. This all comes
74       at the cost off extra computation, especially with constraints
75       and extra communication in parallel. Note that for nearly all
76       production simulations the :mdp-value:`integrator=md` integrator
77       is accurate enough.
79    .. mdp-value:: md-vv-avek
81       A velocity Verlet algorithm identical to
82       :mdp-value:`integrator=md-vv`, except that the kinetic energy is
83       determined as the average of the two half step kinetic energies
84       as in the :mdp-value:`integrator=md` integrator, and this thus
85       more accurate.  With Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman
86       coupling this comes with a slight increase in computational
87       cost.
89    .. mdp-value:: sd
91       An accurate and efficient leap-frog stochastic dynamics
92       integrator. With constraints, coordinates needs to be
93       constrained twice per integration step. Depending on the
94       computational cost of the force calculation, this can take a
95       significant part of the simulation time. The temperature for one
96       or more groups of atoms (:mdp:`tc-grps`) is set with
97       :mdp:`ref-t`, the inverse friction constant for each group is
98       set with :mdp:`tau-t`.  The parameters :mdp:`tcoupl` and :mdp:`nsttcouple`
99       are ignored. The random generator is initialized with
100       :mdp:`ld-seed`. When used as a thermostat, an appropriate value
101       for :mdp:`tau-t` is 2 ps, since this results in a friction that
102       is lower than the internal friction of water, while it is high
103       enough to remove excess heat NOTE: temperature deviations decay
104       twice as fast as with a Berendsen thermostat with the same
105       :mdp:`tau-t`.
107    .. mdp-value:: bd
109       An Euler integrator for Brownian or position Langevin dynamics,
110       the velocity is the force divided by a friction coefficient
111       (:mdp:`bd-fric`) plus random thermal noise (:mdp:`ref-t`). When
112       :mdp:`bd-fric` is 0, the friction coefficient for each particle
113       is calculated as mass/ :mdp:`tau-t`, as for the integrator
114       :mdp-value:`integrator=sd`. The random generator is initialized
115       with :mdp:`ld-seed`.
117    .. mdp-value:: steep
119       A steepest descent algorithm for energy minimization. The
120       maximum step size is :mdp:`emstep`, the tolerance is
121       :mdp:`emtol`.
123    .. mdp-value:: cg
125       A conjugate gradient algorithm for energy minimization, the
126       tolerance is :mdp:`emtol`. CG is more efficient when a steepest
127       descent step is done every once in a while, this is determined
128       by :mdp:`nstcgsteep`. For a minimization prior to a normal mode
129       analysis, which requires a very high accuracy, |Gromacs| should be
130       compiled in double precision.
132    .. mdp-value:: l-bfgs
134       A quasi-Newtonian algorithm for energy minimization according to
135       the low-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno approach. In
136       practice this seems to converge faster than Conjugate Gradients,
137       but due to the correction steps necessary it is not (yet)
138       parallelized.
140    .. mdp-value:: nm
142       Normal mode analysis is performed on the structure in the :ref:`tpr`
143       file.  |Gromacs| should be compiled in double precision.
145    .. mdp-value:: tpi
147       Test particle insertion. The last molecule in the topology is
148       the test particle. A trajectory must be provided to ``mdrun
149       -rerun``. This trajectory should not contain the molecule to be
150       inserted. Insertions are performed :mdp:`nsteps` times in each
151       frame at random locations and with random orientiations of the
152       molecule. When :mdp:`nstlist` is larger than one,
153       :mdp:`nstlist` insertions are performed in a sphere with radius
154       :mdp:`rtpi` around a the same random location using the same
155       pair list. Since pair list construction is expensive,
156       one can perform several extra insertions with the same list
157       almost for free. The random seed is set with
158       :mdp:`ld-seed`. The temperature for the Boltzmann weighting is
159       set with :mdp:`ref-t`, this should match the temperature of the
160       simulation of the original trajectory. Dispersion correction is
161       implemented correctly for TPI. All relevant quantities are
162       written to the file specified with ``mdrun -tpi``. The
163       distribution of insertion energies is written to the file
164       specified with ``mdrun -tpid``. No trajectory or energy file is
165       written. Parallel TPI gives identical results to single-node
166       TPI. For charged molecules, using PME with a fine grid is most
167       accurate and also efficient, since the potential in the system
168       only needs to be calculated once per frame.
170    .. mdp-value:: tpic
172       Test particle insertion into a predefined cavity location. The
173       procedure is the same as for :mdp-value:`integrator=tpi`, except
174       that one coordinate extra is read from the trajectory, which is
175       used as the insertion location. The molecule to be inserted
176       should be centered at 0,0,0. |Gromacs| does not do this for you,
177       since for different situations a different way of centering
178       might be optimal. Also :mdp:`rtpi` sets the radius for the
179       sphere around this location. Neighbor searching is done only
180       once per frame, :mdp:`nstlist` is not used. Parallel
181       :mdp-value:`integrator=tpic` gives identical results to
182       single-rank :mdp-value:`integrator=tpic`.
184    .. mdp-value:: mimic
186       Enable MiMiC QM/MM coupling to run hybrid molecular dynamics.
187       Keey in mind that its required to launch CPMD compiled with MiMiC as well.
188       In this mode all options regarding integration (T-coupling, P-coupling,
189       timestep and number of steps) are ignored as CPMD will do the integration
190       instead. Options related to forces computation (cutoffs, PME parameters,
191       etc.) are working as usual. Atom selection to define QM atoms is read
192       from :mdp:`QMMM-grps`
194 .. mdp:: tinit
196         (0) [ps]
197         starting time for your run (only makes sense for time-based
198         integrators)
200 .. mdp:: dt
202         (0.001) [ps]
203         time step for integration (only makes sense for time-based
204         integrators)
206 .. mdp:: nsteps
208         (0)
209         maximum number of steps to integrate or minimize, -1 is no
210         maximum
212 .. mdp:: init-step
214         (0)
215         The starting step. The time at step i in a run is
216         calculated as: t = :mdp:`tinit` + :mdp:`dt` *
217         (:mdp:`init-step` + i). The free-energy lambda is calculated
218         as: lambda = :mdp:`init-lambda` + :mdp:`delta-lambda` *
219         (:mdp:`init-step` + i). Also non-equilibrium MD parameters can
220         depend on the step number. Thus for exact restarts or redoing
221         part of a run it might be necessary to set :mdp:`init-step` to
222         the step number of the restart frame. :ref:`gmx convert-tpr`
223         does this automatically.
225 .. mdp:: simulation-part
227          (0)
228          A simulation can consist of multiple parts, each of which has
229          a part number. This option specifies what that number will
230          be, which helps keep track of parts that are logically the
231          same simulation. This option is generally useful to set only
232          when coping with a crashed simulation where files were lost.
234 .. mdp:: mts
236    .. mdp-value:: no
238       Evaluate all forces at every integration step.
240    .. mdp-value:: yes
242       Use a multiple timing-stepping integrator to evaluate some forces, as specified
243       by :mdp:`mts-level2-forces` every :mdp:`mts-level2-factor` integration
244       steps. All other forces are evaluated at every step. MTS is currently
245       only supported with :mdp-value:`integrator=md`.
247 .. mdp:: mts-levels
249         (2)
250         The number of levels for the multiple time-stepping scheme.
251         Currently only 2 is supported.
253 .. mdp:: mts-level2-forces
255    (longrange-nonbonded nonbonded pair dihedral)
256    A list of force groups that will be evaluated only every
257    :mdp:`mts-level2-factor` steps. Supported entries are:
258    ``longrange-nonbonded``, ``nonbonded``, ``pair``, ``dihedral``, ``angle``,
259    ``pull`` and ``awh``. With ``pair`` the listed pair forces (such as 1-4)
260    are selected. With ``dihedral`` all dihedrals are selected, including cmap.
261    All other forces, including all restraints, are evaluated and
262    integrated every step. When PME or Ewald is used for electrostatics
263    and/or LJ interactions, ``longrange-nonbonded`` has to be entered here.
264    The default value should work well for most standard atomistic simulations
265    and in particular for replacing virtual site treatment for increasing
266    the time step.
268 .. mdp:: mts-level2-factor
270       (2) [steps]
271       Interval for computing the forces in level 2 of the multiple time-stepping
272       scheme
274 .. mdp:: comm-mode
276    .. mdp-value:: Linear
278       Remove center of mass translational velocity
280    .. mdp-value:: Angular
282       Remove center of mass translational and rotational velocity
284    .. mdp-value:: Linear-acceleration-correction
286       Remove center of mass translational velocity. Correct the center of
287       mass position assuming linear acceleration over :mdp:`nstcomm` steps.
288       This is useful for cases where an acceleration is expected on the
289       center of mass which is nearly constant over :mdp:`nstcomm` steps.
290       This can occur for example when pulling on a group using an absolute
291       reference.
293    .. mdp-value:: None
295       No restriction on the center of mass motion
297 .. mdp:: nstcomm
299    (100) [steps]
300    frequency for center of mass motion removal
302 .. mdp:: comm-grps
304    group(s) for center of mass motion removal, default is the whole
305    system
308 Langevin dynamics
309 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
311 .. mdp:: bd-fric
313    (0) [amu ps\ :sup:`-1`]
314    Brownian dynamics friction coefficient. When :mdp:`bd-fric` is 0,
315    the friction coefficient for each particle is calculated as mass/
316    :mdp:`tau-t`.
318 .. mdp:: ld-seed
320    (-1) [integer]
321    used to initialize random generator for thermal noise for
322    stochastic and Brownian dynamics. When :mdp:`ld-seed` is set to -1,
323    a pseudo random seed is used. When running BD or SD on multiple
324    processors, each processor uses a seed equal to :mdp:`ld-seed` plus
325    the processor number.
328 Energy minimization
329 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
331 .. mdp:: emtol
333    (10.0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`]
334    the minimization is converged when the maximum force is smaller
335    than this value
337 .. mdp:: emstep
339    (0.01) [nm]
340    initial step-size
342 .. mdp:: nstcgsteep
344    (1000) [steps]
345    frequency of performing 1 steepest descent step while doing
346    conjugate gradient energy minimization.
348 .. mdp:: nbfgscorr
350    (10)
351    Number of correction steps to use for L-BFGS minimization. A higher
352    number is (at least theoretically) more accurate, but slower.
355 Shell Molecular Dynamics
356 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
358 When shells or flexible constraints are present in the system the
359 positions of the shells and the lengths of the flexible constraints
360 are optimized at every time step until either the RMS force on the
361 shells and constraints is less than :mdp:`emtol`, or a maximum number
362 of iterations :mdp:`niter` has been reached. Minimization is converged
363 when the maximum force is smaller than :mdp:`emtol`. For shell MD this
364 value should be 1.0 at most.
366 .. mdp:: niter
368    (20)
369    maximum number of iterations for optimizing the shell positions and
370    the flexible constraints.
372 .. mdp:: fcstep
374    (0) [ps\ :sup:`2`]
375    the step size for optimizing the flexible constraints. Should be
376    chosen as mu/(d2V/dq2) where mu is the reduced mass of two
377    particles in a flexible constraint and d2V/dq2 is the second
378    derivative of the potential in the constraint direction. Hopefully
379    this number does not differ too much between the flexible
380    constraints, as the number of iterations and thus the runtime is
381    very sensitive to fcstep. Try several values!
384 Test particle insertion
385 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
387 .. mdp:: rtpi
389    (0.05) [nm]
390    the test particle insertion radius, see integrators
391    :mdp-value:`integrator=tpi` and :mdp-value:`integrator=tpic`
394 Output control
395 ^^^^^^^^^^^^^^
397 .. mdp:: nstxout
399    (0) [steps]
400    number of steps that elapse between writing coordinates to the output
401    trajectory file (:ref:`trr`), the last coordinates are always written
402    unless 0, which means coordinates are not written into the trajectory
403    file.
405 .. mdp:: nstvout
407    (0) [steps]
408    number of steps that elapse between writing velocities to the output
409    trajectory file (:ref:`trr`), the last velocities are always written
410    unless 0, which means velocities are not written into the trajectory
411    file.
413 .. mdp:: nstfout
415    (0) [steps]
416    number of steps that elapse between writing forces to the output
417    trajectory file (:ref:`trr`), the last forces are always written,
418    unless 0, which means forces are not written into the trajectory
419    file.
421 .. mdp:: nstlog
423    (1000) [steps]
424    number of steps that elapse between writing energies to the log
425    file, the last energies are always written.
427 .. mdp:: nstcalcenergy
429    (100)
430    number of steps that elapse between calculating the energies, 0 is
431    never. This option is only relevant with dynamics. This option affects the
432    performance in parallel simulations, because calculating energies
433    requires global communication between all processes which can
434    become a bottleneck at high parallelization.
436 .. mdp:: nstenergy
438    (1000) [steps]
439    number of steps that elapse between writing energies to energy file,
440    the last energies are always written, should be a multiple of
441    :mdp:`nstcalcenergy`. Note that the exact sums and fluctuations
442    over all MD steps modulo :mdp:`nstcalcenergy` are stored in the
443    energy file, so :ref:`gmx energy` can report exact energy averages
444    and fluctuations also when :mdp:`nstenergy` > 1
446 .. mdp:: nstxout-compressed
448    (0) [steps]
449    number of steps that elapse between writing position coordinates
450    using lossy compression (:ref:`xtc` file), 0 for not writing
451    compressed coordinates output.
453 .. mdp:: compressed-x-precision
455    (1000) [real]
456    precision with which to write to the compressed trajectory file
458 .. mdp:: compressed-x-grps
460    group(s) to write to the compressed trajectory file, by default the
461    whole system is written (if :mdp:`nstxout-compressed` > 0)
463 .. mdp:: energygrps
465    group(s) for which to write to write short-ranged non-bonded
466    potential energies to the energy file (not supported on GPUs)
469 Neighbor searching
470 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
472 .. mdp:: cutoff-scheme
474    .. mdp-value:: Verlet
476       Generate a pair list with buffering. The buffer size is
477       automatically set based on :mdp:`verlet-buffer-tolerance`,
478       unless this is set to -1, in which case :mdp:`rlist` will be
479       used.
481    .. mdp-value:: group
483       Generate a pair list for groups of atoms, corresponding
484       to the charge groups in the topology. This option is no longer
485       supported.
487 .. mdp:: nstlist
489    (10) [steps]
491    .. mdp-value:: >0
493       Frequency to update the neighbor list. When dynamics and
494       :mdp:`verlet-buffer-tolerance` set, :mdp:`nstlist` is actually
495       a minimum value and :ref:`gmx mdrun` might increase it, unless
496       it is set to 1. With parallel simulations and/or non-bonded
497       force calculation on the GPU, a value of 20 or 40 often gives
498       the best performance.
500    .. mdp-value:: 0
502       The neighbor list is only constructed once and never
503       updated. This is mainly useful for vacuum simulations in which
504       all particles see each other. But vacuum simulations are
505       (temporarily) not supported.
507    .. mdp-value:: <0
509       Unused.
511 .. mdp:: pbc
513    .. mdp-value:: xyz
515       Use periodic boundary conditions in all directions.
517    .. mdp-value:: no
519       Use no periodic boundary conditions, ignore the box. To simulate
520       without cut-offs, set all cut-offs and :mdp:`nstlist` to 0. For
521       best performance without cut-offs on a single MPI rank, set
522       :mdp:`nstlist` to zero and :mdp-value:`ns-type=simple`.
524    .. mdp-value:: xy
526       Use periodic boundary conditions in x and y directions
527       only. This works only with :mdp-value:`ns-type=grid` and can be used
528       in combination with walls_. Without walls or with only one wall
529       the system size is infinite in the z direction. Therefore
530       pressure coupling or Ewald summation methods can not be
531       used. These disadvantages do not apply when two walls are used.
533 .. mdp:: periodic-molecules
535    .. mdp-value:: no
537       molecules are finite, fast molecular PBC can be used
539    .. mdp-value:: yes
541       for systems with molecules that couple to themselves through the
542       periodic boundary conditions, this requires a slower PBC
543       algorithm and molecules are not made whole in the output
545 .. mdp:: verlet-buffer-tolerance
547    (0.005) [kJ mol\ :sup:`-1` ps\ :sup:`-1`]
549    Used when performing a simulation with dynamics. This sets
550    the maximum allowed error for pair interactions per particle caused
551    by the Verlet buffer, which indirectly sets :mdp:`rlist`. As both
552    :mdp:`nstlist` and the Verlet buffer size are fixed (for
553    performance reasons), particle pairs not in the pair list can
554    occasionally get within the cut-off distance during
555    :mdp:`nstlist` -1 steps. This causes very small jumps in the
556    energy. In a constant-temperature ensemble, these very small energy
557    jumps can be estimated for a given cut-off and :mdp:`rlist`. The
558    estimate assumes a homogeneous particle distribution, hence the
559    errors might be slightly underestimated for multi-phase
560    systems. (See the `reference manual`_ for details). For longer
561    pair-list life-time (:mdp:`nstlist` -1) * :mdp:`dt` the buffer is
562    overestimated, because the interactions between particles are
563    ignored. Combined with cancellation of errors, the actual drift of
564    the total energy is usually one to two orders of magnitude
565    smaller. Note that the generated buffer size takes into account
566    that the |Gromacs| pair-list setup leads to a reduction in the
567    drift by a factor 10, compared to a simple particle-pair based
568    list. Without dynamics (energy minimization etc.), the buffer is 5%
569    of the cut-off. For NVE simulations the initial temperature is
570    used, unless this is zero, in which case a buffer of 10% is
571    used. For NVE simulations the tolerance usually needs to be lowered
572    to achieve proper energy conservation on the nanosecond time
573    scale. To override the automated buffer setting, use
574    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` =-1 and set :mdp:`rlist` manually.
576 .. mdp:: rlist
578    (1) [nm]
579    Cut-off distance for the short-range neighbor list. With dynamics,
580    this is by default set by the :mdp:`verlet-buffer-tolerance` option
581    and the value of :mdp:`rlist` is ignored. Without dynamics, this
582    is by default set to the maximum cut-off plus 5% buffer, except
583    for test particle insertion, where the buffer is managed exactly
584    and automatically. For NVE simulations, where the automated
585    setting is not possible, the advised procedure is to run :ref:`gmx grompp`
586    with an NVT setup with the expected temperature and copy the resulting
587    value of :mdp:`rlist` to the NVE setup.
590 Electrostatics
591 ^^^^^^^^^^^^^^
593 .. mdp:: coulombtype
595    .. mdp-value:: Cut-off
597       Plain cut-off with pair list radius :mdp:`rlist` and
598       Coulomb cut-off :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >=
599       :mdp:`rcoulomb`.
601    .. mdp-value:: Ewald
603       Classical Ewald sum electrostatics. The real-space cut-off
604       :mdp:`rcoulomb` should be equal to :mdp:`rlist`. Use *e.g.*
605       :mdp:`rlist` =0.9, :mdp:`rcoulomb` =0.9. The highest magnitude
606       of wave vectors used in reciprocal space is controlled by
607       :mdp:`fourierspacing`. The relative accuracy of
608       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol`.
610       NOTE: Ewald scales as O(N\ :sup:`3/2`) and is thus extremely slow for
611       large systems. It is included mainly for reference - in most
612       cases PME will perform much better.
614    .. mdp-value:: PME
616       Fast smooth Particle-Mesh Ewald (SPME) electrostatics. Direct
617       space is similar to the Ewald sum, while the reciprocal part is
618       performed with FFTs. Grid dimensions are controlled with
619       :mdp:`fourierspacing` and the interpolation order with
620       :mdp:`pme-order`. With a grid spacing of 0.1 nm and cubic
621       interpolation the electrostatic forces have an accuracy of
622       2-3*10\ :sup:`-4`. Since the error from the vdw-cutoff is larger than
623       this you might try 0.15 nm. When running in parallel the
624       interpolation parallelizes better than the FFT, so try
625       decreasing grid dimensions while increasing interpolation.
627    .. mdp-value:: P3M-AD
629       Particle-Particle Particle-Mesh algorithm with analytical
630       derivative for for long range electrostatic interactions. The
631       method and code is identical to SPME, except that the influence
632       function is optimized for the grid. This gives a slight increase
633       in accuracy.
635    .. mdp-value:: Reaction-Field
637       Reaction field electrostatics with Coulomb cut-off
638       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`. The
639       dielectric constant beyond the cut-off is
640       :mdp:`epsilon-rf`. The dielectric constant can be set to
641       infinity by setting :mdp:`epsilon-rf` =0.
643    .. mdp-value:: User
645       Currently unsupported.
646       :ref:`gmx mdrun` will now expect to find a file ``table.xvg``
647       with user-defined potential functions for repulsion, dispersion
648       and Coulomb. When pair interactions are present, :ref:`gmx
649       mdrun` also expects to find a file ``tablep.xvg`` for the pair
650       interactions. When the same interactions should be used for
651       non-bonded and pair interactions the user can specify the same
652       file name for both table files. These files should contain 7
653       columns: the ``x`` value, ``f(x)``, ``-f'(x)``, ``g(x)``,
654       ``-g'(x)``, ``h(x)``, ``-h'(x)``, where ``f(x)`` is the Coulomb
655       function, ``g(x)`` the dispersion function and ``h(x)`` the
656       repulsion function. When :mdp:`vdwtype` is not set to User the
657       values for ``g``, ``-g'``, ``h`` and ``-h'`` are ignored. For
658       the non-bonded interactions ``x`` values should run from 0 to
659       the largest cut-off distance + :mdp:`table-extension` and
660       should be uniformly spaced. For the pair interactions the table
661       length in the file will be used. The optimal spacing, which is
662       used for non-user tables, is ``0.002 nm`` when you run in mixed
663       precision or ``0.0005 nm`` when you run in double precision. The
664       function value at ``x=0`` is not important. More information is
665       in the printed manual.
667    .. mdp-value:: PME-Switch
669       Currently unsupported.
670       A combination of PME and a switch function for the direct-space
671       part (see above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
672       :mdp:`rlist`.
674    .. mdp-value:: PME-User
676       Currently unsupported.
677       A combination of PME and user tables (see
678       above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
679       :mdp:`rlist`. The PME mesh contribution is subtracted from the
680       user table by :ref:`gmx mdrun`. Because of this subtraction the
681       user tables should contain about 10 decimal places.
683    .. mdp-value:: PME-User-Switch
685       Currently unsupported.
686       A combination of PME-User and a switching function (see
687       above). The switching function is applied to final
688       particle-particle interaction, *i.e.* both to the user supplied
689       function and the PME Mesh correction part.
691 .. mdp:: coulomb-modifier
693    .. mdp-value:: Potential-shift
695       Shift the Coulomb potential by a constant such that it is zero
696       at the cut-off. This makes the potential the integral of the
697       force. Note that this does not affect the forces or the
698       sampling.
700    .. mdp-value:: None
702       Use an unmodified Coulomb potential. This can be useful
703       when comparing energies with those computed with other software.
705 .. mdp:: rcoulomb-switch
707    (0) [nm]
708    where to start switching the Coulomb potential, only relevant
709    when force or potential switching is used
711 .. mdp:: rcoulomb
713    (1) [nm]
714    The distance for the Coulomb cut-off. Note that with PME this value
715    can be increased by the PME tuning in :ref:`gmx mdrun` along with
716    the PME grid spacing.
718 .. mdp:: epsilon-r
720    (1)
721    The relative dielectric constant. A value of 0 means infinity.
723 .. mdp:: epsilon-rf
725    (0)
726    The relative dielectric constant of the reaction field. This
727    is only used with reaction-field electrostatics. A value of 0
728    means infinity.
731 Van der Waals
732 ^^^^^^^^^^^^^
734 .. mdp:: vdwtype
736    .. mdp-value:: Cut-off
738       Plain cut-off with pair list radius :mdp:`rlist` and VdW
739       cut-off :mdp:`rvdw`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`.
741    .. mdp-value:: PME
743       Fast smooth Particle-mesh Ewald (SPME) for VdW interactions. The
744       grid dimensions are controlled with :mdp:`fourierspacing` in
745       the same way as for electrostatics, and the interpolation order
746       is controlled with :mdp:`pme-order`. The relative accuracy of
747       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol-lj`,
748       and the specific combination rules that are to be used by the
749       reciprocal routine are set using :mdp:`lj-pme-comb-rule`.
751    .. mdp-value:: Shift
753       This functionality is deprecated and replaced by using
754       :mdp-value:`vdwtype=Cut-off` with :mdp-value:`vdw-modifier=Force-switch`.
755       The LJ (not Buckingham) potential is decreased over the whole range and
756       the forces decay smoothly to zero between :mdp:`rvdw-switch` and
757       :mdp:`rvdw`.
759    .. mdp-value:: Switch
761       This functionality is deprecated and replaced by using
762       :mdp-value:`vdwtype=Cut-off` with :mdp-value:`vdw-modifier=Potential-switch`.
763       The LJ (not Buckingham) potential is normal out to :mdp:`rvdw-switch`, after
764       which it is switched off to reach zero at :mdp:`rvdw`. Both the
765       potential and force functions are continuously smooth, but be
766       aware that all switch functions will give rise to a bulge
767       (increase) in the force (since we are switching the
768       potential).
770    .. mdp-value:: User
772       Currently unsupported.
773       See user for :mdp:`coulombtype`. The function value at zero is
774       not important. When you want to use LJ correction, make sure
775       that :mdp:`rvdw` corresponds to the cut-off in the user-defined
776       function. When :mdp:`coulombtype` is not set to User the values
777       for the ``f`` and ``-f'`` columns are ignored.
779 .. mdp:: vdw-modifier
781    .. mdp-value:: Potential-shift
783       Shift the Van der Waals potential by a constant such that it is
784       zero at the cut-off. This makes the potential the integral of
785       the force. Note that this does not affect the forces or the
786       sampling.
788    .. mdp-value:: None
790       Use an unmodified Van der Waals potential. This can be useful
791       when comparing energies with those computed with other software.
793    .. mdp-value:: Force-switch
795       Smoothly switches the forces to zero between :mdp:`rvdw-switch`
796       and :mdp:`rvdw`. This shifts the potential shift over the whole
797       range and switches it to zero at the cut-off. Note that this is
798       more expensive to calculate than a plain cut-off and it is not
799       required for energy conservation, since Potential-shift
800       conserves energy just as well.
802    .. mdp-value:: Potential-switch
804       Smoothly switches the potential to zero between
805       :mdp:`rvdw-switch` and :mdp:`rvdw`. Note that this introduces
806       articifically large forces in the switching region and is much
807       more expensive to calculate. This option should only be used if
808       the force field you are using requires this.
810 .. mdp:: rvdw-switch
812    (0) [nm]
813    where to start switching the LJ force and possibly the potential,
814    only relevant when force or potential switching is used
816 .. mdp:: rvdw
818    (1) [nm]
819    distance for the LJ or Buckingham cut-off
821 .. mdp:: DispCorr
823    .. mdp-value:: no
825       don't apply any correction
827    .. mdp-value:: EnerPres
829       apply long range dispersion corrections for Energy and Pressure
831    .. mdp-value:: Ener
833       apply long range dispersion corrections for Energy only
836 Tables
837 ^^^^^^
839 .. mdp:: table-extension
841    (1) [nm]
842    Extension of the non-bonded potential lookup tables beyond the
843    largest cut-off distance. With actual non-bonded interactions
844    the tables are never accessed beyond the cut-off. But a longer
845    table length might be needed for the 1-4 interactions, which
846    are always tabulated irrespective of the use of tables for
847    the non-bonded interactions.
849 .. mdp:: energygrp-table
851    Currently unsupported.
852    When user tables are used for electrostatics and/or VdW, here one
853    can give pairs of energy groups for which seperate user tables
854    should be used. The two energy groups will be appended to the table
855    file name, in order of their definition in :mdp:`energygrps`,
856    seperated by underscores. For example, if ``energygrps = Na Cl
857    Sol`` and ``energygrp-table = Na Na Na Cl``, :ref:`gmx mdrun` will
858    read ``table_Na_Na.xvg`` and ``table_Na_Cl.xvg`` in addition to the
859    normal ``table.xvg`` which will be used for all other energy group
860    pairs.
863 Ewald
864 ^^^^^
866 .. mdp:: fourierspacing
868    (0.12) [nm]
869    For ordinary Ewald, the ratio of the box dimensions and the spacing
870    determines a lower bound for the number of wave vectors to use in
871    each (signed) direction. For PME and P3M, that ratio determines a
872    lower bound for the number of Fourier-space grid points that will
873    be used along that axis. In all cases, the number for each
874    direction can be overridden by entering a non-zero value for that
875    :mdp:`fourier-nx` direction. For optimizing the relative load of
876    the particle-particle interactions and the mesh part of PME, it is
877    useful to know that the accuracy of the electrostatics remains
878    nearly constant when the Coulomb cut-off and the PME grid spacing
879    are scaled by the same factor. Note that this spacing can be scaled
880    up along with :mdp:`rcoulomb` by the PME tuning in :ref:`gmx mdrun`.
882 .. mdp:: fourier-nx
883 .. mdp:: fourier-ny
884 .. mdp:: fourier-nz
886    (0)
887    Highest magnitude of wave vectors in reciprocal space when using Ewald.
888    Grid size when using PME or P3M. These values override
889    :mdp:`fourierspacing` per direction. The best choice is powers of
890    2, 3, 5 and 7. Avoid large primes. Note that these grid sizes can
891    be reduced along with scaling up :mdp:`rcoulomb` by the PME tuning
892    in :ref:`gmx mdrun`.
894 .. mdp:: pme-order
896    (4)
897    Interpolation order for PME. 4 equals cubic interpolation. You
898    might try 6/8/10 when running in parallel and simultaneously
899    decrease grid dimension.
901 .. mdp:: ewald-rtol
903    (10\ :sup:`-5`)
904    The relative strength of the Ewald-shifted direct potential at
905    :mdp:`rcoulomb` is given by :mdp:`ewald-rtol`. Decreasing this
906    will give a more accurate direct sum, but then you need more wave
907    vectors for the reciprocal sum.
909 .. mdp:: ewald-rtol-lj
911    (10\ :sup:`-3`)
912    When doing PME for VdW-interactions, :mdp:`ewald-rtol-lj` is used
913    to control the relative strength of the dispersion potential at
914    :mdp:`rvdw` in the same way as :mdp:`ewald-rtol` controls the
915    electrostatic potential.
917 .. mdp:: lj-pme-comb-rule
919    (Geometric)
920    The combination rules used to combine VdW-parameters in the
921    reciprocal part of LJ-PME. Geometric rules are much faster than
922    Lorentz-Berthelot and usually the recommended choice, even when the
923    rest of the force field uses the Lorentz-Berthelot rules.
925    .. mdp-value:: Geometric
927       Apply geometric combination rules
929    .. mdp-value:: Lorentz-Berthelot
931       Apply Lorentz-Berthelot combination rules
933 .. mdp:: ewald-geometry
935    .. mdp-value:: 3d
937       The Ewald sum is performed in all three dimensions.
939    .. mdp-value:: 3dc
941       The reciprocal sum is still performed in 3D, but a force and
942       potential correction applied in the ``z`` dimension to produce a
943       pseudo-2D summation. If your system has a slab geometry in the
944       ``x-y`` plane you can try to increase the ``z``-dimension of the box
945       (a box height of 3 times the slab height is usually ok) and use
946       this option.
948 .. mdp:: epsilon-surface
950    (0)
951    This controls the dipole correction to the Ewald summation in
952    3D. The default value of zero means it is turned off. Turn it on by
953    setting it to the value of the relative permittivity of the
954    imaginary surface around your infinite system. Be careful - you
955    shouldn't use this if you have free mobile charges in your
956    system. This value does not affect the slab 3DC variant of the long
957    range corrections.
960 Temperature coupling
961 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
963 .. mdp:: tcoupl
965    .. mdp-value:: no
967       No temperature coupling.
969    .. mdp-value:: berendsen
971       Temperature coupling with a Berendsen thermostat to a bath with
972       temperature :mdp:`ref-t`, with time constant
973       :mdp:`tau-t`. Several groups can be coupled separately, these
974       are specified in the :mdp:`tc-grps` field separated by spaces.
976    .. mdp-value:: nose-hoover
978       Temperature coupling using a Nose-Hoover extended ensemble. The
979       reference temperature and coupling groups are selected as above,
980       but in this case :mdp:`tau-t` controls the period of the
981       temperature fluctuations at equilibrium, which is slightly
982       different from a relaxation time. For NVT simulations the
983       conserved energy quantity is written to the energy and log files.
985    .. mdp-value:: andersen
987       Temperature coupling by randomizing a fraction of the particle velocities
988       at each timestep. Reference temperature and coupling groups are
989       selected as above. :mdp:`tau-t` is the average time between
990       randomization of each molecule. Inhibits particle dynamics
991       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
992       implemented with velocity Verlet, and not implemented with
993       constraints.
995    .. mdp-value:: andersen-massive
997       Temperature coupling by randomizing velocities of all particles at
998       infrequent timesteps. Reference temperature and coupling groups are
999       selected as above. :mdp:`tau-t` is the time between
1000       randomization of all molecules. Inhibits particle dynamics
1001       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
1002       implemented with velocity Verlet.
1004    .. mdp-value:: v-rescale
1006       Temperature coupling using velocity rescaling with a stochastic
1007       term (JCP 126, 014101). This thermostat is similar to Berendsen
1008       coupling, with the same scaling using :mdp:`tau-t`, but the
1009       stochastic term ensures that a proper canonical ensemble is
1010       generated. The random seed is set with :mdp:`ld-seed`. This
1011       thermostat works correctly even for :mdp:`tau-t` =0. For NVT
1012       simulations the conserved energy quantity is written to the
1013       energy and log file.
1015 .. mdp:: nsttcouple
1017    (-1)
1018    The frequency for coupling the temperature. The default value of -1
1019    sets :mdp:`nsttcouple` equal to 10, or fewer steps if required
1020    for accurate integration. Note that the default value is not 1
1021    because additional computation and communication is required for
1022    obtaining the kinetic energy. For velocity
1023    Verlet integrators :mdp:`nsttcouple` is set to 1.
1025 .. mdp:: nh-chain-length
1027    (10)
1028    The number of chained Nose-Hoover thermostats for velocity Verlet
1029    integrators, the leap-frog :mdp-value:`integrator=md` integrator
1030    only supports 1. Data for the NH chain variables is not printed
1031    to the :ref:`edr` file by default, but can be turned on with the
1032    :mdp:`print-nose-hoover-chain-variables` option.
1034 .. mdp:: print-nose-hoover-chain-variables
1036    .. mdp-value:: no
1038       Do not store Nose-Hoover chain variables in the energy file.
1040    .. mdp-value:: yes
1042       Store all positions and velocities of the Nose-Hoover chain
1043       in the energy file.
1045 .. mdp:: tc-grps
1047    groups to couple to separate temperature baths
1049 .. mdp:: tau-t
1051    [ps]
1052    time constant for coupling (one for each group in
1053    :mdp:`tc-grps`), -1 means no temperature coupling
1055 .. mdp:: ref-t
1057    [K]
1058    reference temperature for coupling (one for each group in
1059    :mdp:`tc-grps`)
1062 Pressure coupling
1063 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1065 .. mdp:: pcoupl
1067    .. mdp-value:: no
1069       No pressure coupling. This means a fixed box size.
1071    .. mdp-value:: Berendsen
1073       Exponential relaxation pressure coupling with time constant
1074       :mdp:`tau-p`. The box is scaled every :mdp:`nstpcouple` steps. It has been
1075       argued that this does not yield a correct thermodynamic
1076       ensemble, but it is the most efficient way to scale a box at the
1077       beginning of a run.
1079    .. mdp-value:: C-rescale
1081       Exponential relaxation pressure coupling with time constant
1082       :mdp:`tau-p`, including a stochastic term to enforce correct
1083       volume fluctuations.  The box is scaled every :mdp:`nstpcouple`
1084       steps. It can be used for both equilibration and production.
1086    .. mdp-value:: Parrinello-Rahman
1088       Extended-ensemble pressure coupling where the box vectors are
1089       subject to an equation of motion. The equation of motion for the
1090       atoms is coupled to this. No instantaneous scaling takes
1091       place. As for Nose-Hoover temperature coupling the time constant
1092       :mdp:`tau-p` is the period of pressure fluctuations at
1093       equilibrium. This is probably a better method when you want to
1094       apply pressure scaling during data collection, but beware that
1095       you can get very large oscillations if you are starting from a
1096       different pressure. For simulations where the exact fluctations
1097       of the NPT ensemble are important, or if the pressure coupling
1098       time is very short it may not be appropriate, as the previous
1099       time step pressure is used in some steps of the |Gromacs|
1100       implementation for the current time step pressure.
1102    .. mdp-value:: MTTK
1104       Martyna-Tuckerman-Tobias-Klein implementation, only useable with
1105       :mdp-value:`integrator=md-vv` or :mdp-value:`integrator=md-vv-avek`, very similar to
1106       Parrinello-Rahman. As for Nose-Hoover temperature coupling the
1107       time constant :mdp:`tau-p` is the period of pressure
1108       fluctuations at equilibrium. This is probably a better method
1109       when you want to apply pressure scaling during data collection,
1110       but beware that you can get very large oscillations if you are
1111       starting from a different pressure. Currently (as of version
1112       5.1), it only supports isotropic scaling, and only works without
1113       constraints.
1115 .. mdp:: pcoupltype
1117    Specifies the kind of isotropy of the pressure coupling used. Each
1118    kind takes one or more values for :mdp:`compressibility` and
1119    :mdp:`ref-p`. Only a single value is permitted for :mdp:`tau-p`.
1121    .. mdp-value:: isotropic
1123       Isotropic pressure coupling with time constant
1124       :mdp:`tau-p`. One value each for :mdp:`compressibility` and
1125       :mdp:`ref-p` is required.
1127    .. mdp-value:: semiisotropic
1129       Pressure coupling which is isotropic in the ``x`` and ``y``
1130       direction, but different in the ``z`` direction. This can be
1131       useful for membrane simulations. Two values each for
1132       :mdp:`compressibility` and :mdp:`ref-p` are required, for
1133       ``x/y`` and ``z`` directions respectively.
1135    .. mdp-value:: anisotropic
1137       Same as before, but 6 values are needed for ``xx``, ``yy``, ``zz``,
1138       ``xy/yx``, ``xz/zx`` and ``yz/zy`` components,
1139       respectively. When the off-diagonal compressibilities are set to
1140       zero, a rectangular box will stay rectangular. Beware that
1141       anisotropic scaling can lead to extreme deformation of the
1142       simulation box.
1144    .. mdp-value:: surface-tension
1146       Surface tension coupling for surfaces parallel to the
1147       xy-plane. Uses normal pressure coupling for the ``z``-direction,
1148       while the surface tension is coupled to the ``x/y`` dimensions of
1149       the box. The first :mdp:`ref-p` value is the reference surface
1150       tension times the number of surfaces ``bar nm``, the second
1151       value is the reference ``z``-pressure ``bar``. The two
1152       :mdp:`compressibility` values are the compressibility in the
1153       ``x/y`` and ``z`` direction respectively. The value for the
1154       ``z``-compressibility should be reasonably accurate since it
1155       influences the convergence of the surface-tension, it can also
1156       be set to zero to have a box with constant height.
1158 .. mdp:: nstpcouple
1160    (-1)
1161    The frequency for coupling the pressure. The default value of -1
1162    sets :mdp:`nstpcouple` equal to 10, or fewer steps if required
1163    for accurate integration. Note that the default value is not 1
1164    because additional computation and communication is required for
1165    obtaining the virial. For velocity
1166    Verlet integrators :mdp:`nstpcouple` is set to 1.
1168 .. mdp:: tau-p
1170    (1) [ps]
1171    The time constant for pressure coupling (one value for all
1172    directions).
1174 .. mdp:: compressibility
1176    [bar\ :sup:`-1`]
1177    The compressibility (NOTE: this is now really in bar\ :sup:`-1`) For water at 1
1178    atm and 300 K the compressibility is 4.5e-5 bar\ :sup:`-1`. The number of
1179    required values is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1181 .. mdp:: ref-p
1183    [bar]
1184    The reference pressure for coupling. The number of required values
1185    is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1187 .. mdp:: refcoord-scaling
1189    .. mdp-value:: no
1191       The reference coordinates for position restraints are not
1192       modified. Note that with this option the virial and pressure
1193       might be ill defined, see :ref:`here <reference-manual-position-restraints>`
1194       for more details.
1196    .. mdp-value:: all
1198       The reference coordinates are scaled with the scaling matrix of
1199       the pressure coupling.
1201    .. mdp-value:: com
1203       Scale the center of mass of the reference coordinates with the
1204       scaling matrix of the pressure coupling. The vectors of each
1205       reference coordinate to the center of mass are not scaled. Only
1206       one COM is used, even when there are multiple molecules with
1207       position restraints. For calculating the COM of the reference
1208       coordinates in the starting configuration, periodic boundary
1209       conditions are not taken into account. Note that with this option
1210       the virial and pressure might be ill defined, see
1211       :ref:`here <reference-manual-position-restraints>` for more details.
1214 Simulated annealing
1215 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1217 Simulated annealing is controlled separately for each temperature
1218 group in |Gromacs|. The reference temperature is a piecewise linear
1219 function, but you can use an arbitrary number of points for each
1220 group, and choose either a single sequence or a periodic behaviour for
1221 each group. The actual annealing is performed by dynamically changing
1222 the reference temperature used in the thermostat algorithm selected,
1223 so remember that the system will usually not instantaneously reach the
1224 reference temperature!
1226 .. mdp:: annealing
1228    Type of annealing for each temperature group
1230    .. mdp-value:: no
1232        No simulated annealing - just couple to reference temperature value.
1234    .. mdp-value:: single
1236        A single sequence of annealing points. If your simulation is
1237        longer than the time of the last point, the temperature will be
1238        coupled to this constant value after the annealing sequence has
1239        reached the last time point.
1241    .. mdp-value:: periodic
1243        The annealing will start over at the first reference point once
1244        the last reference time is reached. This is repeated until the
1245        simulation ends.
1247 .. mdp:: annealing-npoints
1249    A list with the number of annealing reference/control points used
1250    for each temperature group. Use 0 for groups that are not
1251    annealed. The number of entries should equal the number of
1252    temperature groups.
1254 .. mdp:: annealing-time
1256    List of times at the annealing reference/control points for each
1257    group. If you are using periodic annealing, the times will be used
1258    modulo the last value, *i.e.* if the values are 0, 5, 10, and 15,
1259    the coupling will restart at the 0ps value after 15ps, 30ps, 45ps,
1260    etc. The number of entries should equal the sum of the numbers
1261    given in :mdp:`annealing-npoints`.
1263 .. mdp:: annealing-temp
1265    List of temperatures at the annealing reference/control points for
1266    each group. The number of entries should equal the sum of the
1267    numbers given in :mdp:`annealing-npoints`.
1269 Confused? OK, let's use an example. Assume you have two temperature
1270 groups, set the group selections to ``annealing = single periodic``,
1271 the number of points of each group to ``annealing-npoints = 3 4``, the
1272 times to ``annealing-time = 0 3 6 0 2 4 6`` and finally temperatures
1273 to ``annealing-temp = 298 280 270 298 320 320 298``. The first group
1274 will be coupled to 298K at 0ps, but the reference temperature will
1275 drop linearly to reach 280K at 3ps, and then linearly between 280K and
1276 270K from 3ps to 6ps. After this is stays constant, at 270K. The
1277 second group is coupled to 298K at 0ps, it increases linearly to 320K
1278 at 2ps, where it stays constant until 4ps. Between 4ps and 6ps it
1279 decreases to 298K, and then it starts over with the same pattern
1280 again, *i.e.* rising linearly from 298K to 320K between 6ps and
1281 8ps. Check the summary printed by :ref:`gmx grompp` if you are unsure!
1284 Velocity generation
1285 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1287 .. mdp:: gen-vel
1289    .. mdp-value:: no
1291         Do not generate velocities. The velocities are set to zero
1292         when there are no velocities in the input structure file.
1294    .. mdp-value:: yes
1296         Generate velocities in :ref:`gmx grompp` according to a
1297         Maxwell distribution at temperature :mdp:`gen-temp`, with
1298         random seed :mdp:`gen-seed`. This is only meaningful with
1299         :mdp-value:`integrator=md`.
1301 .. mdp:: gen-temp
1303    (300) [K]
1304    temperature for Maxwell distribution
1306 .. mdp:: gen-seed
1308    (-1) [integer]
1309    used to initialize random generator for random velocities,
1310    when :mdp:`gen-seed` is set to -1, a pseudo random seed is
1311    used.
1314 Bonds
1315 ^^^^^
1317 .. mdp:: constraints
1319    Controls which bonds in the topology will be converted to rigid
1320    holonomic constraints. Note that typical rigid water models do not
1321    have bonds, but rather a specialized ``[settles]`` directive, so
1322    are not affected by this keyword.
1324    .. mdp-value:: none
1326       No bonds converted to constraints.
1328    .. mdp-value:: h-bonds
1330       Convert the bonds with H-atoms to constraints.
1332    .. mdp-value:: all-bonds
1334       Convert all bonds to constraints.
1336    .. mdp-value:: h-angles
1338       Convert all bonds to constraints and convert the angles that
1339       involve H-atoms to bond-constraints.
1341    .. mdp-value:: all-angles
1343       Convert all bonds to constraints and all angles to bond-constraints.
1345 .. mdp:: constraint-algorithm
1347    Chooses which solver satisfies any non-SETTLE holonomic
1348    constraints.
1350    .. mdp-value:: LINCS
1352       LINear Constraint Solver. With domain decomposition the parallel
1353       version P-LINCS is used. The accuracy in set with
1354       :mdp:`lincs-order`, which sets the number of matrices in the
1355       expansion for the matrix inversion. After the matrix inversion
1356       correction the algorithm does an iterative correction to
1357       compensate for lengthening due to rotation. The number of such
1358       iterations can be controlled with :mdp:`lincs-iter`. The root
1359       mean square relative constraint deviation is printed to the log
1360       file every :mdp:`nstlog` steps. If a bond rotates more than
1361       :mdp:`lincs-warnangle` in one step, a warning will be printed
1362       both to the log file and to ``stderr``. LINCS should not be used
1363       with coupled angle constraints.
1365    .. mdp-value:: SHAKE
1367       SHAKE is slightly slower and less stable than LINCS, but does
1368       work with angle constraints. The relative tolerance is set with
1369       :mdp:`shake-tol`, 0.0001 is a good value for "normal" MD. SHAKE
1370       does not support constraints between atoms on different
1371       decomposition domains, so it can only be used with domain
1372       decomposition when so-called update-groups are used, which is
1373       usally the case when only bonds involving hydrogens are
1374       constrained. SHAKE can not be used with energy minimization.
1376 .. mdp:: continuation
1378    This option was formerly known as ``unconstrained-start``.
1380    .. mdp-value:: no
1382       apply constraints to the start configuration and reset shells
1384    .. mdp-value:: yes
1386       do not apply constraints to the start configuration and do not
1387       reset shells, useful for exact coninuation and reruns
1389 .. mdp:: shake-tol
1391    (0.0001)
1392    relative tolerance for SHAKE
1394 .. mdp:: lincs-order
1396    (4)
1397    Highest order in the expansion of the constraint coupling
1398    matrix. When constraints form triangles, an additional expansion of
1399    the same order is applied on top of the normal expansion only for
1400    the couplings within such triangles. For "normal" MD simulations an
1401    order of 4 usually suffices, 6 is needed for large time-steps with
1402    virtual sites or BD. For accurate energy minimization an order of 8
1403    or more might be required. With domain decomposition, the cell size
1404    is limited by the distance spanned by :mdp:`lincs-order` +1
1405    constraints. When one wants to scale further than this limit, one
1406    can decrease :mdp:`lincs-order` and increase :mdp:`lincs-iter`,
1407    since the accuracy does not deteriorate when (1+ :mdp:`lincs-iter`
1408    )* :mdp:`lincs-order` remains constant.
1410 .. mdp:: lincs-iter
1412    (1)
1413    Number of iterations to correct for rotational lengthening in
1414    LINCS. For normal runs a single step is sufficient, but for NVE
1415    runs where you want to conserve energy accurately or for accurate
1416    energy minimization you might want to increase it to 2.
1418 .. mdp:: lincs-warnangle
1420    (30) [deg]
1421    maximum angle that a bond can rotate before LINCS will complain
1423 .. mdp:: morse
1425    .. mdp-value:: no
1427       bonds are represented by a harmonic potential
1429    .. mdp-value:: yes
1431       bonds are represented by a Morse potential
1434 Energy group exclusions
1435 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1437 .. mdp:: energygrp-excl
1439    Pairs of energy groups for which all non-bonded interactions are
1440    excluded. An example: if you have two energy groups ``Protein`` and
1441    ``SOL``, specifying ``energygrp-excl = Protein Protein SOL SOL``
1442    would give only the non-bonded interactions between the protein and
1443    the solvent. This is especially useful for speeding up energy
1444    calculations with ``mdrun -rerun`` and for excluding interactions
1445    within frozen groups.
1448 Walls
1449 ^^^^^
1451 .. mdp:: nwall
1453    (0)
1454    When set to 1 there is a wall at ``z=0``, when set to 2 there is
1455    also a wall at ``z=z-box``. Walls can only be used with :mdp:`pbc`
1456    ``=xy``. When set to 2, pressure coupling and Ewald summation can be
1457    used (it is usually best to use semiisotropic pressure coupling
1458    with the ``x/y`` compressibility set to 0, as otherwise the surface
1459    area will change). Walls interact wit the rest of the system
1460    through an optional :mdp:`wall-atomtype`. Energy groups ``wall0``
1461    and ``wall1`` (for :mdp:`nwall` =2) are added automatically to
1462    monitor the interaction of energy groups with each wall. The center
1463    of mass motion removal will be turned off in the ``z``-direction.
1465 .. mdp:: wall-atomtype
1467    the atom type name in the force field for each wall. By (for
1468    example) defining a special wall atom type in the topology with its
1469    own combination rules, this allows for independent tuning of the
1470    interaction of each atomtype with the walls.
1472 .. mdp:: wall-type
1474    .. mdp-value:: 9-3
1476       LJ integrated over the volume behind the wall: 9-3 potential
1478    .. mdp-value:: 10-4
1480       LJ integrated over the wall surface: 10-4 potential
1482    .. mdp-value:: 12-6
1484       direct LJ potential with the ``z`` distance from the wall
1486 .. mdp:: table
1488    user defined potentials indexed with the ``z`` distance from the
1489    wall, the tables are read analogously to the
1490    :mdp:`energygrp-table` option, where the first name is for a
1491    "normal" energy group and the second name is ``wall0`` or
1492    ``wall1``, only the dispersion and repulsion columns are used
1494 .. mdp:: wall-r-linpot
1496    (-1) [nm]
1497    Below this distance from the wall the potential is continued
1498    linearly and thus the force is constant. Setting this option to a
1499    postive value is especially useful for equilibration when some
1500    atoms are beyond a wall. When the value is <=0 (<0 for
1501    :mdp:`wall-type` =table), a fatal error is generated when atoms
1502    are beyond a wall.
1504 .. mdp:: wall-density
1506    [nm\ :sup:`-3`] / [nm\ :sup:`-2`]
1507    the number density of the atoms for each wall for wall types 9-3
1508    and 10-4
1510 .. mdp:: wall-ewald-zfac
1512    (3)
1513    The scaling factor for the third box vector for Ewald summation
1514    only, the minimum is 2. Ewald summation can only be used with
1515    :mdp:`nwall` =2, where one should use :mdp:`ewald-geometry`
1516    ``=3dc``. The empty layer in the box serves to decrease the
1517    unphysical Coulomb interaction between periodic images.
1520 COM pulling
1521 ^^^^^^^^^^^
1523 Note that where pulling coordinates are applicable, there can be more
1524 than one (set with :mdp:`pull-ncoords`) and multiple related :ref:`mdp`
1525 variables will exist accordingly. Documentation references to things
1526 like :mdp:`pull-coord1-vec` should be understood to apply to to the
1527 applicable pulling coordinate, eg. the second pull coordinate is described by
1528 pull-coord2-vec, pull-coord2-k, and so on.
1530 .. mdp:: pull
1532    .. mdp-value:: no
1534       No center of mass pulling. All the following pull options will
1535       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
1536       generate warnings)
1538    .. mdp-value:: yes
1540        Center of mass pulling will be applied on 1 or more groups using
1541        1 or more pull coordinates.
1543 .. mdp:: pull-cylinder-r
1545    (1.5) [nm]
1546    the radius of the cylinder for :mdp-value:`pull-coord1-geometry=cylinder`
1548 .. mdp:: pull-constr-tol
1550    (10\ :sup:`-6`)
1551    the relative constraint tolerance for constraint pulling
1553 .. mdp:: pull-print-com
1555    .. mdp-value:: no
1557       do not print the COM for any group
1559    .. mdp-value:: yes
1561       print the COM of all groups for all pull coordinates
1563 .. mdp:: pull-print-ref-value
1565    .. mdp-value:: no
1567       do not print the reference value for each pull coordinate
1569    .. mdp-value:: yes
1571       print the reference value for each pull coordinate
1573 .. mdp:: pull-print-components
1575    .. mdp-value:: no
1577       only print the distance for each pull coordinate
1579    .. mdp-value:: yes
1581       print the distance and Cartesian components selected in
1582       :mdp:`pull-coord1-dim`
1584 .. mdp:: pull-nstxout
1586    (50)
1587    frequency for writing out the COMs of all the pull group (0 is
1588    never)
1590 .. mdp:: pull-nstfout
1592    (50)
1593    frequency for writing out the force of all the pulled group
1594    (0 is never)
1596 .. mdp:: pull-pbc-ref-prev-step-com
1598    .. mdp-value:: no
1600       Use the reference atom (:mdp:`pull-group1-pbcatom`) for the
1601       treatment of periodic boundary conditions.
1603    .. mdp-value:: yes
1605       Use the COM of the previous step as reference for the treatment
1606       of periodic boundary conditions. The reference is initialized
1607       using the reference atom (:mdp:`pull-group1-pbcatom`), which should
1608       be located centrally in the group. Using the COM from the
1609       previous step can be useful if one or more pull groups are large.
1611 .. mdp:: pull-xout-average
1613    .. mdp-value:: no
1615       Write the instantaneous coordinates for all the pulled groups.
1617    .. mdp-value:: yes
1619       Write the average coordinates (since last output) for all the
1620       pulled groups. N.b., some analysis tools might expect instantaneous
1621       pull output.
1623 .. mdp:: pull-fout-average
1625    .. mdp-value:: no
1627       Write the instantaneous force for all the pulled groups.
1629    .. mdp-value:: yes
1631       Write the average force (since last output) for all the
1632       pulled groups. N.b., some analysis tools might expect instantaneous
1633       pull output.
1635 .. mdp:: pull-ngroups
1637    (1)
1638    The number of pull groups, not including the absolute reference
1639    group, when used. Pull groups can be reused in multiple pull
1640    coordinates. Below only the pull options for group 1 are given,
1641    further groups simply increase the group index number.
1643 .. mdp:: pull-ncoords
1645    (1)
1646    The number of pull coordinates. Below only the pull options for
1647    coordinate 1 are given, further coordinates simply increase the
1648    coordinate index number.
1650 .. mdp:: pull-group1-name
1652    The name of the pull group, is looked up in the index file or in
1653    the default groups to obtain the atoms involved.
1655 .. mdp:: pull-group1-weights
1657    Optional relative weights which are multiplied with the masses of
1658    the atoms to give the total weight for the COM. The number should
1659    be 0, meaning all 1, or the number of atoms in the pull group.
1661 .. mdp:: pull-group1-pbcatom
1663    (0)
1664    The reference atom for the treatment of periodic boundary
1665    conditions inside the group (this has no effect on the treatment of
1666    the pbc between groups). This option is only important when the
1667    diameter of the pull group is larger than half the shortest box
1668    vector. For determining the COM, all atoms in the group are put at
1669    their periodic image which is closest to
1670    :mdp:`pull-group1-pbcatom`. A value of 0 means that the middle
1671    atom (number wise) is used, which is only safe for small groups.
1672    :ref:`gmx grompp` checks that the maximum distance from the reference
1673    atom (specifically chosen, or not) to the other atoms in the group
1674    is not too large. This parameter is not used with
1675    :mdp:`pull-coord1-geometry` cylinder. A value of -1 turns on cosine
1676    weighting, which is useful for a group of molecules in a periodic
1677    system, *e.g.* a water slab (see Engin et al. J. Chem. Phys. B
1678    2010).
1680 .. mdp:: pull-coord1-type
1682    .. mdp-value:: umbrella
1684       Center of mass pulling using an umbrella potential between the
1685       reference group and one or more groups.
1687    .. mdp-value:: constraint
1689       Center of mass pulling using a constraint between the reference
1690       group and one or more groups. The setup is identical to the
1691       option umbrella, except for the fact that a rigid constraint is
1692       applied instead of a harmonic potential. Note that this type is
1693       not supported in combination with multiple time stepping.
1695    .. mdp-value:: constant-force
1697       Center of mass pulling using a linear potential and therefore a
1698       constant force. For this option there is no reference position
1699       and therefore the parameters :mdp:`pull-coord1-init` and
1700       :mdp:`pull-coord1-rate` are not used.
1702    .. mdp-value:: flat-bottom
1704       At distances above :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1705       is applied, otherwise no potential is applied.
1707    .. mdp-value:: flat-bottom-high
1709       At distances below :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1710       is applied, otherwise no potential is applied.
1712    .. mdp-value:: external-potential
1714       An external potential that needs to be provided by another
1715       module.
1717 .. mdp:: pull-coord1-potential-provider
1719       The name of the external module that provides the potential for
1720       the case where :mdp:`pull-coord1-type` is external-potential.
1722 .. mdp:: pull-coord1-geometry
1724    .. mdp-value:: distance
1726       Pull along the vector connecting the two groups. Components can
1727       be selected with :mdp:`pull-coord1-dim`.
1729    .. mdp-value:: direction
1731       Pull in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`.
1733    .. mdp-value:: direction-periodic
1735       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but does not apply
1736       periodic box vector corrections to keep the distance within half
1737       the box length. This is (only) useful for pushing groups apart
1738       by more than half the box length by continuously changing the reference
1739       location using a pull rate. With this geometry the box should not be
1740       dynamic (*e.g.* no pressure scaling) in the pull dimensions and
1741       the pull force is not added to the virial.
1743    .. mdp-value:: direction-relative
1745       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but the pull vector is the vector
1746       that points from the COM of a third to the COM of a fourth pull
1747       group. This means that 4 groups need to be supplied in
1748       :mdp:`pull-coord1-groups`. Note that the pull force will give
1749       rise to a torque on the pull vector, which is turn leads to
1750       forces perpendicular to the pull vector on the two groups
1751       defining the vector. If you want a pull group to move between
1752       the two groups defining the vector, simply use the union of
1753       these two groups as the reference group.
1755    .. mdp-value:: cylinder
1757       Designed for pulling with respect to a layer where the reference
1758       COM is given by a local cylindrical part of the reference group.
1759       The pulling is in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`. From
1760       the first of the two groups in :mdp:`pull-coord1-groups` a
1761       cylinder is selected around the axis going through the COM of
1762       the second group with direction :mdp:`pull-coord1-vec` with
1763       radius :mdp:`pull-cylinder-r`. Weights of the atoms decrease
1764       continously to zero as the radial distance goes from 0 to
1765       :mdp:`pull-cylinder-r` (mass weighting is also used). The radial
1766       dependence gives rise to radial forces on both pull groups.
1767       Note that the radius should be smaller than half the box size.
1768       For tilted cylinders they should be even smaller than half the
1769       box size since the distance of an atom in the reference group
1770       from the COM of the pull group has both a radial and an axial
1771       component. This geometry is not supported with constraint
1772       pulling.
1774    .. mdp-value:: angle
1776       Pull along an angle defined by four groups. The angle is
1777       defined as the angle between two vectors: the vector connecting
1778       the COM of the first group to the COM of the second group and
1779       the vector connecting the COM of the third group to the COM of
1780       the fourth group.
1782    .. mdp-value:: angle-axis
1784       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=angle` but the second vector is given by :mdp:`pull-coord1-vec`.
1785       Thus, only the two groups that define the first vector need to be given.
1787    .. mdp-value:: dihedral
1789       Pull along a dihedral angle defined by six groups. These pairwise
1790       define three vectors: the vector connecting the COM of group 1
1791       to the COM of group 2, the COM of group 3 to the COM of group 4,
1792       and the COM of group 5 to the COM group 6. The dihedral angle is
1793       then defined as the angle between two planes: the plane spanned by the
1794       the two first vectors and the plane spanned the two last vectors.
1797 .. mdp:: pull-coord1-groups
1799    The group indices on which this pull coordinate will operate.
1800    The number of group indices required is geometry dependent.
1801    The first index can be 0, in which case an
1802    absolute reference of :mdp:`pull-coord1-origin` is used. With an
1803    absolute reference the system is no longer translation invariant
1804    and one should think about what to do with the center of mass
1805    motion.
1807 .. mdp:: pull-coord1-dim
1809    (Y Y Y)
1810    Selects the dimensions that this pull coordinate acts on and that
1811    are printed to the output files when
1812    :mdp:`pull-print-components` = :mdp-value:`pull-coord1-start=yes`. With
1813    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`pull-coord1-geometry=distance`, only Cartesian
1814    components set to Y contribute to the distance. Thus setting this
1815    to Y Y N results in a distance in the x/y plane. With other
1816    geometries all dimensions with non-zero entries in
1817    :mdp:`pull-coord1-vec` should be set to Y, the values for other
1818    dimensions only affect the output.
1820 .. mdp:: pull-coord1-origin
1822    (0.0 0.0 0.0)
1823    The pull reference position for use with an absolute reference.
1825 .. mdp:: pull-coord1-vec
1827    (0.0 0.0 0.0)
1828    The pull direction. :ref:`gmx grompp` normalizes the vector.
1830 .. mdp:: pull-coord1-start
1832    .. mdp-value:: no
1834       do not modify :mdp:`pull-coord1-init`
1836    .. mdp-value:: yes
1838       add the COM distance of the starting conformation to
1839       :mdp:`pull-coord1-init`
1841 .. mdp:: pull-coord1-init
1843    (0.0) [nm] or [deg]
1844    The reference distance or reference angle at t=0.
1846 .. mdp:: pull-coord1-rate
1848    (0) [nm/ps] or [deg/ps]
1849    The rate of change of the reference position or reference angle.
1851 .. mdp:: pull-coord1-k
1853    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`] or
1854    [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1`]
1855    The force constant. For umbrella pulling this is the harmonic force
1856    constant in kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2` (or kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`
1857    for angles). For constant force pulling this is the
1858    force constant of the linear potential, and thus the negative (!)
1859    of the constant force in kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`
1860    (or kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1` for angles).
1861    Note that for angles the force constant is expressed in terms of radians
1862    (while :mdp:`pull-coord1-init` and :mdp:`pull-coord1-rate` are expressed in degrees).
1864 .. mdp:: pull-coord1-kB
1866    (pull-k1) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`]
1867    or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1`]
1868    As :mdp:`pull-coord1-k`, but for state B. This is only used when
1869    :mdp:`free-energy` is turned on. The force constant is then (1 -
1870    lambda) * :mdp:`pull-coord1-k` + lambda * :mdp:`pull-coord1-kB`.
1872 AWH adaptive biasing
1873 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1875 .. mdp:: awh
1877    .. mdp-value:: no
1879       No biasing.
1881    .. mdp-value:: yes
1883       Adaptively bias a reaction coordinate using the AWH method and estimate
1884       the corresponding PMF. The PMF and other AWH data are written to energy
1885       file at an interval set by :mdp:`awh-nstout` and can be extracted with
1886       the ``gmx awh`` tool. The AWH coordinate can be
1887       multidimensional and is defined by mapping each dimension to a pull coordinate index.
1888       This is only allowed if :mdp-value:`pull-coord1-type=external-potential` and
1889       :mdp:`pull-coord1-potential-provider` = ``awh`` for the concerned pull coordinate
1890       indices. Pull geometry 'direction-periodic' is not supported by AWH.
1892 .. mdp:: awh-potential
1894    .. mdp-value:: convolved
1896       The applied biasing potential is the convolution of the bias function and a
1897       set of harmonic umbrella potentials (see :mdp-value:`awh-potential=umbrella` below). This results
1898       in a smooth potential function and force. The resolution of the potential is set
1899       by the force constant of each umbrella, see :mdp:`awh1-dim1-force-constant`.
1901    .. mdp-value:: umbrella
1903       The potential bias is applied by controlling the position of an harmonic potential
1904       using Monte-Carlo sampling.  The force constant is set with
1905       :mdp:`awh1-dim1-force-constant`. The umbrella location
1906       is sampled using Monte-Carlo every :mdp:`awh-nstsample` steps.
1907       There are no advantages to using an umbrella.
1908       This option is mainly for comparison and testing purposes.
1910 .. mdp:: awh-share-multisim
1912    .. mdp-value:: no
1914       AWH will not share biases across simulations started with
1915       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir``. The biases will be independent.
1917    .. mdp-value:: yes
1919       With :ref:`gmx mdrun` and option ``-multidir`` the bias and PMF estimates
1920       for biases with :mdp:`awh1-share-group` >0 will be shared across simulations
1921       with the biases with the same :mdp:`awh1-share-group` value.
1922       The simulations should have the same AWH settings for sharing to make sense.
1923       :ref:`gmx mdrun` will check whether the simulations are technically
1924       compatible for sharing, but the user should check that bias sharing
1925       physically makes sense.
1927 .. mdp:: awh-seed
1929    (-1) Random seed for Monte-Carlo sampling the umbrella position,
1930    where -1 indicates to generate a seed. Only used with
1931    :mdp-value:`awh-potential=umbrella`.
1933 .. mdp:: awh-nstout
1935    (100000)
1936    Number of steps between printing AWH data to the energy file, should be
1937    a multiple of :mdp:`nstenergy`.
1939 .. mdp:: awh-nstsample
1941    (10)
1942    Number of steps between sampling of the coordinate value. This sampling
1943    is the basis for updating the bias and estimating the PMF and other AWH observables.
1945 .. mdp:: awh-nsamples-update
1947    (10)
1948    The number of coordinate samples used for each AWH update.
1949    The update interval in steps is :mdp:`awh-nstsample` times this value.
1951 .. mdp:: awh-nbias
1953    (1)
1954    The number of biases, each acting on its own coordinate.
1955    The following options should be specified
1956    for each bias although below only the options for bias number 1 is shown. Options for
1957    other bias indices are  obtained by replacing '1' by the bias index.
1959 .. mdp:: awh1-error-init
1961    (10.0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
1962    Estimated initial average error of the PMF for this bias. This value together with the
1963    given diffusion constant(s) :mdp:`awh1-dim1-diffusion` determine the initial biasing rate.
1964    The error is obviously not known *a priori*. Only a rough estimate of :mdp:`awh1-error-init`
1965    is needed however.
1966    As a  general guideline, leave :mdp:`awh1-error-init` to its default value when starting a new
1967    simulation. On the other hand, when there is *a priori* knowledge of the PMF (e.g. when
1968    an initial PMF estimate is provided, see the :mdp:`awh1-user-data` option)
1969    then :mdp:`awh1-error-init` should reflect that knowledge.
1971 .. mdp:: awh1-growth
1973    .. mdp-value:: exp-linear
1975    Each bias keeps a reference weight histogram for the coordinate samples.
1976    Its size sets the magnitude of the bias function and free energy estimate updates
1977    (few samples corresponds to large updates and vice versa).
1978    Thus, its growth rate sets the maximum convergence rate.
1979    By default, there is an initial stage in which the histogram grows close to exponentially (but slower than the sampling rate).
1980    In the final stage that follows, the growth rate is linear and equal to the sampling rate (set by :mdp:`awh-nstsample`).
1981    The initial stage is typically necessary for efficient convergence when starting a new simulation where
1982    high free energy barriers have not yet been flattened by the bias.
1984    .. mdp-value:: linear
1986    As :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` but skip the initial stage. This may be useful if there is *a priori*
1987    knowledge (see :mdp:`awh1-error-init`) which eliminates the need for an initial stage. This is also
1988    the setting compatible with :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`.
1990 .. mdp:: awh1-equilibrate-histogram
1992    .. mdp-value:: no
1994       Do not equilibrate histogram.
1996    .. mdp-value:: yes
1998       Before entering the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`), make sure the
1999       histogram of sampled weights is following the target distribution closely enough (specifically,
2000       at least 80% of the target region needs to have a local relative error of less than 20%). This
2001       option would typically only be used when :mdp:`awh1-share-group` > 0
2002       and the initial configurations poorly represent the target
2003       distribution.
2005 .. mdp:: awh1-target
2007    .. mdp-value:: constant
2009       The bias is tuned towards a constant (uniform) coordinate distribution
2010       in the defined sampling interval (defined by  [:mdp:`awh1-dim1-start`, :mdp:`awh1-dim1-end`]).
2012    .. mdp-value:: cutoff
2014       Similar to :mdp-value:`awh1-target=constant`, but the target
2015       distribution is proportional to 1/(1 + exp(F - :mdp-value:`awh1-target=cutoff`)),
2016       where F is the free energy relative to the estimated global minimum.
2017       This provides a smooth switch of a flat target distribution in
2018       regions with free energy lower than the cut-off to a Boltzmann
2019       distribution in regions with free energy higher than the cut-off.
2021    .. mdp-value:: boltzmann
2023       The target distribution is a Boltzmann distribtution with a scaled beta (inverse temperature)
2024       factor given by :mdp:`awh1-target-beta-scaling`. *E.g.*, a value of 0.1
2025       would give the same coordinate distribution as sampling with a simulation temperature
2026       scaled by 10.
2028    .. mdp-value:: local-boltzmann
2030       Same target distribution and use of :mdp:`awh1-target-beta-scaling`
2031       but the convergence towards the target distribution is inherently local *i.e.*, the rate of
2032       change of the bias only depends on the local sampling. This local convergence property is
2033       only compatible with :mdp-value:`awh1-growth=linear`, since for
2034       :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` histograms are globally rescaled in the initial stage.
2036 .. mdp:: awh1-target-beta-scaling
2038    (0)
2039    For :mdp-value:`awh1-target=boltzmann` and :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`
2040    it is the unitless beta scaling factor taking values in (0,1).
2042 .. mdp:: awh1-target-cutoff
2044    (0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
2045    For :mdp-value:`awh1-target=cutoff` this is the cutoff, should be > 0.
2047 .. mdp:: awh1-user-data
2049    .. mdp-value:: no
2051       Initialize the PMF and target distribution with default values.
2053    .. mdp-value:: yes
2055       Initialize the PMF and target distribution with user provided data. For :mdp:`awh-nbias` = 1,
2056       :ref:`gmx mdrun` will expect a file ``awhinit.xvg`` to be present in the run directory.
2057       For multiple biases, :ref:`gmx mdrun` expects files ``awhinit1.xvg``, ``awhinit2.xvg``, etc.
2058       The file name can be changed with the ``-awh`` option.
2059       The first :mdp:`awh1-ndim` columns of
2060       each input file should contain the coordinate values, such that each row defines a point in
2061       coordinate space. Column :mdp:`awh1-ndim` + 1 should contain the PMF value (in kT) for each point.
2062       The target distribution column can either follow the PMF (column  :mdp:`awh1-ndim` + 2) or
2063       be in the same column as written by :ref:`gmx awh`.
2065 .. mdp:: awh1-share-group
2067    .. mdp-value:: 0
2069       Do not share the bias.
2071    .. mdp-value:: positive
2073       Share the bias and PMF estimates within and/or between simulations.
2074       Within a simulation, the bias will be shared between biases that have the
2075       same :mdp:`awh1-share-group` index (note that the current code does not support this).
2076       With :mdp-value:`awh-share-multisim=yes` and
2077       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir`` the bias will also be shared across simulations.
2078       Sharing may increase convergence initially, although the starting configurations
2079       can be critical, especially when sharing between many biases.
2080       Currently, positive group values should start at 1 and increase
2081       by 1 for each subsequent bias that is shared.
2083 .. mdp:: awh1-ndim
2085    (1) [integer]
2086    Number of dimensions of the coordinate, each dimension maps to 1 pull coordinate.
2087    The following options should be specified for each such dimension. Below only
2088    the options for dimension number 1 is shown. Options for other dimension indices are
2089    obtained by replacing '1' by the dimension index.
2091 .. mdp:: awh1-dim1-coord-provider
2093    .. mdp-value:: pull
2095       The pull module is providing the reaction coordinate for this dimension.
2096       With multiple time-stepping, AWH and pull should be in the same MTS level.
2098    .. mdp-value:: fep-lambda
2100       The free energy lambda state is the reaction coordinate for this dimension.
2101       The lambda states to use are specified by :mdp:`fep-lambdas`, :mdp:`vdw-lambdas`,
2102       :mdp:`coul-lambdas` etc. This is not compatible with delta-lambda. It also requires
2103       calc-lambda-neighbors to be -1. With multiple time-stepping, AWH should
2104       be in the slow level.
2106 .. mdp:: awh1-dim1-coord-index
2108    (1)
2109    Index of the pull coordinate defining this coordinate dimension.
2111 .. mdp:: awh1-dim1-force-constant
2113    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`]
2114    Force constant for the (convolved) umbrella potential(s) along this
2115    coordinate dimension.
2117 .. mdp:: awh1-dim1-start
2119    (0.0) [nm] or [rad]
2120    Start value of the sampling interval along this dimension. The range of allowed
2121    values depends on the relevant pull geometry (see :mdp:`pull-coord1-geometry`).
2122    For dihedral geometries :mdp:`awh1-dim1-start` greater than :mdp:`awh1-dim1-end`
2123    is allowed. The interval will then wrap around from +period/2 to -period/2.
2124    For the direction geometry, the dimension is made periodic when
2125    the direction is along a box vector and covers more than 95%
2126    of the box length. Note that one should not apply pressure coupling
2127    along a periodic dimension.
2129 .. mdp:: awh1-dim1-end
2131    (0.0) [nm] or [rad]
2132    End value defining the sampling interval together with :mdp:`awh1-dim1-start`.
2134 .. mdp:: awh1-dim1-diffusion
2136    (10\ :sup:`-5`) [nm\ :sup:`2`/ps], [rad\ :sup:`2`/ps] or [ps\ :sup:`-1`]
2137    Estimated diffusion constant for this coordinate dimension determining the initial
2138    biasing rate. This needs only be a rough estimate and should not critically
2139    affect the results unless it is set to something very low, leading to slow convergence,
2140    or very high, forcing the system far from equilibrium. Not setting this value
2141    explicitly generates a warning.
2143 .. mdp:: awh1-dim1-cover-diameter
2145    (0.0) [nm] or [rad]
2146    Diameter that needs to be sampled by a single simulation around a coordinate value
2147    before the point is considered covered in the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`).
2148    A value > 0  ensures that for each covering there is a continuous transition of this diameter
2149    across each coordinate value.
2150    This is trivially true for independent simulations but not for for multiple bias-sharing simulations
2151    (:mdp:`awh1-share-group`>0).
2152    For a diameter = 0, covering occurs as soon as the simulations have sampled the whole interval, which
2153    for many sharing simulations does not guarantee transitions across free energy barriers.
2154    On the other hand, when the diameter >= the sampling interval length, covering occurs when a single simulation
2155    has independently sampled the whole interval.
2157 Enforced rotation
2158 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2160 These :ref:`mdp` parameters can be used enforce the rotation of a group of atoms,
2161 e.g. a protein subunit. The `reference manual`_ describes in detail 13 different potentials
2162 that can be used to achieve such a rotation.
2164 .. mdp:: rotation
2166    .. mdp-value:: no
2168       No enforced rotation will be applied. All enforced rotation options will
2169       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
2170       generate warnings).
2172    .. mdp-value:: yes
2174       Apply the rotation potential specified by :mdp:`rot-type0` to the group of atoms given
2175       under the :mdp:`rot-group0` option.
2177 .. mdp:: rot-ngroups
2179    (1)
2180    Number of rotation groups.
2182 .. mdp:: rot-group0
2184    Name of rotation group 0 in the index file.
2186 .. mdp:: rot-type0
2188    (iso)
2189    Type of rotation potential that is applied to rotation group 0. Can be of of the following:
2190    ``iso``, ``iso-pf``, ``pm``, ``pm-pf``, ``rm``, ``rm-pf``, ``rm2``, ``rm2-pf``,
2191    ``flex``, ``flex-t``, ``flex2``, or ``flex2-t``.
2193 .. mdp:: rot-massw0
2195    (no)
2196    Use mass weighted rotation group positions.
2198 .. mdp:: rot-vec0
2200    (1.0 0.0 0.0)
2201    Rotation vector, will get normalized.
2203 .. mdp:: rot-pivot0
2205    (0.0 0.0 0.0) [nm]
2206    Pivot point for the potentials ``iso``, ``pm``, ``rm``, and ``rm2``.
2208 .. mdp:: rot-rate0
2210    (0) [degree ps\ :sup:`-1`]
2211    Reference rotation rate of group 0.
2213 .. mdp:: rot-k0
2215    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`]
2216    Force constant for group 0.
2218 .. mdp:: rot-slab-dist0
2220    (1.5) [nm]
2221    Slab distance, if a flexible axis rotation type was chosen.
2223 .. mdp:: rot-min-gauss0
2225    (0.001)
2226    Minimum value (cutoff) of Gaussian function for the force to be evaluated
2227    (for the flexible axis potentials).
2229 .. mdp:: rot-eps0
2231    (0.0001) [nm\ :sup:`2`]
2232    Value of additive constant epsilon for ``rm2*`` and ``flex2*`` potentials.
2234 .. mdp:: rot-fit-method0
2236    (rmsd)
2237    Fitting method when determining the actual angle of a rotation group
2238    (can be one of ``rmsd``, ``norm``, or ``potential``).
2240 .. mdp:: rot-potfit-nsteps0
2242    (21)
2243    For fit type ``potential``, the number of angular positions around the reference angle for which the
2244    rotation potential is evaluated.
2246 .. mdp:: rot-potfit-step0
2248    (0.25)
2249    For fit type ``potential``, the distance in degrees between two angular positions.
2251 .. mdp:: rot-nstrout
2253    (100)
2254    Output frequency (in steps) for the angle of the rotation group, as well as for the torque
2255    and the rotation potential energy.
2257 .. mdp:: rot-nstsout
2259    (1000)
2260    Output frequency for per-slab data of the flexible axis potentials, i.e. angles, torques and slab centers.
2263 NMR refinement
2264 ^^^^^^^^^^^^^^
2266 .. mdp:: disre
2268    .. mdp-value:: no
2270       ignore distance restraint information in topology file
2272    .. mdp-value:: simple
2274       simple (per-molecule) distance restraints.
2276    .. mdp-value:: ensemble
2278       distance restraints over an ensemble of molecules in one
2279       simulation box. Normally, one would perform ensemble averaging
2280       over multiple simulations, using ``mdrun
2281       -multidir``. The environment
2282       variable ``GMX_DISRE_ENSEMBLE_SIZE`` sets the number of systems
2283       within each ensemble (usually equal to the number of directories
2284       supplied to ``mdrun -multidir``).
2286 .. mdp:: disre-weighting
2288    .. mdp-value:: equal
2290       divide the restraint force equally over all atom pairs in the
2291       restraint
2293    .. mdp-value:: conservative
2295       the forces are the derivative of the restraint potential, this
2296       results in an weighting of the atom pairs to the reciprocal
2297       seventh power of the displacement. The forces are conservative
2298       when :mdp:`disre-tau` is zero.
2300 .. mdp:: disre-mixed
2302    .. mdp-value:: no
2304       the violation used in the calculation of the restraint force is
2305       the time-averaged violation
2307    .. mdp-value:: yes
2309       the violation used in the calculation of the restraint force is
2310       the square root of the product of the time-averaged violation
2311       and the instantaneous violation
2313 .. mdp:: disre-fc
2315    (1000) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`]
2316    force constant for distance restraints, which is multiplied by a
2317    (possibly) different factor for each restraint given in the ``fac``
2318    column of the interaction in the topology file.
2320 .. mdp:: disre-tau
2322    (0) [ps]
2323    time constant for distance restraints running average. A value of
2324    zero turns off time averaging.
2326 .. mdp:: nstdisreout
2328    (100) [steps]
2329    period between steps when the running time-averaged and
2330    instantaneous distances of all atom pairs involved in restraints
2331    are written to the energy file (can make the energy file very
2332    large)
2334 .. mdp:: orire
2336    .. mdp-value:: no
2338       ignore orientation restraint information in topology file
2340    .. mdp-value:: yes
2342       use orientation restraints, ensemble averaging can be performed
2343       with ``mdrun -multidir``
2345 .. mdp:: orire-fc
2347    (0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
2348    force constant for orientation restraints, which is multiplied by a
2349    (possibly) different weight factor for each restraint, can be set
2350    to zero to obtain the orientations from a free simulation
2352 .. mdp:: orire-tau
2354    (0) [ps]
2355    time constant for orientation restraints running average. A value
2356    of zero turns off time averaging.
2358 .. mdp:: orire-fitgrp
2360    fit group for orientation restraining. This group of atoms is used
2361    to determine the rotation **R** of the system with respect to the
2362    reference orientation. The reference orientation is the starting
2363    conformation of the first subsystem. For a protein, backbone is a
2364    reasonable choice
2366 .. mdp:: nstorireout
2368    (100) [steps]
2369    period between steps when the running time-averaged and
2370    instantaneous orientations for all restraints, and the molecular
2371    order tensor are written to the energy file (can make the energy
2372    file very large)
2375 Free energy calculations
2376 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2378 .. mdp:: free-energy
2380    .. mdp-value:: no
2382       Only use topology A.
2384    .. mdp-value:: yes
2386       Interpolate between topology A (lambda=0) to topology B
2387       (lambda=1) and write the derivative of the Hamiltonian with
2388       respect to lambda (as specified with :mdp:`dhdl-derivatives`),
2389       or the Hamiltonian differences with respect to other lambda
2390       values (as specified with foreign lambda) to the energy file
2391       and/or to ``dhdl.xvg``, where they can be processed by, for
2392       example :ref:`gmx bar`. The potentials, bond-lengths and angles
2393       are interpolated linearly as described in the manual. When
2394       :mdp:`sc-alpha` is larger than zero, soft-core potentials are
2395       used for the LJ and Coulomb interactions.
2397 .. mdp:: expanded
2399    Turns on expanded ensemble simulation, where the alchemical state
2400    becomes a dynamic variable, allowing jumping between different
2401    Hamiltonians. See the expanded ensemble options for controlling how
2402    expanded ensemble simulations are performed. The different
2403    Hamiltonians used in expanded ensemble simulations are defined by
2404    the other free energy options.
2406 .. mdp:: init-lambda
2408    (-1)
2409    starting value for lambda (float). Generally, this should only be
2410    used with slow growth (*i.e.* nonzero :mdp:`delta-lambda`). In
2411    other cases, :mdp:`init-lambda-state` should be specified
2412    instead. Must be greater than or equal to 0.
2414 .. mdp:: delta-lambda
2416    (0)
2417    increment per time step for lambda
2419 .. mdp:: init-lambda-state
2421    (-1)
2422    starting value for the lambda state (integer). Specifies which
2423    columm of the lambda vector (:mdp:`coul-lambdas`,
2424    :mdp:`vdw-lambdas`, :mdp:`bonded-lambdas`,
2425    :mdp:`restraint-lambdas`, :mdp:`mass-lambdas`,
2426    :mdp:`temperature-lambdas`, :mdp:`fep-lambdas`) should be
2427    used. This is a zero-based index: :mdp:`init-lambda-state` 0 means
2428    the first column, and so on.
2430 .. mdp:: fep-lambdas
2432    [array]
2433    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2434    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2435    steps. Values must be between 0 and 1. Free energy differences
2436    between different lambda values can then be determined with
2437    :ref:`gmx bar`. :mdp:`fep-lambdas` is different from the
2438    other -lambdas keywords because all components of the lambda vector
2439    that are not specified will use :mdp:`fep-lambdas` (including
2440    :mdp:`restraint-lambdas` and therefore the pull code restraints).
2442 .. mdp:: coul-lambdas
2444    [array]
2445    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2446    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2447    steps. Values must be between 0 and 1. Only the electrostatic
2448    interactions are controlled with this component of the lambda
2449    vector (and only if the lambda=0 and lambda=1 states have differing
2450    electrostatic interactions).
2452 .. mdp:: vdw-lambdas
2454    [array]
2455    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2456    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2457    steps. Values must be between 0 and 1. Only the van der Waals
2458    interactions are controlled with this component of the lambda
2459    vector.
2461 .. mdp:: bonded-lambdas
2463    [array]
2464    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2465    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2466    steps. Values must be between 0 and 1. Only the bonded interactions
2467    are controlled with this component of the lambda vector.
2469 .. mdp:: restraint-lambdas
2471    [array]
2472    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2473    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2474    steps. Values must be between 0 and 1. Only the restraint
2475    interactions: dihedral restraints, and the pull code restraints are
2476    controlled with this component of the lambda vector.
2478 .. mdp:: mass-lambdas
2480    [array]
2481    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2482    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2483    steps. Values must be between 0 and 1. Only the particle masses are
2484    controlled with this component of the lambda vector.
2486 .. mdp:: temperature-lambdas
2488    [array]
2489    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2490    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2491    steps. Values must be between 0 and 1. Only the temperatures
2492    controlled with this component of the lambda vector. Note that
2493    these lambdas should not be used for replica exchange, only for
2494    simulated tempering.
2496 .. mdp:: calc-lambda-neighbors
2498    (1)
2499    Controls the number of lambda values for which Delta H values will
2500    be calculated and written out, if :mdp:`init-lambda-state` has
2501    been set. A positive value will limit the number of lambda points
2502    calculated to only the nth neighbors of :mdp:`init-lambda-state`:
2503    for example, if :mdp:`init-lambda-state` is 5 and this parameter
2504    has a value of 2, energies for lambda points 3-7 will be calculated
2505    and writen out. A value of -1 means all lambda points will be
2506    written out. For normal BAR such as with :ref:`gmx bar`, a value of
2507    1 is sufficient, while for MBAR -1 should be used.
2509 .. mdp:: sc-alpha
2511    (0)
2512    the soft-core alpha parameter, a value of 0 results in linear
2513    interpolation of the LJ and Coulomb interactions
2515 .. mdp:: sc-r-power
2517    (6)
2518    power 6 for the radial term in the soft-core equation.
2520 .. mdp:: sc-coul
2522    (no)
2523    Whether to apply the soft-core free energy interaction
2524    transformation to the Columbic interaction of a molecule. Default
2525    is no, as it is generally more efficient to turn off the Coulomic
2526    interactions linearly before turning off the van der Waals
2527    interactions. Note that it is only taken into account when lambda
2528    states are used, not with :mdp:`couple-lambda0` /
2529    :mdp:`couple-lambda1`, and you can still turn off soft-core
2530    interactions by setting :mdp:`sc-alpha` to 0.
2532 .. mdp:: sc-power
2534    (0)
2535    the power for lambda in the soft-core function, only the values 1
2536    and 2 are supported
2538 .. mdp:: sc-sigma
2540    (0.3) [nm]
2541    the soft-core sigma for particles which have a C6 or C12 parameter
2542    equal to zero or a sigma smaller than :mdp:`sc-sigma`
2544 .. mdp:: couple-moltype
2546    Here one can supply a molecule type (as defined in the topology)
2547    for calculating solvation or coupling free energies. There is a
2548    special option ``system`` that couples all molecule types in the
2549    system. This can be useful for equilibrating a system starting from
2550    (nearly) random coordinates. :mdp:`free-energy` has to be turned
2551    on. The Van der Waals interactions and/or charges in this molecule
2552    type can be turned on or off between lambda=0 and lambda=1,
2553    depending on the settings of :mdp:`couple-lambda0` and
2554    :mdp:`couple-lambda1`. If you want to decouple one of several
2555    copies of a molecule, you need to copy and rename the molecule
2556    definition in the topology.
2558 .. mdp:: couple-lambda0
2560    .. mdp-value:: vdw-q
2562       all interactions are on at lambda=0
2564    .. mdp-value:: vdw
2566       the charges are zero (no Coulomb interactions) at lambda=0
2568    .. mdp-value:: q
2570       the Van der Waals interactions are turned at lambda=0; soft-core
2571       interactions will be required to avoid singularities
2573    .. mdp-value:: none
2575       the Van der Waals interactions are turned off and the charges
2576       are zero at lambda=0; soft-core interactions will be required to
2577       avoid singularities.
2579 .. mdp:: couple-lambda1
2581    analogous to :mdp:`couple-lambda1`, but for lambda=1
2583 .. mdp:: couple-intramol
2585    .. mdp-value:: no
2587       All intra-molecular non-bonded interactions for moleculetype
2588       :mdp:`couple-moltype` are replaced by exclusions and explicit
2589       pair interactions. In this manner the decoupled state of the
2590       molecule corresponds to the proper vacuum state without
2591       periodicity effects.
2593    .. mdp-value:: yes
2595       The intra-molecular Van der Waals and Coulomb interactions are
2596       also turned on/off. This can be useful for partitioning
2597       free-energies of relatively large molecules, where the
2598       intra-molecular non-bonded interactions might lead to
2599       kinetically trapped vacuum conformations. The 1-4 pair
2600       interactions are not turned off.
2602 .. mdp:: nstdhdl
2604    (100)
2605    the frequency for writing dH/dlambda and possibly Delta H to
2606    dhdl.xvg, 0 means no ouput, should be a multiple of
2607    :mdp:`nstcalcenergy`.
2609 .. mdp:: dhdl-derivatives
2611    (yes)
2613    If yes (the default), the derivatives of the Hamiltonian with
2614    respect to lambda at each :mdp:`nstdhdl` step are written
2615    out. These values are needed for interpolation of linear energy
2616    differences with :ref:`gmx bar` (although the same can also be
2617    achieved with the right foreign lambda setting, that may not be as
2618    flexible), or with thermodynamic integration
2620 .. mdp:: dhdl-print-energy
2622    (no)
2624    Include either the total or the potential energy in the dhdl
2625    file. Options are 'no', 'potential', or 'total'. This information
2626    is needed for later free energy analysis if the states of interest
2627    are at different temperatures. If all states are at the same
2628    temperature, this information is not needed. 'potential' is useful
2629    in case one is using ``mdrun -rerun`` to generate the ``dhdl.xvg``
2630    file. When rerunning from an existing trajectory, the kinetic
2631    energy will often not be correct, and thus one must compute the
2632    residual free energy from the potential alone, with the kinetic
2633    energy component computed analytically.
2635 .. mdp:: separate-dhdl-file
2637    .. mdp-value:: yes
2639       The free energy values that are calculated (as specified with
2640       the foreign lambda and :mdp:`dhdl-derivatives` settings) are
2641       written out to a separate file, with the default name
2642       ``dhdl.xvg``. This file can be used directly with :ref:`gmx
2643       bar`.
2645    .. mdp-value:: no
2647       The free energy values are written out to the energy output file
2648       (``ener.edr``, in accumulated blocks at every :mdp:`nstenergy`
2649       steps), where they can be extracted with :ref:`gmx energy` or
2650       used directly with :ref:`gmx bar`.
2652 .. mdp:: dh-hist-size
2654    (0)
2655    If nonzero, specifies the size of the histogram into which the
2656    Delta H values (specified with foreign lambda) and the derivative
2657    dH/dl values are binned, and written to ener.edr. This can be used
2658    to save disk space while calculating free energy differences. One
2659    histogram gets written for each foreign lambda and two for the
2660    dH/dl, at every :mdp:`nstenergy` step. Be aware that incorrect
2661    histogram settings (too small size or too wide bins) can introduce
2662    errors. Do not use histograms unless you're certain you need it.
2664 .. mdp:: dh-hist-spacing
2666    (0.1)
2667    Specifies the bin width of the histograms, in energy units. Used in
2668    conjunction with :mdp:`dh-hist-size`. This size limits the
2669    accuracy with which free energies can be calculated. Do not use
2670    histograms unless you're certain you need it.
2673 Expanded Ensemble calculations
2674 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2676 .. mdp:: nstexpanded
2678    The number of integration steps beween attempted moves changing the
2679    system Hamiltonian in expanded ensemble simulations. Must be a
2680    multiple of :mdp:`nstcalcenergy`, but can be greater or less than
2681    :mdp:`nstdhdl`.
2683 .. mdp:: lmc-stats
2685    .. mdp-value:: no
2687       No Monte Carlo in state space is performed.
2689    .. mdp-value:: metropolis-transition
2691       Uses the Metropolis weights to update the expanded ensemble
2692       weight of each state. Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old
2693       u_old)}
2695    .. mdp-value:: barker-transition
2697       Uses the Barker transition critera to update the expanded
2698       ensemble weight of each state i, defined by exp(-beta_new
2699       u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2701    .. mdp-value:: wang-landau
2703       Uses the Wang-Landau algorithm (in state space, not energy
2704       space) to update the expanded ensemble weights.
2706    .. mdp-value:: min-variance
2708       Uses the minimum variance updating method of Escobedo et al. to
2709       update the expanded ensemble weights. Weights will not be the
2710       free energies, but will rather emphasize states that need more
2711       sampling to give even uncertainty.
2713 .. mdp:: lmc-mc-move
2715    .. mdp-value:: no
2717       No Monte Carlo in state space is performed.
2719    .. mdp-value:: metropolis-transition
2721       Randomly chooses a new state up or down, then uses the
2722       Metropolis critera to decide whether to accept or reject:
2723       Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old u_old)}
2725    .. mdp-value:: barker-transition
2727       Randomly chooses a new state up or down, then uses the Barker
2728       transition critera to decide whether to accept or reject:
2729       exp(-beta_new u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2731    .. mdp-value:: gibbs
2733        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2734        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2735        to move to.
2737    .. mdp-value:: metropolized-gibbs
2739        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2740        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2741        to move to, EXCLUDING the current state, then uses a rejection
2742        step to ensure detailed balance. Always more efficient that
2743        Gibbs, though only marginally so in many situations, such as
2744        when only the nearest neighbors have decent phase space
2745        overlap.
2747 .. mdp:: lmc-seed
2749    (-1)
2750    random seed to use for Monte Carlo moves in state space. When
2751    :mdp:`lmc-seed` is set to -1, a pseudo random seed is us
2753 .. mdp:: mc-temperature
2755    Temperature used for acceptance/rejection for Monte Carlo moves. If
2756    not specified, the temperature of the simulation specified in the
2757    first group of :mdp:`ref-t` is used.
2759 .. mdp:: wl-ratio
2761    (0.8)
2762    The cutoff for the histogram of state occupancies to be reset, and
2763    the free energy incrementor to be changed from delta to delta *
2764    :mdp:`wl-scale`. If we define the Nratio = (number of samples at
2765    each histogram) / (average number of samples at each
2766    histogram). :mdp:`wl-ratio` of 0.8 means that means that the
2767    histogram is only considered flat if all Nratio > 0.8 AND
2768    simultaneously all 1/Nratio > 0.8.
2770 .. mdp:: wl-scale
2772    (0.8)
2773    Each time the histogram is considered flat, then the current value
2774    of the Wang-Landau incrementor for the free energies is multiplied
2775    by :mdp:`wl-scale`. Value must be between 0 and 1.
2777 .. mdp:: init-wl-delta
2779    (1.0)
2780    The initial value of the Wang-Landau incrementor in kT. Some value
2781    near 1 kT is usually most efficient, though sometimes a value of
2782    2-3 in units of kT works better if the free energy differences are
2783    large.
2785 .. mdp:: wl-oneovert
2787    (no)
2788    Set Wang-Landau incrementor to scale with 1/(simulation time) in
2789    the large sample limit. There is significant evidence that the
2790    standard Wang-Landau algorithms in state space presented here
2791    result in free energies getting 'burned in' to incorrect values
2792    that depend on the initial state. when :mdp:`wl-oneovert` is true,
2793    then when the incrementor becomes less than 1/N, where N is the
2794    mumber of samples collected (and thus proportional to the data
2795    collection time, hence '1 over t'), then the Wang-Lambda
2796    incrementor is set to 1/N, decreasing every step. Once this occurs,
2797    :mdp:`wl-ratio` is ignored, but the weights will still stop
2798    updating when the equilibration criteria set in
2799    :mdp:`lmc-weights-equil` is achieved.
2801 .. mdp:: lmc-repeats
2803    (1)
2804    Controls the number of times that each Monte Carlo swap type is
2805    performed each iteration. In the limit of large numbers of Monte
2806    Carlo repeats, then all methods converge to Gibbs sampling. The
2807    value will generally not need to be different from 1.
2809 .. mdp:: lmc-gibbsdelta
2811    (-1)
2812    Limit Gibbs sampling to selected numbers of neighboring states. For
2813    Gibbs sampling, it is sometimes inefficient to perform Gibbs
2814    sampling over all of the states that are defined. A positive value
2815    of :mdp:`lmc-gibbsdelta` means that only states plus or minus
2816    :mdp:`lmc-gibbsdelta` are considered in exchanges up and down. A
2817    value of -1 means that all states are considered. For less than 100
2818    states, it is probably not that expensive to include all states.
2820 .. mdp:: lmc-forced-nstart
2822    (0)
2823    Force initial state space sampling to generate weights. In order to
2824    come up with reasonable initial weights, this setting allows the
2825    simulation to drive from the initial to the final lambda state,
2826    with :mdp:`lmc-forced-nstart` steps at each state before moving on
2827    to the next lambda state. If :mdp:`lmc-forced-nstart` is
2828    sufficiently long (thousands of steps, perhaps), then the weights
2829    will be close to correct. However, in most cases, it is probably
2830    better to simply run the standard weight equilibration algorithms.
2832 .. mdp:: nst-transition-matrix
2834    (-1)
2835    Frequency of outputting the expanded ensemble transition matrix. A
2836    negative number means it will only be printed at the end of the
2837    simulation.
2839 .. mdp:: symmetrized-transition-matrix
2841    (no)
2842    Whether to symmetrize the empirical transition matrix. In the
2843    infinite limit the matrix will be symmetric, but will diverge with
2844    statistical noise for short timescales. Forced symmetrization, by
2845    using the matrix T_sym = 1/2 (T + transpose(T)), removes problems
2846    like the existence of (small magnitude) negative eigenvalues.
2848 .. mdp:: mininum-var-min
2850    (100)
2851    The min-variance strategy (option of :mdp:`lmc-stats` is only
2852    valid for larger number of samples, and can get stuck if too few
2853    samples are used at each state. :mdp:`mininum-var-min` is the
2854    minimum number of samples that each state that are allowed before
2855    the min-variance strategy is activated if selected.
2857 .. mdp:: init-lambda-weights
2859    The initial weights (free energies) used for the expanded ensemble
2860    states. Default is a vector of zero weights. format is similar to
2861    the lambda vector settings in :mdp:`fep-lambdas`, except the
2862    weights can be any floating point number. Units are kT. Its length
2863    must match the lambda vector lengths.
2865 .. mdp:: lmc-weights-equil
2867    .. mdp-value:: no
2869       Expanded ensemble weights continue to be updated throughout the
2870       simulation.
2872    .. mdp-value:: yes
2874       The input expanded ensemble weights are treated as equilibrated,
2875       and are not updated throughout the simulation.
2877    .. mdp-value:: wl-delta
2879       Expanded ensemble weight updating is stopped when the
2880       Wang-Landau incrementor falls below this value.
2882    .. mdp-value:: number-all-lambda
2884       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2885       samples at all of the lambda states is greater than this value.
2887    .. mdp-value:: number-steps
2889       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2890       steps is greater than the level specified by this value.
2892    .. mdp-value:: number-samples
2894       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2895       total samples across all lambda states is greater than the level
2896       specified by this value.
2898    .. mdp-value:: count-ratio
2900       Expanded ensemble weight updating is stopped when the ratio of
2901       samples at the least sampled lambda state and most sampled
2902       lambda state greater than this value.
2904 .. mdp:: simulated-tempering
2906    (no)
2907    Turn simulated tempering on or off. Simulated tempering is
2908    implemented as expanded ensemble sampling with different
2909    temperatures instead of different Hamiltonians.
2911 .. mdp:: sim-temp-low
2913    (300) [K]
2914    Low temperature for simulated tempering.
2916 .. mdp:: sim-temp-high
2918    (300) [K]
2919    High temperature for simulated tempering.
2921 .. mdp:: simulated-tempering-scaling
2923    Controls the way that the temperatures at intermediate lambdas are
2924    calculated from the :mdp:`temperature-lambdas` part of the lambda
2925    vector.
2927    .. mdp-value:: linear
2929       Linearly interpolates the temperatures using the values of
2930       :mdp:`temperature-lambdas`, *i.e.* if :mdp:`sim-temp-low`
2931       =300, :mdp:`sim-temp-high` =400, then lambda=0.5 correspond to
2932       a temperature of 350. A nonlinear set of temperatures can always
2933       be implemented with uneven spacing in lambda.
2935    .. mdp-value:: geometric
2937       Interpolates temperatures geometrically between
2938       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2939       has temperature :mdp:`sim-temp-low` * (:mdp:`sim-temp-high` /
2940       :mdp:`sim-temp-low`) raised to the power of
2941       (i/(ntemps-1)). This should give roughly equal exchange for
2942       constant heat capacity, though of course things simulations that
2943       involve protein folding have very high heat capacity peaks.
2945    .. mdp-value:: exponential
2947       Interpolates temperatures exponentially between
2948       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2949       has temperature :mdp:`sim-temp-low` + (:mdp:`sim-temp-high` -
2950       :mdp:`sim-temp-low`)*((exp(:mdp:`temperature-lambdas`
2951       (i))-1)/(exp(1.0)-i)).
2954 Non-equilibrium MD
2955 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2957 .. mdp:: acc-grps
2959    groups for constant acceleration (*e.g.* ``Protein Sol``) all atoms
2960    in groups Protein and Sol will experience constant acceleration as
2961    specified in the :mdp:`accelerate` line
2963 .. mdp:: accelerate
2965    (0) [nm ps\ :sup:`-2`]
2966    acceleration for :mdp:`acc-grps`; x, y and z for each group
2967    (*e.g.* ``0.1 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0`` means that first group has
2968    constant acceleration of 0.1 nm ps\ :sup:`-2` in X direction, second group
2969    the opposite).
2971 .. mdp:: freezegrps
2973    Groups that are to be frozen (*i.e.* their X, Y, and/or Z position
2974    will not be updated; *e.g.* ``Lipid SOL``). :mdp:`freezedim`
2975    specifies for which dimension(s) the freezing applies. To avoid
2976    spurious contributions to the virial and pressure due to large
2977    forces between completely frozen atoms you need to use energy group
2978    exclusions, this also saves computing time. Note that coordinates
2979    of frozen atoms are not scaled by pressure-coupling algorithms.
2981 .. mdp:: freezedim
2983    dimensions for which groups in :mdp:`freezegrps` should be frozen,
2984    specify ``Y`` or ``N`` for X, Y and Z and for each group (*e.g.*
2985    ``Y Y N N N N`` means that particles in the first group can move only in
2986    Z direction. The particles in the second group can move in any
2987    direction).
2989 .. mdp:: cos-acceleration
2991    (0) [nm ps\ :sup:`-2`]
2992    the amplitude of the acceleration profile for calculating the
2993    viscosity. The acceleration is in the X-direction and the magnitude
2994    is :mdp:`cos-acceleration` cos(2 pi z/boxheight). Two terms are
2995    added to the energy file: the amplitude of the velocity profile and
2996    1/viscosity.
2998 .. mdp:: deform
3000    (0 0 0 0 0 0) [nm ps\ :sup:`-1`]
3001    The velocities of deformation for the box elements: a(x) b(y) c(z)
3002    b(x) c(x) c(y). Each step the box elements for which :mdp:`deform`
3003    is non-zero are calculated as: box(ts)+(t-ts)*deform, off-diagonal
3004    elements are corrected for periodicity. The coordinates are
3005    transformed accordingly. Frozen degrees of freedom are (purposely)
3006    also transformed. The time ts is set to t at the first step and at
3007    steps at which x and v are written to trajectory to ensure exact
3008    restarts. Deformation can be used together with semiisotropic or
3009    anisotropic pressure coupling when the appropriate
3010    compressibilities are set to zero. The diagonal elements can be
3011    used to strain a solid. The off-diagonal elements can be used to
3012    shear a solid or a liquid.
3015 Electric fields
3016 ^^^^^^^^^^^^^^^
3018 .. mdp:: electric-field-x
3019 .. mdp:: electric-field-y
3020 .. mdp:: electric-field-z
3022    Here you can specify an electric field that optionally can be
3023    alternating and pulsed. The general expression for the field
3024    has the form of a gaussian laser pulse:
3026    .. math:: E(t) = E_0 \exp\left[-\frac{(t-t_0)^2}{2\sigma^2}\right]\cos\left[\omega (t-t_0)\right]
3028    For example, the four parameters for direction x are set in the
3029    fields of :mdp:`electric-field-x` (and similar for ``electric-field-y``
3030    and ``electric-field-z``) like
3032    ``electric-field-x  = E0 omega t0 sigma``
3034    with units (respectively) V nm\ :sup:`-1`, ps\ :sup:`-1`, ps, ps.
3036    In the special case that ``sigma = 0``, the exponential term is omitted
3037    and only the cosine term is used. If also ``omega = 0`` a static
3038    electric field is applied.
3040    Read more at :ref:`electric fields` and in ref. \ :ref:`146 <refCaleman2008a>`.
3043 Mixed quantum/classical molecular dynamics
3044 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3046 .. mdp:: QMMM-grps
3048    groups to be descibed at the QM level for MiMiC QM/MM
3050 .. MDP:: QMMM
3052    .. mdp-value:: no
3054       QM/MM is no longer supported via these .mdp options. For MiMic, use no here.
3056 Computational Electrophysiology
3057 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3058 Use these options to switch on and control ion/water position exchanges in "Computational
3059 Electrophysiology" simulation setups. (See the `reference manual`_ for details).
3061 .. mdp:: swapcoords
3063    .. mdp-value:: no
3065       Do not enable ion/water position exchanges.
3067    .. mdp-value:: X ; Y ; Z
3069       Allow for ion/water position exchanges along the chosen direction.
3070       In a typical setup with the membranes parallel to the x-y plane,
3071       ion/water pairs need to be exchanged in Z direction to sustain the
3072       requested ion concentrations in the compartments.
3074 .. mdp:: swap-frequency
3076    (1) The swap attempt frequency, i.e. every how many time steps the ion counts
3077    per compartment are determined and exchanges made if necessary.
3078    Normally it is not necessary to check at every time step.
3079    For typical Computational Electrophysiology setups, a value of about 100 is
3080    sufficient and yields a negligible performance impact.
3082 .. mdp:: split-group0
3084    Name of the index group of the membrane-embedded part of channel #0.
3085    The center of mass of these atoms defines one of the compartment boundaries
3086    and should be chosen such that it is near the center of the membrane.
3088 .. mdp:: split-group1
3090    Channel #1 defines the position of the other compartment boundary.
3092 .. mdp:: massw-split0
3094    (no) Defines whether or not mass-weighting is used to calculate the split group center.
3096    .. mdp-value:: no
3098       Use the geometrical center.
3100    .. mdp-value:: yes
3102       Use the center of mass.
3104 .. mdp:: massw-split1
3106    (no) As above, but for split-group #1.
3108 .. mdp:: solvent-group
3110    Name of the index group of solvent molecules.
3112 .. mdp:: coupl-steps
3114    (10) Average the number of ions per compartment over these many swap attempt steps.
3115    This can be used to prevent that ions near a compartment boundary
3116    (diffusing through a channel, e.g.) lead to unwanted back and forth swaps.
3118 .. mdp:: iontypes
3120    (1) The number of different ion types to be controlled. These are during the
3121    simulation exchanged with solvent molecules to reach the desired reference numbers.
3123 .. mdp:: iontype0-name
3125    Name of the first ion type.
3127 .. mdp:: iontype0-in-A
3129    (-1) Requested (=reference) number of ions of type 0 in compartment A.
3130    The default value of -1 means: use the number of ions as found in time step 0
3131    as reference value.
3133 .. mdp:: iontype0-in-B
3135    (-1) Reference number of ions of type 0 for compartment B.
3137 .. mdp:: bulk-offsetA
3139    (0.0) Offset of the first swap layer from the compartment A midplane.
3140    By default (i.e. bulk offset = 0.0), ion/water exchanges happen between layers
3141    at maximum distance (= bulk concentration) to the split group layers. However,
3142    an offset b (-1.0 < b < +1.0) can be specified to offset the bulk layer from the middle at 0.0
3143    towards one of the compartment-partitioning layers (at +/- 1.0).
3145 .. mdp:: bulk-offsetB
3147    (0.0) Offset of the other swap layer from the compartment B midplane.
3150 .. mdp:: threshold
3152    (\1) Only swap ions if threshold difference to requested count is reached.
3154 .. mdp:: cyl0-r
3156    (2.0) [nm] Radius of the split cylinder #0.
3157    Two split cylinders (mimicking the channel pores) can optionally be defined
3158    relative to the center of the split group. With the help of these cylinders
3159    it can be counted which ions have passed which channel. The split cylinder
3160    definition has no impact on whether or not ion/water swaps are done.
3162 .. mdp:: cyl0-up
3164    (1.0) [nm] Upper extension of the split cylinder #0.
3166 .. mdp:: cyl0-down
3168    (1.0) [nm] Lower extension of the split cylinder #0.
3170 .. mdp:: cyl1-r
3172    (2.0) [nm] Radius of the split cylinder #1.
3174 .. mdp:: cyl1-up
3176    (1.0) [nm] Upper extension of the split cylinder #1.
3178 .. mdp:: cyl1-down
3180    (1.0) [nm] Lower extension of the split cylinder #1.
3182 Density-guided simulations
3183 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3185 These options enable and control the calculation and application of additional
3186 forces that are derived from three-dimensional densities, e.g., from cryo
3187 electron-microscopy experiments. (See the `reference manual`_ for details)
3189 .. mdp:: density-guided-simulation-active
3191    (no) Activate density-guided simulations.
3193 .. mdp:: density-guided-simulation-group
3195    (protein) The atoms that are subject to the forces from the density-guided
3196    simulation and contribute to the simulated density.
3198 .. mdp:: density-guided-simulation-similarity-measure
3200    (inner-product) Similarity measure between the density that is calculated
3201    from the atom positions and the reference density.
3203    .. mdp-value:: inner-product
3205       Takes the sum of the product of reference density and simulated density
3206       voxel values.
3208    .. mdp-value:: relative-entropy
3210       Uses the negative relative entropy (or Kullback-Leibler divergence)
3211       between reference density and simulated density as similarity measure.
3212       Negative density values are ignored.
3214    .. mdp-value:: cross-correlation
3216       Uses the Pearson correlation coefficient between reference density and
3217       simulated density as similarity measure.
3219 .. mdp:: density-guided-simulation-atom-spreading-weight
3221    (unity) Determines the multiplication factor for the Gaussian kernel when
3222    spreading atoms on the grid.
3224    .. mdp-value:: unity
3226       Every atom in the density fitting group is assigned the same unit factor.
3228    .. mdp-value:: mass
3230       Atoms contribute to the simulated density proportional to their mass.
3232    .. mdp-value:: charge
3234       Atoms contribute to the simulated density proportional to their charge.
3236 .. mdp:: density-guided-simulation-force-constant
3238    (1e+09) [kJ mol\ :sup:`-1`] The scaling factor for density-guided simulation
3239    forces. May also be negative.
3241 .. mdp:: density-guided-simulation-gaussian-transform-spreading-width
3243    (0.2) [nm] The Gaussian RMS width for the spread kernel for the simulated
3244    density.
3246 .. mdp:: density-guided-simulation-gaussian-transform-spreading-range-in-multiples-of-width
3248    (4) The range after which the gaussian is cut off in multiples of the Gaussian
3249    RMS width described above.
3251 .. mdp:: density-guided-simulation-reference-density-filename
3253    (reference.mrc) Reference density file name using an absolute path or a path
3254    relative to the to the folder from which :ref:`gmx mdrun` is called.
3256 .. mdp:: density-guided-simulation-nst
3258    (1) Interval in steps at which the density fitting forces are evaluated
3259    and applied. The forces are scaled by this number when applied (See the
3260    `reference manual`_ for details).
3262 .. mdp:: density-guided-simulation-normalize-densities
3264    (true) Normalize the sum of density voxel values to one for the reference
3265    density as well as the simulated density.
3267 .. mdp:: density-guided-simulation-adaptive-force-scaling
3269    (false) Adapt the force constant to ensure a steady increase in similarity
3270    between simulated and reference density.
3272    .. mdp-value: false
3274       Do not use adaptive force scaling.
3276    .. mdp-value:: true
3278       Use adaptive force scaling.
3280 .. mdp:: density-guided-simulation-adaptive-force-scaling-time-constant
3282    (4) [ps] Couple force constant to increase in similarity with reference density
3283    with this time constant. Larger times result in looser coupling.
3285 .. mdp:: density-guided-simulation-shift-vector
3287    (0,0,0) [nm] Add this vector to all atoms in the 
3288    density-guided-simulation-group before calculating forces and energies for
3289    density-guided-simulations. Affects only the density-guided-simulation forces
3290    and energies. Corresponds to a shift of the input density in the opposite
3291    direction by (-1) * density-guided-simulation-shift-vector.
3293 .. mdp:: density-guided-simulation-transformation-matrix
3295    (1,0,0,0,1,0,0,0,1) Multiply all atoms with this matrix in the 
3296    density-guided-simulation-group before calculating forces and energies for
3297    density-guided-simulations. Affects only the density-guided-simulation forces
3298    and energies. Corresponds to a transformation of the input density by the
3299    inverse of this matrix. The matrix is given in row-major order.
3300    This option allows, e.g., rotation of the density-guided atom group around the
3301    z-axis by :math:`\theta` degress by using following input:
3302    :math:`(\cos \theta , -\sin \theta , 0 , \sin \theta , \cos \theta , 0 , 0 , 0 , 1)` .
3304 User defined thingies
3305 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3307 .. mdp:: user1-grps
3308 .. mdp:: user2-grps
3309 .. mdp:: userint1 (0)
3310 .. mdp:: userint2 (0)
3311 .. mdp:: userint3 (0)
3312 .. mdp:: userint4 (0)
3313 .. mdp:: userreal1 (0)
3314 .. mdp:: userreal2 (0)
3315 .. mdp:: userreal3 (0)
3316 .. mdp:: userreal4 (0)
3318    These you can use if you modify code. You can pass integers and
3319    reals and groups to your subroutine. Check the inputrec definition
3320    in ``src/gromacs/mdtypes/inputrec.h``
3322 Removed features
3323 ^^^^^^^^^^^^^^^^
3325 These features have been removed from |Gromacs|, but so that old
3326 :ref:`mdp` and :ref:`tpr` files cannot be mistakenly misused, we still
3327 parse this option. :ref:`gmx grompp` and :ref:`gmx mdrun` will issue a
3328 fatal error if this is set.
3330 .. mdp:: adress
3332    (no)
3334 .. mdp:: implicit-solvent
3336    (no)
3338 .. _reference manual: gmx-manual-parent-dir_