LCOV - code coverage report
Current view: top level - src - manybody_siepmann.F (source / functions) Hit Total Coverage
Test: CP2K Regtests (git:2fce0f8) Lines: 325 340 95.6 %
Date: 2024-12-21 06:28:57 Functions: 12 12 100.0 %

          Line data    Source code
       1             : !--------------------------------------------------------------------------------------------------!
       2             : !   CP2K: A general program to perform molecular dynamics simulations                              !
       3             : !   Copyright 2000-2024 CP2K developers group <https://cp2k.org>                                   !
       4             : !                                                                                                  !
       5             : !   SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later                                                      !
       6             : !--------------------------------------------------------------------------------------------------!
       7             : 
       8             : ! **************************************************************************************************
       9             : !> \brief implementation of dipole and three-body part of Siepmann-Sprik potential
      10             : !>        dipole term: 3rd term in Eq. (1) in J. Chem. Phys., Vol. 102, p.511
      11             : !>        three-body term: Eq. (4) in J. Chem. Phys., Vol. 102, p. 511
      12             : !>        remaining terms of Siepmann-Sprik potential can be given via the GENPOT section
      13             : !> \par History
      14             : !>      12.2012 created
      15             : !> \author Dorothea Golze
      16             : ! **************************************************************************************************
      17             : MODULE manybody_siepmann
      18             : 
      19             :    USE atomic_kind_types,               ONLY: get_atomic_kind
      20             :    USE cell_types,                      ONLY: cell_type,&
      21             :                                               pbc
      22             :    USE cp_log_handling,                 ONLY: cp_get_default_logger,&
      23             :                                               cp_logger_type
      24             :    USE cp_output_handling,              ONLY: cp_print_key_finished_output,&
      25             :                                               cp_print_key_unit_nr
      26             :    USE fist_neighbor_list_types,        ONLY: fist_neighbor_type,&
      27             :                                               neighbor_kind_pairs_type
      28             :    USE fist_nonbond_env_types,          ONLY: pos_type
      29             :    USE input_section_types,             ONLY: section_vals_type
      30             :    USE kinds,                           ONLY: dp
      31             :    USE message_passing,                 ONLY: mp_para_env_type
      32             :    USE pair_potential_types,            ONLY: pair_potential_pp_type,&
      33             :                                               pair_potential_single_type,&
      34             :                                               siepmann_pot_type,&
      35             :                                               siepmann_type
      36             :    USE particle_types,                  ONLY: particle_type
      37             :    USE util,                            ONLY: sort
      38             : #include "./base/base_uses.f90"
      39             : 
      40             :    IMPLICIT NONE
      41             : 
      42             :    PRIVATE
      43             :    PUBLIC :: setup_siepmann_arrays, destroy_siepmann_arrays, &
      44             :              siepmann_energy, siepmann_forces_v2, siepmann_forces_v3, &
      45             :              print_nr_ions_siepmann
      46             :    CHARACTER(len=*), PARAMETER, PRIVATE :: moduleN = 'manybody_siepmann'
      47             : 
      48             : CONTAINS
      49             : 
      50             : ! **************************************************************************************************
      51             : !> \brief  energy of two-body dipole term and three-body term
      52             : !> \param pot_loc ...
      53             : !> \param siepmann ...
      54             : !> \param r_last_update_pbc ...
      55             : !> \param atom_a ...
      56             : !> \param atom_b ...
      57             : !> \param nloc_size ...
      58             : !> \param full_loc_list ...
      59             : !> \param cell_v ...
      60             : !> \param cell ...
      61             : !> \param drij ...
      62             : !> \param particle_set ...
      63             : !> \param nr_oh number of OH- ions near surface
      64             : !> \param nr_h3o number of hydronium ions near surface
      65             : !> \param nr_o number of O^(2-) ions near surface
      66             : !> \author Dorothea Golze - 11.2012 - University of Zurich
      67             : ! **************************************************************************************************
      68         318 :    SUBROUTINE siepmann_energy(pot_loc, siepmann, r_last_update_pbc, atom_a, atom_b, &
      69         318 :                               nloc_size, full_loc_list, cell_v, cell, drij, particle_set, &
      70             :                               nr_oh, nr_h3o, nr_o)
      71             : 
      72             :       REAL(KIND=dp), INTENT(OUT)                         :: pot_loc
      73             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
      74             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
      75             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: atom_a, atom_b, nloc_size
      76             :       INTEGER, DIMENSION(2, 1:nloc_size)                 :: full_loc_list
      77             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
      78             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
      79             :       REAL(KIND=dp)                                      :: drij
      80             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
      81             :       INTEGER, INTENT(INOUT)                             :: nr_oh, nr_h3o, nr_o
      82             : 
      83             :       REAL(KIND=dp)                                      :: a_ij, D, E, f2, Phi_ij, pot_loc_v2, &
      84             :                                                             pot_loc_v3
      85             : 
      86             :       a_ij = siep_a_ij(siepmann, r_last_update_pbc, atom_a, atom_b, nloc_size, &
      87             :                        full_loc_list, cell_v, siepmann%rcutsq, particle_set, &
      88         318 :                        cell)
      89             :       Phi_ij = siep_Phi_ij(siepmann, r_last_update_pbc, atom_a, atom_b, &
      90         318 :                            cell_v, cell, siepmann%rcutsq, particle_set, nr_oh, nr_h3o, nr_o)
      91         318 :       f2 = siep_f2(siepmann, drij)
      92         318 :       D = siepmann%D
      93         318 :       E = siepmann%E
      94             : 
      95             :       !two-body part --> dipole term
      96         318 :       pot_loc_v2 = -D*f2*drij**(-3)*Phi_ij
      97             : 
      98             :       !three-body part
      99         318 :       pot_loc_v3 = E*f2*drij**(-siepmann%beta)*a_ij
     100             : 
     101         318 :       pot_loc = pot_loc_v2 + pot_loc_v3
     102             : 
     103         318 :    END SUBROUTINE siepmann_energy
     104             : 
     105             : ! **************************************************************************************************
     106             : !> \brief f2(r) corresponds to Equation (2) in J. Chem. Phys., Vol. 102, p.511
     107             : !> \param siepmann ...
     108             : !> \param r distance between oxygen and metal atom
     109             : !> \return ...
     110             : ! **************************************************************************************************
     111         636 :    FUNCTION siep_f2(siepmann, r)
     112             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     113             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: r
     114             :       REAL(KIND=dp)                                      :: siep_f2
     115             : 
     116             :       REAL(KIND=dp)                                      :: rcut
     117             : 
     118         636 :       rcut = SQRT(siepmann%rcutsq)
     119         636 :       siep_f2 = 0.0_dp
     120         636 :       IF (r < rcut) THEN
     121         636 :          siep_f2 = EXP(siepmann%B/(r - rcut))
     122             :       END IF
     123         636 :    END FUNCTION siep_f2
     124             : 
     125             : ! **************************************************************************************************
     126             : !> \brief f2(r)_d derivative of f2
     127             : !> \param siepmann ...
     128             : !> \param r distance between oxygen and metal atom
     129             : !> \return ...
     130             : ! **************************************************************************************************
     131         318 :    FUNCTION siep_f2_d(siepmann, r)
     132             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     133             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: r
     134             :       REAL(KIND=dp)                                      :: siep_f2_d
     135             : 
     136             :       REAL(KIND=dp)                                      :: B, rcut
     137             : 
     138         318 :       rcut = SQRT(siepmann%rcutsq)
     139         318 :       B = siepmann%B
     140         318 :       siep_f2_d = 0.0_dp
     141         318 :       IF (r < rcut) THEN
     142         318 :          siep_f2_d = -B*EXP(B/(r - rcut))/(r - rcut)**2
     143             :       END IF
     144             : 
     145         318 :    END FUNCTION siep_f2_d
     146             : 
     147             : ! **************************************************************************************************
     148             : !> \brief exponential part of three-body term, see Equation (4) in J. Chem.
     149             : !>        Phys., Vol. 102, p.511
     150             : !> \param siepmann ...
     151             : !> \param r_last_update_pbc ...
     152             : !> \param iparticle ...
     153             : !> \param jparticle ...
     154             : !> \param n_loc_size ...
     155             : !> \param full_loc_list ...
     156             : !> \param cell_v ...
     157             : !> \param rcutsq ...
     158             : !> \param particle_set ...
     159             : !> \param cell ...
     160             : !> \return ...
     161             : !> \par History
     162             : !>      Using a local list of neighbors
     163             : ! **************************************************************************************************
     164         477 :    FUNCTION siep_a_ij(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, n_loc_size, &
     165         477 :                       full_loc_list, cell_v, rcutsq, particle_set, cell)
     166             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     167             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     168             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle, n_loc_size
     169             :       INTEGER, DIMENSION(2, 1:n_loc_size)                :: full_loc_list
     170             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     171             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     172             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
     173             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     174             :       REAL(KIND=dp)                                      :: siep_a_ij
     175             : 
     176             :       CHARACTER(LEN=2)                                   :: element_symbol
     177             :       INTEGER                                            :: ilist, kparticle
     178             :       REAL(KIND=dp)                                      :: costheta, drji, drjk, F, rab2_max, &
     179             :                                                             rji(3), rjk(3), theta
     180             : 
     181         477 :       siep_a_ij = 0.0_dp
     182         477 :       rab2_max = rcutsq
     183         477 :       F = siepmann%F
     184             :       CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iparticle)%atomic_kind, &
     185         477 :                            element_symbol=element_symbol)
     186         477 :       IF (element_symbol /= "O") RETURN
     187        1272 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     188        1272 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     189       22266 :       DO ilist = 1, n_loc_size
     190       21948 :          kparticle = full_loc_list(2, ilist)
     191       21948 :          IF (kparticle == jparticle) CYCLE
     192       21630 :          rjk(:) = pbc(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:), r_last_update_pbc(kparticle)%r(:), cell)
     193       86520 :          drjk = DOT_PRODUCT(rjk, rjk)
     194       21630 :          IF (drjk > rab2_max) CYCLE
     195        2862 :          drjk = SQRT(drjk)
     196       11448 :          costheta = DOT_PRODUCT(rji, rjk)/(drji*drjk)
     197        2862 :          IF (costheta < -1.0_dp) costheta = -1.0_dp
     198        2862 :          IF (costheta > +1.0_dp) costheta = +1.0_dp
     199        2862 :          theta = ACOS(costheta)
     200       22266 :          siep_a_ij = siep_a_ij + EXP(F*(COS(theta/2.0_dp))**2)
     201             :       END DO
     202             :    END FUNCTION siep_a_ij
     203             : 
     204             : ! **************************************************************************************************
     205             : !> \brief derivative of a_ij
     206             : !> \param siepmann ...
     207             : !> \param r_last_update_pbc ...
     208             : !> \param iparticle ...
     209             : !> \param jparticle ...
     210             : !> \param f_nonbond ...
     211             : !> \param prefactor ...
     212             : !> \param n_loc_size ...
     213             : !> \param full_loc_list ...
     214             : !> \param cell_v ...
     215             : !> \param cell ...
     216             : !> \param rcutsq ...
     217             : !> \param use_virial ...
     218             : !> \par History
     219             : !>       Using a local list of neighbors
     220             : ! **************************************************************************************************
     221         318 :    SUBROUTINE siep_a_ij_d(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, f_nonbond, &
     222         159 :                           prefactor, n_loc_size, full_loc_list, &
     223             :                           cell_v, cell, rcutsq, use_virial)
     224             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     225             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     226             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle
     227             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), INTENT(INOUT)      :: f_nonbond
     228             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: prefactor
     229             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: n_loc_size
     230             :       INTEGER, DIMENSION(2, 1:n_loc_size)                :: full_loc_list
     231             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     232             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     233             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     234             :       LOGICAL, INTENT(IN)                                :: use_virial
     235             : 
     236             :       INTEGER                                            :: ilist, kparticle, nparticle
     237             :       REAL(KIND=dp)                                      :: costheta, d_expterm, dcos_thetahalf, &
     238             :                                                             drji, drjk, F, rab2_max, theta
     239             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: dcosdri, dcosdrj, dcosdrk, dri, drj, &
     240             :                                                             drk, rji, rji_hat, rjk, rjk_hat
     241             : 
     242         159 :       rab2_max = rcutsq
     243         159 :       F = siepmann%F
     244             : 
     245         636 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     246         636 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     247         636 :       rji_hat(:) = rji(:)/drji
     248             : 
     249       11133 :       nparticle = SIZE(r_last_update_pbc)
     250       11133 :       DO ilist = 1, n_loc_size
     251       10974 :          kparticle = full_loc_list(2, ilist)
     252       10974 :          IF (kparticle == jparticle) CYCLE
     253       10815 :          rjk(:) = pbc(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:), r_last_update_pbc(kparticle)%r(:), cell)
     254       43260 :          drjk = DOT_PRODUCT(rjk, rjk)
     255       10815 :          IF (drjk > rab2_max) CYCLE
     256        1431 :          drjk = SQRT(drjk)
     257        5724 :          rjk_hat(:) = rjk(:)/drjk
     258        5724 :          costheta = DOT_PRODUCT(rji, rjk)/(drji*drjk)
     259        1431 :          IF (costheta < -1.0_dp) costheta = -1.0_dp
     260        1431 :          IF (costheta > +1.0_dp) costheta = +1.0_dp
     261             : 
     262        5724 :          dcosdri(:) = (1.0_dp/(drji))*(rjk_hat(:) - costheta*rji_hat(:))
     263        5724 :          dcosdrk(:) = (1.0_dp/(drjk))*(rji_hat(:) - costheta*rjk_hat(:))
     264        5724 :          dcosdrj(:) = -(dcosdri(:) + dcosdrk(:))
     265             : 
     266        1431 :          theta = ACOS(costheta)
     267        1431 :          dcos_thetahalf = -1.0_dp/(2.0_dp*SQRT(1 - costheta**2))
     268             :          d_expterm = -2.0_dp*F*COS(theta/2.0_dp)*SIN(theta/2.0_dp) &
     269        1431 :                      *EXP(F*(COS(theta/2.0_dp))**2)
     270             : 
     271        5724 :          dri = d_expterm*dcos_thetahalf*dcosdri
     272             : 
     273        5724 :          drj = d_expterm*dcos_thetahalf*dcosdrj
     274             : 
     275        5724 :          drk = d_expterm*dcos_thetahalf*dcosdrk
     276             : 
     277        1431 :          f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + prefactor*dri(1)
     278        1431 :          f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + prefactor*dri(2)
     279        1431 :          f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + prefactor*dri(3)
     280             : 
     281        1431 :          f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) + prefactor*drj(1)
     282        1431 :          f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) + prefactor*drj(2)
     283        1431 :          f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) + prefactor*drj(3)
     284             : 
     285        1431 :          f_nonbond(1, kparticle) = f_nonbond(1, kparticle) + prefactor*drk(1)
     286        1431 :          f_nonbond(2, kparticle) = f_nonbond(2, kparticle) + prefactor*drk(2)
     287        1431 :          f_nonbond(3, kparticle) = f_nonbond(3, kparticle) + prefactor*drk(3)
     288             : 
     289        1590 :          IF (use_virial) THEN
     290             :             CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     291             :                           "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     292           0 :                           " not implemented")
     293             :          END IF
     294             :       END DO
     295         159 :    END SUBROUTINE siep_a_ij_d
     296             : ! **************************************************************************************************
     297             : !> \brief Phi_ij corresponds to Equation (3) in J. Chem. Phys., Vol. 102, p.511
     298             : !> \param siepmann ...
     299             : !> \param r_last_update_pbc ...
     300             : !> \param iparticle ...
     301             : !> \param jparticle ...
     302             : !> \param cell_v ...
     303             : !> \param cell ...
     304             : !> \param rcutsq ...
     305             : !> \param particle_set ...
     306             : !> \param nr_oh ...
     307             : !> \param nr_h3o ...
     308             : !> \param nr_o ...
     309             : !> \return ...
     310             : !> \par History
     311             : !>      Using a local list of neighbors
     312             : ! **************************************************************************************************
     313         636 :    FUNCTION siep_Phi_ij(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, &
     314             :                         cell_v, cell, rcutsq, particle_set, nr_oh, nr_h3o, nr_o)
     315             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     316             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     317             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle
     318             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     319             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     320             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     321             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
     322             :       INTEGER, INTENT(INOUT), OPTIONAL                   :: nr_oh, nr_h3o, nr_o
     323             :       REAL(KIND=dp)                                      :: siep_Phi_ij
     324             : 
     325             :       CHARACTER(LEN=2)                                   :: element_symbol
     326             :       INTEGER                                            :: count_h, iatom, index_h1, index_h2, natom
     327             :       REAL(KIND=dp)                                      :: cosphi, drih, drix, drji, h_max_dist, &
     328             :                                                             rab2_max, rih(3), rih1(3), rih2(3), &
     329             :                                                             rix(3), rji(3)
     330             : 
     331         636 :       siep_Phi_ij = 0.0_dp
     332         636 :       count_h = 0
     333         636 :       index_h1 = 0
     334         636 :       index_h2 = 0
     335         636 :       rab2_max = rcutsq
     336         636 :       h_max_dist = 2.27_dp ! 1.2 angstrom
     337         636 :       natom = SIZE(particle_set)
     338             :       CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iparticle)%atomic_kind, &
     339         636 :                            element_symbol=element_symbol)
     340         636 :       IF (element_symbol /= "O") RETURN
     341        1908 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     342        1908 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     343             : 
     344      281817 :       DO iatom = 1, natom
     345             :          CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iatom)%atomic_kind, &
     346      281340 :                               element_symbol=element_symbol)
     347      281340 :          IF (element_symbol /= "H") CYCLE
     348       11214 :          rih(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(iatom)%r(:), cell)
     349       44856 :          drih = SQRT(DOT_PRODUCT(rih, rih))
     350       11214 :          IF (drih >= h_max_dist) CYCLE
     351         927 :          count_h = count_h + 1
     352        1404 :          IF (count_h == 1) THEN
     353             :             index_h1 = iatom
     354         468 :          ELSEIF (count_h == 2) THEN
     355         405 :             index_h2 = iatom
     356             :          END IF
     357             :       END DO
     358             : 
     359         477 :       IF (count_h == 0) THEN
     360          18 :          IF (siepmann%allow_o_formation) THEN
     361          18 :             IF (PRESENT(nr_o)) nr_o = nr_o + 1
     362             :             siep_Phi_ij = 0.0_dp
     363             :          ELSE
     364           0 :             CPABORT("No H atoms for O found")
     365             :          END IF
     366         459 :       ELSEIF (count_h == 1) THEN
     367          54 :          IF (siepmann%allow_oh_formation) THEN
     368          54 :             IF (PRESENT(nr_oh)) nr_oh = nr_oh + 1
     369             :             siep_Phi_ij = 0.0_dp
     370             :          ELSE
     371           0 :             CPABORT("Only one H atom of O atom found")
     372             :          END IF
     373         405 :       ELSEIF (count_h == 3) THEN
     374          63 :          IF (siepmann%allow_h3o_formation) THEN
     375          63 :             IF (PRESENT(nr_h3o)) nr_h3o = nr_h3o + 1
     376             :             siep_Phi_ij = 0.0_dp
     377             :          ELSE
     378           0 :             CPABORT("Three H atoms for O atom found")
     379             :          END IF
     380         342 :       ELSEIF (count_h > 3) THEN
     381           0 :          CPABORT("Error in Siepmann-Sprik part: too many H atoms for O")
     382             :       END IF
     383             : 
     384         477 :       IF (count_h == 2) THEN
     385             :          !dipole vector rix of the H2O molecule
     386         342 :          rih1(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(index_h1)%r(:), cell)
     387         342 :          rih2(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(index_h2)%r(:), cell)
     388        1368 :          rix(:) = rih1(:) + rih2(:)
     389        1368 :          drix = SQRT(DOT_PRODUCT(rix, rix))
     390        1368 :          cosphi = DOT_PRODUCT(rji, rix)/(drji*drix)
     391         342 :          IF (cosphi < -1.0_dp) cosphi = -1.0_dp
     392         342 :          IF (cosphi > +1.0_dp) cosphi = +1.0_dp
     393         342 :          siep_Phi_ij = EXP(-8.0_dp*((cosphi - 1)/4.0_dp)**4)
     394             :       END IF
     395             :    END FUNCTION siep_Phi_ij
     396             : 
     397             : ! **************************************************************************************************
     398             : !> \brief derivative of Phi_ij
     399             : !> \param siepmann ...
     400             : !> \param r_last_update_pbc ...
     401             : !> \param iparticle ...
     402             : !> \param jparticle ...
     403             : !> \param f_nonbond ...
     404             : !> \param prefactor ...
     405             : !> \param cell_v ...
     406             : !> \param cell ...
     407             : !> \param rcutsq ...
     408             : !> \param use_virial ...
     409             : !> \param particle_set ...
     410             : !> \par History
     411             : !>       Using a local list of neighbors
     412             : ! **************************************************************************************************
     413         159 :    SUBROUTINE siep_Phi_ij_d(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, f_nonbond, &
     414             :                             prefactor, cell_v, cell, rcutsq, use_virial, particle_set)
     415             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     416             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     417             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle
     418             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), INTENT(INOUT)      :: f_nonbond
     419             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: prefactor
     420             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     421             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     422             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     423             :       LOGICAL, INTENT(IN)                                :: use_virial
     424             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
     425             : 
     426             :       CHARACTER(LEN=2)                                   :: element_symbol
     427             :       INTEGER                                            :: count_h, iatom, index_h1, index_h2, natom
     428             :       REAL(KIND=dp)                                      :: cosphi, dphi, drih, drix, drji, &
     429             :                                                             h_max_dist, Phi_ij, rab2_max
     430             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: dcosdrh, dcosdri, dcosdrj, drh, dri, &
     431             :                                                             drj, rih, rih1, rih2, rix, rix_hat, &
     432             :                                                             rji, rji_hat
     433             : 
     434         159 :       count_h = 0
     435         159 :       index_h1 = 0
     436         159 :       index_h2 = 0
     437         159 :       rab2_max = rcutsq
     438         159 :       h_max_dist = 2.27_dp ! 1.2 angstrom
     439         159 :       natom = SIZE(particle_set)
     440             :       Phi_ij = siep_Phi_ij(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, &
     441             :                            cell_v, cell, rcutsq, &
     442         159 :                            particle_set)
     443         636 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     444         636 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     445         636 :       rji_hat(:) = rji(:)/drji
     446             : 
     447       93939 :       DO iatom = 1, natom
     448             :          CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iatom)%atomic_kind, &
     449       93780 :                               element_symbol=element_symbol)
     450       93780 :          IF (element_symbol /= "H") CYCLE
     451        3738 :          rih(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(iatom)%r(:), cell)
     452       14952 :          drih = SQRT(DOT_PRODUCT(rih, rih))
     453        3738 :          IF (drih >= h_max_dist) CYCLE
     454         309 :          count_h = count_h + 1
     455         468 :          IF (count_h == 1) THEN
     456             :             index_h1 = iatom
     457         156 :          ELSEIF (count_h == 2) THEN
     458         135 :             index_h2 = iatom
     459             :          END IF
     460             :       END DO
     461             : 
     462         159 :       IF (count_h == 0 .AND. .NOT. siepmann%allow_o_formation) THEN
     463           0 :          CPABORT("No H atoms for O found")
     464         159 :       ELSEIF (count_h == 1 .AND. .NOT. siepmann%allow_oh_formation) THEN
     465           0 :          CPABORT("Only one H atom for O atom found")
     466         159 :       ELSEIF (count_h == 3 .AND. .NOT. siepmann%allow_h3o_formation) THEN
     467           0 :          CPABORT("Three H atoms for O atom found")
     468         159 :       ELSEIF (count_h > 3) THEN
     469           0 :          CPABORT("Error in Siepmann-Sprik part: too many H atoms for O")
     470             :       END IF
     471             : 
     472         159 :       IF (count_h == 2) THEN
     473             :          !dipole vector rix of the H2O molecule
     474         114 :          rih1(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(index_h1)%r(:), cell)
     475         114 :          rih2(:) = pbc(r_last_update_pbc(iparticle)%r(:), r_last_update_pbc(index_h2)%r(:), cell)
     476         456 :          rix(:) = rih1(:) + rih2(:)
     477         456 :          drix = SQRT(DOT_PRODUCT(rix, rix))
     478         456 :          rix_hat(:) = rix(:)/drix
     479         456 :          cosphi = DOT_PRODUCT(rji, rix)/(drji*drix)
     480         114 :          IF (cosphi < -1.0_dp) cosphi = -1.0_dp
     481         114 :          IF (cosphi > +1.0_dp) cosphi = +1.0_dp
     482             : 
     483         456 :          dcosdrj(:) = (1.0_dp/(drji))*(-rix_hat(:) + cosphi*rji_hat(:))
     484             :          ! for H atoms:
     485         456 :          dcosdrh(:) = (1.0_dp/(drix))*(rji_hat(:) - cosphi*rix_hat(:))
     486         456 :          dcosdri(:) = -dcosdrj - 2.0_dp*dcosdrh
     487             : 
     488         114 :          dphi = Phi_ij*(-8.0_dp)*((cosphi - 1)/4.0_dp)**3
     489             : 
     490         456 :          dri = dphi*dcosdri
     491         456 :          drj = dphi*dcosdrj
     492         456 :          drh = dphi*dcosdrh
     493             : 
     494         114 :          f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + prefactor*dri(1)
     495         114 :          f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + prefactor*dri(2)
     496         114 :          f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + prefactor*dri(3)
     497             : 
     498         114 :          f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) + prefactor*drj(1)
     499         114 :          f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) + prefactor*drj(2)
     500         114 :          f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) + prefactor*drj(3)
     501             : 
     502         114 :          f_nonbond(1, index_h1) = f_nonbond(1, index_h1) + prefactor*drh(1)
     503         114 :          f_nonbond(2, index_h1) = f_nonbond(2, index_h1) + prefactor*drh(2)
     504         114 :          f_nonbond(3, index_h1) = f_nonbond(3, index_h1) + prefactor*drh(3)
     505             : 
     506         114 :          f_nonbond(1, index_h2) = f_nonbond(1, index_h2) + prefactor*drh(1)
     507         114 :          f_nonbond(2, index_h2) = f_nonbond(2, index_h2) + prefactor*drh(2)
     508         114 :          f_nonbond(3, index_h2) = f_nonbond(3, index_h2) + prefactor*drh(3)
     509             : 
     510         114 :          IF (use_virial) THEN
     511             :             CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     512             :                           "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     513           0 :                           " not implemented")
     514             :          END IF
     515             : 
     516             :       END IF
     517         159 :    END SUBROUTINE siep_Phi_ij_d
     518             : 
     519             : ! **************************************************************************************************
     520             : !> \brief forces generated by the three-body term
     521             : !> \param siepmann ...
     522             : !> \param r_last_update_pbc ...
     523             : !> \param cell_v ...
     524             : !> \param n_loc_size ...
     525             : !> \param full_loc_list ...
     526             : !> \param iparticle ...
     527             : !> \param jparticle ...
     528             : !> \param f_nonbond ...
     529             : !> \param use_virial ...
     530             : !> \param rcutsq ...
     531             : !> \param cell ...
     532             : !> \param particle_set ...
     533             : !> \par History
     534             : !>       Using a local list of neighbors
     535             : ! **************************************************************************************************
     536         318 :    SUBROUTINE siepmann_forces_v3(siepmann, r_last_update_pbc, cell_v, n_loc_size, &
     537         318 :                                  full_loc_list, iparticle, jparticle, f_nonbond, &
     538             :                                  use_virial, rcutsq, cell, particle_set)
     539             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     540             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     541             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     542             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: n_loc_size
     543             :       INTEGER, DIMENSION(2, 1:n_loc_size)                :: full_loc_list
     544             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle
     545             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), INTENT(INOUT)      :: f_nonbond
     546             :       LOGICAL, INTENT(IN)                                :: use_virial
     547             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     548             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     549             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
     550             : 
     551             :       CHARACTER(LEN=2)                                   :: element_symbol
     552             :       REAL(KIND=dp)                                      :: a_ij, beta, drji, E, f2, f2_d, f_A1, &
     553             :                                                             f_A2, fac, prefactor, rji(3), &
     554             :                                                             rji_hat(3)
     555             : 
     556         318 :       beta = siepmann%beta
     557         318 :       E = siepmann%E
     558             : 
     559             :       CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iparticle)%atomic_kind, &
     560         318 :                            element_symbol=element_symbol)
     561         318 :       IF (element_symbol /= "O") RETURN
     562             : 
     563         636 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     564         636 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     565         636 :       rji_hat(:) = rji(:)/drji
     566             : 
     567         159 :       fac = -1.0_dp !gradient to force
     568             :       a_ij = siep_a_ij(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, n_loc_size, &
     569         159 :                        full_loc_list, cell_v, rcutsq, particle_set, cell)
     570         159 :       f2 = siep_f2(siepmann, drji)
     571         159 :       f2_d = siep_f2_d(siepmann, drji)
     572             : 
     573             :       ! Lets do the f_A1 piece derivative of  f2
     574         159 :       f_A1 = E*f2_d*drji**(-beta)*a_ij*fac*(1.0_dp/drji)
     575         159 :       f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + f_A1*rji(1)
     576         159 :       f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + f_A1*rji(2)
     577         159 :       f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + f_A1*rji(3)
     578         159 :       f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) - f_A1*rji(1)
     579         159 :       f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) - f_A1*rji(2)
     580         159 :       f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) - f_A1*rji(3)
     581             : 
     582         159 :       IF (use_virial) THEN
     583             :          CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     584             :                        "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     585           0 :                        " not implemented")
     586             :       END IF
     587             : 
     588             :       ! Lets do the f_A2 piece derivative of rji**(-beta)
     589         159 :       f_A2 = E*f2*(-beta)*drji**(-beta - 1)*a_ij*fac*(1.0_dp/drji)
     590         159 :       f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + f_A2*rji(1)
     591         159 :       f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + f_A2*rji(2)
     592         159 :       f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + f_A2*rji(3)
     593         159 :       f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) - f_A2*rji(1)
     594         159 :       f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) - f_A2*rji(2)
     595         159 :       f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) - f_A2*rji(3)
     596             : 
     597         159 :       IF (use_virial) THEN
     598             :          CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     599             :                        "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     600           0 :                        " not implemented")
     601             :       END IF
     602             : 
     603             :       ! Lets do the f_A3 piece derivative: of a_ij
     604         159 :       prefactor = E*f2*drji**(-beta)*fac
     605             :       CALL siep_a_ij_d(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, f_nonbond, &
     606             :                        prefactor, n_loc_size, full_loc_list, cell_v, &
     607         159 :                        cell, rcutsq, use_virial)
     608             : 
     609             :    END SUBROUTINE siepmann_forces_v3
     610             : 
     611             : ! **************************************************************************************************
     612             : !> \brief forces generated by the dipole term
     613             : !> \param siepmann ...
     614             : !> \param r_last_update_pbc ...
     615             : !> \param cell_v ...
     616             : !> \param cell ...
     617             : !> \param iparticle ...
     618             : !> \param jparticle ...
     619             : !> \param f_nonbond ...
     620             : !> \param use_virial ...
     621             : !> \param rcutsq ...
     622             : !> \param particle_set ...
     623             : !> \par History
     624             : !>       Using a local list of neighbors
     625             : ! **************************************************************************************************
     626         318 :    SUBROUTINE siepmann_forces_v2(siepmann, r_last_update_pbc, cell_v, cell, &
     627         318 :                                  iparticle, jparticle, f_nonbond, use_virial, rcutsq, particle_set)
     628             :       TYPE(siepmann_pot_type), POINTER                   :: siepmann
     629             :       TYPE(pos_type), DIMENSION(:), POINTER              :: r_last_update_pbc
     630             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v
     631             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     632             :       INTEGER, INTENT(IN)                                :: iparticle, jparticle
     633             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), INTENT(INOUT)      :: f_nonbond
     634             :       LOGICAL, INTENT(IN)                                :: use_virial
     635             :       REAL(KIND=dp), INTENT(IN)                          :: rcutsq
     636             :       TYPE(particle_type), DIMENSION(:), POINTER         :: particle_set
     637             : 
     638             :       CHARACTER(LEN=2)                                   :: element_symbol
     639             :       REAL(KIND=dp)                                      :: D, drji, f2, f2_d, f_A1, f_A2, fac, &
     640             :                                                             Phi_ij, prefactor, rji(3)
     641             : 
     642         318 :       D = siepmann%D
     643             : 
     644             :       CALL get_atomic_kind(atomic_kind=particle_set(iparticle)%atomic_kind, &
     645         318 :                            element_symbol=element_symbol)
     646         318 :       IF (element_symbol /= "O") RETURN
     647             : 
     648         636 :       rji(:) = -1.0_dp*(r_last_update_pbc(jparticle)%r(:) - r_last_update_pbc(iparticle)%r(:) + cell_v)
     649         636 :       drji = SQRT(DOT_PRODUCT(rji, rji))
     650             : 
     651         159 :       fac = -1.0_dp
     652             :       Phi_ij = siep_Phi_ij(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, &
     653         159 :                            cell_v, cell, rcutsq, particle_set)
     654         159 :       f2 = siep_f2(siepmann, drji)
     655         159 :       f2_d = siep_f2_d(siepmann, drji)
     656             : 
     657             :       ! Lets do the f_A1 piece derivative of  f2
     658         159 :       f_A1 = -D*f2_d*drji**(-3)*Phi_ij*fac*(1.0_dp/drji)
     659         159 :       f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + f_A1*rji(1)
     660         159 :       f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + f_A1*rji(2)
     661         159 :       f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + f_A1*rji(3)
     662         159 :       f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) - f_A1*rji(1)
     663         159 :       f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) - f_A1*rji(2)
     664         159 :       f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) - f_A1*rji(3)
     665             : 
     666         159 :       IF (use_virial) THEN
     667             :          CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     668             :                        "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     669           0 :                        " not implemented")
     670             :       END IF
     671             : 
     672             : !   ! Lets do the f_A2 piece derivative of rji**(-3)
     673         159 :       f_A2 = -D*f2*(-3.0_dp)*drji**(-4)*Phi_ij*fac*(1.0_dp/drji)
     674         159 :       f_nonbond(1, iparticle) = f_nonbond(1, iparticle) + f_A2*rji(1)
     675         159 :       f_nonbond(2, iparticle) = f_nonbond(2, iparticle) + f_A2*rji(2)
     676         159 :       f_nonbond(3, iparticle) = f_nonbond(3, iparticle) + f_A2*rji(3)
     677         159 :       f_nonbond(1, jparticle) = f_nonbond(1, jparticle) - f_A2*rji(1)
     678         159 :       f_nonbond(2, jparticle) = f_nonbond(2, jparticle) - f_A2*rji(2)
     679         159 :       f_nonbond(3, jparticle) = f_nonbond(3, jparticle) - f_A2*rji(3)
     680             : 
     681         159 :       IF (use_virial) THEN
     682             :          CALL cp_abort(__LOCATION__, &
     683             :                        "using virial with Siepmann-Sprik"// &
     684           0 :                        " not implemented")
     685             :       END IF
     686             : 
     687             :       ! Lets do the f_A3 piece derivative: of Phi_ij
     688         159 :       prefactor = -D*f2*drji**(-3)*fac
     689             :       CALL siep_Phi_ij_d(siepmann, r_last_update_pbc, iparticle, jparticle, f_nonbond, &
     690             :                          prefactor, cell_v, cell, &
     691         159 :                          rcutsq, use_virial, particle_set)
     692             : 
     693             :    END SUBROUTINE siepmann_forces_v2
     694             : 
     695             : ! **************************************************************************************************
     696             : !> \brief ...
     697             : !> \param nonbonded ...
     698             : !> \param potparm ...
     699             : !> \param glob_loc_list ...
     700             : !> \param glob_cell_v ...
     701             : !> \param glob_loc_list_a ...
     702             : !> \param cell ...
     703             : !> \par History
     704             : ! **************************************************************************************************
     705          42 :    SUBROUTINE setup_siepmann_arrays(nonbonded, potparm, glob_loc_list, glob_cell_v, &
     706             :                                     glob_loc_list_a, cell)
     707             :       TYPE(fist_neighbor_type), POINTER                  :: nonbonded
     708             :       TYPE(pair_potential_pp_type), POINTER              :: potparm
     709             :       INTEGER, DIMENSION(:, :), POINTER                  :: glob_loc_list
     710             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), POINTER            :: glob_cell_v
     711             :       INTEGER, DIMENSION(:), POINTER                     :: glob_loc_list_a
     712             :       TYPE(cell_type), POINTER                           :: cell
     713             : 
     714             :       CHARACTER(LEN=*), PARAMETER :: routineN = 'setup_siepmann_arrays'
     715             : 
     716             :       INTEGER                                            :: handle, i, iend, igrp, ikind, ilist, &
     717             :                                                             ipair, istart, jkind, nkinds, npairs, &
     718             :                                                             npairs_tot
     719          42 :       INTEGER, DIMENSION(:), POINTER                     :: work_list, work_list2
     720          42 :       INTEGER, DIMENSION(:, :), POINTER                  :: list
     721             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(3)                        :: cell_v, cvi
     722          42 :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), POINTER            :: rwork_list
     723             :       TYPE(neighbor_kind_pairs_type), POINTER            :: neighbor_kind_pair
     724             :       TYPE(pair_potential_single_type), POINTER          :: pot
     725             : 
     726           0 :       CPASSERT(.NOT. ASSOCIATED(glob_loc_list))
     727          42 :       CPASSERT(.NOT. ASSOCIATED(glob_loc_list_a))
     728          42 :       CPASSERT(.NOT. ASSOCIATED(glob_cell_v))
     729          42 :       CALL timeset(routineN, handle)
     730          42 :       npairs_tot = 0
     731          42 :       nkinds = SIZE(potparm%pot, 1)
     732        1176 :       DO ilist = 1, nonbonded%nlists
     733        1134 :          neighbor_kind_pair => nonbonded%neighbor_kind_pairs(ilist)
     734        1134 :          npairs = neighbor_kind_pair%npairs
     735        1134 :          IF (npairs == 0) CYCLE
     736        1836 :          Kind_Group_Loop1: DO igrp = 1, neighbor_kind_pair%ngrp_kind
     737        1416 :             istart = neighbor_kind_pair%grp_kind_start(igrp)
     738        1416 :             iend = neighbor_kind_pair%grp_kind_end(igrp)
     739        1416 :             ikind = neighbor_kind_pair%ij_kind(1, igrp)
     740        1416 :             jkind = neighbor_kind_pair%ij_kind(2, igrp)
     741        1416 :             pot => potparm%pot(ikind, jkind)%pot
     742        1416 :             npairs = iend - istart + 1
     743        1416 :             IF (pot%no_mb) CYCLE
     744        1794 :             DO i = 1, SIZE(pot%type)
     745        1746 :                IF (pot%type(i) == siepmann_type) npairs_tot = npairs_tot + npairs
     746             :             END DO
     747             :          END DO Kind_Group_Loop1
     748             :       END DO
     749         126 :       ALLOCATE (work_list(npairs_tot))
     750          84 :       ALLOCATE (work_list2(npairs_tot))
     751         126 :       ALLOCATE (glob_loc_list(2, npairs_tot))
     752         126 :       ALLOCATE (glob_cell_v(3, npairs_tot))
     753             :       ! Fill arrays with data
     754          42 :       npairs_tot = 0
     755        1176 :       DO ilist = 1, nonbonded%nlists
     756        1134 :          neighbor_kind_pair => nonbonded%neighbor_kind_pairs(ilist)
     757        1134 :          npairs = neighbor_kind_pair%npairs
     758        1134 :          IF (npairs == 0) CYCLE
     759        1836 :          Kind_Group_Loop2: DO igrp = 1, neighbor_kind_pair%ngrp_kind
     760        1416 :             istart = neighbor_kind_pair%grp_kind_start(igrp)
     761        1416 :             iend = neighbor_kind_pair%grp_kind_end(igrp)
     762        1416 :             ikind = neighbor_kind_pair%ij_kind(1, igrp)
     763        1416 :             jkind = neighbor_kind_pair%ij_kind(2, igrp)
     764        1416 :             list => neighbor_kind_pair%list
     765        5664 :             cvi = neighbor_kind_pair%cell_vector
     766        1416 :             pot => potparm%pot(ikind, jkind)%pot
     767        1416 :             npairs = iend - istart + 1
     768        1416 :             IF (pot%no_mb) CYCLE
     769        4290 :             cell_v = MATMUL(cell%hmat, cvi)
     770        1794 :             DO i = 1, SIZE(pot%type)
     771             :                ! SIEPMANN
     772        1746 :                IF (pot%type(i) == siepmann_type) THEN
     773       36786 :                   DO ipair = 1, npairs
     774      218736 :                      glob_loc_list(:, npairs_tot + ipair) = list(:, istart - 1 + ipair)
     775      146154 :                      glob_cell_v(1:3, npairs_tot + ipair) = cell_v(1:3)
     776             :                   END DO
     777         330 :                   npairs_tot = npairs_tot + npairs
     778             :                END IF
     779             :             END DO
     780             :          END DO Kind_Group_Loop2
     781             :       END DO
     782             :       ! Order the arrays w.r.t. the first index of glob_loc_list
     783          42 :       CALL sort(glob_loc_list(1, :), npairs_tot, work_list)
     784       36498 :       DO ipair = 1, npairs_tot
     785       36498 :          work_list2(ipair) = glob_loc_list(2, work_list(ipair))
     786             :       END DO
     787       72996 :       glob_loc_list(2, :) = work_list2
     788          42 :       DEALLOCATE (work_list2)
     789         126 :       ALLOCATE (rwork_list(3, npairs_tot))
     790       36498 :       DO ipair = 1, npairs_tot
     791      291690 :          rwork_list(:, ipair) = glob_cell_v(:, work_list(ipair))
     792             :       END DO
     793      291732 :       glob_cell_v = rwork_list
     794          42 :       DEALLOCATE (rwork_list)
     795          42 :       DEALLOCATE (work_list)
     796         126 :       ALLOCATE (glob_loc_list_a(npairs_tot))
     797       72996 :       glob_loc_list_a = glob_loc_list(1, :)
     798          42 :       CALL timestop(handle)
     799          84 :    END SUBROUTINE setup_siepmann_arrays
     800             : 
     801             : ! **************************************************************************************************
     802             : !> \brief ...
     803             : !> \param glob_loc_list ...
     804             : !> \param glob_cell_v ...
     805             : !> \param glob_loc_list_a ...
     806             : ! **************************************************************************************************
     807          42 :    SUBROUTINE destroy_siepmann_arrays(glob_loc_list, glob_cell_v, glob_loc_list_a)
     808             :       INTEGER, DIMENSION(:, :), POINTER                  :: glob_loc_list
     809             :       REAL(KIND=dp), DIMENSION(:, :), POINTER            :: glob_cell_v
     810             :       INTEGER, DIMENSION(:), POINTER                     :: glob_loc_list_a
     811             : 
     812          42 :       IF (ASSOCIATED(glob_loc_list)) THEN
     813          42 :          DEALLOCATE (glob_loc_list)
     814             :       END IF
     815          42 :       IF (ASSOCIATED(glob_loc_list_a)) THEN
     816          42 :          DEALLOCATE (glob_loc_list_a)
     817             :       END IF
     818          42 :       IF (ASSOCIATED(glob_cell_v)) THEN
     819          42 :          DEALLOCATE (glob_cell_v)
     820             :       END IF
     821             : 
     822          42 :    END SUBROUTINE destroy_siepmann_arrays
     823             : 
     824             : ! **************************************************************************************************
     825             : !> \brief prints the number of OH- ions or H3O+ ions near surface
     826             : !> \param nr_ions number of ions
     827             : !> \param mm_section ...
     828             : !> \param para_env ...
     829             : !> \param print_oh flag indicating if number OH- is printed
     830             : !> \param print_h3o flag indicating if number H3O+ is printed
     831             : !> \param print_o flag indicating if number O^(2-) is printed
     832             : ! **************************************************************************************************
     833          63 :    SUBROUTINE print_nr_ions_siepmann(nr_ions, mm_section, para_env, print_oh, &
     834             :                                      print_h3o, print_o)
     835             :       INTEGER, INTENT(INOUT)                             :: nr_ions
     836             :       TYPE(section_vals_type), POINTER                   :: mm_section
     837             :       TYPE(mp_para_env_type), OPTIONAL, POINTER          :: para_env
     838             :       LOGICAL, INTENT(IN)                                :: print_oh, print_h3o, print_o
     839             : 
     840             :       INTEGER                                            :: iw
     841             :       TYPE(cp_logger_type), POINTER                      :: logger
     842             : 
     843          63 :       NULLIFY (logger)
     844             : 
     845          63 :       CALL para_env%sum(nr_ions)
     846          63 :       logger => cp_get_default_logger()
     847             : 
     848             :       iw = cp_print_key_unit_nr(logger, mm_section, "PRINT%PROGRAM_RUN_INFO", &
     849          63 :                                 extension=".mmLog")
     850             : 
     851          63 :       IF (iw > 0 .AND. nr_ions > 0 .AND. print_oh) THEN
     852           6 :          WRITE (iw, '(/,A,T71,I10,/)') " SIEPMANN: number of OH- ions at surface", nr_ions
     853             :       END IF
     854          63 :       IF (iw > 0 .AND. nr_ions > 0 .AND. print_h3o) THEN
     855           6 :          WRITE (iw, '(/,A,T71,I10,/)') " SIEPMANN: number of H3O+ ions at surface", nr_ions
     856             :       END IF
     857          63 :       IF (iw > 0 .AND. nr_ions > 0 .AND. print_o) THEN
     858           3 :          WRITE (iw, '(/,A,T71,I10,/)') " SIEPMANN: number of O^2- ions at surface", nr_ions
     859             :       END IF
     860             : 
     861          63 :       CALL cp_print_key_finished_output(iw, logger, mm_section, "PRINT%PROGRAM_RUN_INFO")
     862             : 
     863          63 :    END SUBROUTINE print_nr_ions_siepmann
     864             : 
     865             : END MODULE manybody_siepmann
     866             : 

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