md-vib-spectra-simulation

name	md-vib-spectra-simulation
description	Compute vibrational spectra from MD trajectory — power spectrum (velocity autocorrelation) or IR (dipole autocorrelation) via MLatom.

MD Vibrational Spectra Simulation Skill

When to use this

Use this skill when the user has an MD trajectory and wants:

• Power spectrum — velocity autocorrelation（仅需速度）
• IR spectrum — dipole moment autocorrelation（需偶极矩，见 MLatom 文档）

Inputs

• h5md file — coords + velocities（IR 时需含 dipole，如 AIQM1/MNDO 轨迹）
• xyz + vxyz — coordinates and velocities（IR 时另需 --dp 偶极档）
• SMILES or xyz — 可 --run-md 先跑 GFN2-xTB MD

Outputs

• /tmp/chemclaw/power_spectrum.png — power spectrum（--spectrum ps）
• /tmp/chemclaw/ir_spectrum.png — IR spectrum（--spectrum ir，需轨迹含 dipole）

Theory

• Power spectrum: 速度自相关的傅立叶变换
• IR spectrum: 偶极矩自相关的傅立叶变换（需 dipole moments）

New environment (from zero)

conda create -n spec python=3.12 -y
conda activate spec
conda install -c conda-forge xtb -y
cd md-vib-spectra-simulation
pip install -r requirements.txt

python power_spectrum_simulation.py CCO --run-md --spectrum ps --time 20 --temp 300 --md-dt 0.5 --autocorr 8 --zeropad 16

• 仅处理已有轨迹档（h5md / xyz+vxyz）时，可不装 xtb；requirements.txt 已涵盖主要依赖。
• macOS 上 --run-md 与 IR/Raman 相同，需系统可用的 xtb（conda-forge）。

How to use

1. From h5md trajectory

cd md-vib-spectra-simulation
python power_spectrum_simulation.py ethanol_traj.h5 --dt 0.5

2. From xyz + vxyz

cd md-vib-spectra-simulation
python power_spectrum_simulation.py assets/ethanol_traj.xyz --vxyz assets/ethanol_traj.vxyz --dt 0.5

3. IR spectrum（需轨迹含 dipole）

cd md-vib-spectra-simulation
# h5md 来自 AIQM1/MNDO 等有 dipole 的方法
python power_spectrum_simulation.py ethanol_traj.h5 --spectrum ir

# xyz + vxyz + dp（每行 dx dy dz）
python power_spectrum_simulation.py traj.xyz --vxyz traj.vxyz --dp traj.dp --spectrum ir

# 同时输出 power spectrum 与 IR
python power_spectrum_simulation.py ethanol_traj.h5 --spectrum both

4. Run MD first (SMILES or xyz)

cd md-vib-spectra-simulation
# GFN2-xTB（可直接算 power spectrum）
python power_spectrum_simulation.py CCO --run-md --time 1000 --temp 300 --md-dt 0.5

# GFN2-xTB（有 dipole，可算 IR + power spectrum）
python power_spectrum_simulation.py CCO --run-md --spectrum both --time 500

5. Optional parameters

cd md-vib-spectra-simulation
python power_spectrum_simulation.py traj.h5 \
  --dt 0.5 \
  --autocorr 1024 \
  --zeropad 1024 \
  --lb 0 --ub 10000 \
  --output /tmp/chemclaw/power_spectrum.png

Note: --autocorr must be ≤ trajectory length (in fs). For short trajectories (e.g. 60 fs), use --autocorr 32 --zeropad 64.

Dependencies (requirements.txt)

• mlatom>=3.0
• numpy
• matplotlib
• h5py
• pyh5md (for h5md format)
• rdkit (for --run-md with SMILES)

Notes

• Power spectrum: 仅需速度。
• IR spectrum: 需 dipole moments。AIQM1+MNDO、Gaussian、GFN2-xTB MD 等有 dipole。
• --run-md: 目前固定使用 GFN2-xTB。