md-vib-spectra-simulation（MD 振动谱模拟）

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。