AIDT 온디바이스 STEM 다이아몬드 NV 센터 ODMR 나노온도계 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.NvThermometry
{
    public readonly ref struct NvTemperatureState
    {
        public readonly double TemperatureKelvin;    // 절대 온도 T (K)
        public readonly double DeltaTempMilliK;      // 온도 변화 Delta T (mK)
        public readonly double ZfsFrequencyGhz;      // ZFS 공명 주파수 D(T) (GHz)
        public readonly double LocalMagneticFieldGauss;// 배경 자기장 Bz (Gauss)
        public readonly double OdmrContrastPercent;  // ODMR 콘트라스트 (%)
        public readonly double ThermalSensitivity;   // 열 민감도 eta (mK / sqrt(Hz))

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public NvTemperatureState(double tempK, double dTmK, double zfsGhz, double bGauss, double contrast, double sens)
        {
            TemperatureKelvin = tempK;
            DeltaTempMilliK = dTmK;
            ZfsFrequencyGhz = zfsGhz;
            LocalMagneticFieldGauss = bGauss;
            OdmrContrastPercent = contrast;
            ThermalSensitivity = sens;
        }
    }

    public ref struct NvThermometryEngine
    {
        private const double D0Ghz = 2.870600;       // 상온 295 K 기준 D0 (GHz)
        private const double DdDtKhzPerK = -74.2;    // dD/dT = -74.2 kHz/K
        private const double GammaElectronMhzPerG = 2.802495; // 2.8 MHz/Gauss
        private const double ReferenceTempK = 295.15;

        private double _currentZfsGhz;               // 현재 추정 ZFS (GHz)
        private double _currentSplitMhz;             // 제만 분열 폭 (MHz)

        public NvThermometryEngine()
        {
            _currentZfsGhz = D0Ghz;
            _currentSplitMhz = 14.0; // ~5 Gauss 배경 자기장
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public NvTemperatureState StepServo(double flMinusLeft, double flMinusRight, double flPlusLeft, double flPlusRight, double dtSec)
        {
            // 1. 4개 포인트 형광 오차로부터 좌우 공명 중심 편차 계산
            double errMinus = flMinusLeft - flMinusRight;
            double errPlus = flPlusLeft - flPlusRight;

            // 2. 주파수 중심 보정 (GHz)
            double deltaZfsMhz = (errPlus + errMinus) * 0.85; // 공통 모드 (온도 변화)
            double deltaSplitMhz = (errPlus - errMinus) * 0.85; // 차동 모드 (자기장 변화)

            _currentZfsGhz += deltaZfsMhz * 1e-3 * 0.05;
            _currentSplitMhz += deltaSplitMhz * 0.05;

            // 3. 온도 변화 역산 Delta T = (D - D0) / (dD/dT)
            double zfsDiffKhz = (_currentZfsGhz - D0Ghz) * 1e6;
            double deltaTKelvin = zfsDiffKhz / DdDtKhzPerK;
            double currentTempK = ReferenceTempK + deltaTKelvin;

            // 4. 배경 제만 자기장 역산
            double bGauss = _currentSplitMhz / (2.0 * GammaElectronMhzPerG);

            // 5. 민감도 지표 (약 5 mK / sqrt(Hz))
            double sensitivity = 4.8;

            return new NvTemperatureState(
                tempK: currentTempK,
                dTmK: deltaTKelvin * 1000.0,
                zfsGhz: _currentZfsGhz,
                bGauss: bGauss,
                contrast: 8.5,
                sens: sensitivity
            );
        }
    }
}