AIDT 온디바이스 STEM 전자 에너지 손실 분광(EELS) 플라즈몬 및 ELNES 구조 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Eels
{
    public readonly ref struct EelsSpectrumState
    {
        public readonly double ZlpShiftEv;           // 제로 손실 피크(ZLP) 드리프트 오프셋 (eV)
        public readonly double PlasmonEnergyEv;      // 체적 플라즈몬 피크 에너지 (eV)
        public readonly double SampleThicknessInelastic;// 비탄성 평균 자유 행로 대비 두께 (t/lambda)
        public readonly double L3L2WhiteLineRatio;   // L3/L2 피크 적분비
        public readonly double OxidationState;       // 전이금속 유효 산화수
        public readonly double EnergyResolutionEv;   // 분광 에너지 분해능 (eV)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public EelsSpectrumState(double zlp, double plasmon, double tLambda, double lRatio, double ox, double res)
        {
            ZlpShiftEv = zlp;
            PlasmonEnergyEv = plasmon;
            SampleThicknessInelastic = tLambda;
            L3L2WhiteLineRatio = lRatio;
            OxidationState = ox;
            EnergyResolutionEv = res;
        }
    }

    public ref struct EelsSpectroscopyEngine
    {
        private const double RestMassEv = 510998.95;

        private readonly double _beamVoltageKv;      // 가속 전압 (kV, 예: 200 kV)
        private double _dispersionEvPerChannel;      // 채널당 에너지 분산도 (eV/ch)
        private double _prismOffsetVoltageV;         // 프리즘 정전 편향 오프셋 (V)

        public EelsSpectroscopyEngine(double beamKv = 200.0, double dispEv = 0.05)
        {
            _beamVoltageKv = beamKv;
            _dispersionEvPerChannel = dispEv;
            _prismOffsetVoltageV = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public EelsSpectrumState StepServo(double measuredZlpOffsetCh, double totalIntensity, double zlpIntensity, double l3Counts, double l2Counts, double dtSec)
        {
            // 1. ZLP 드리프트 보정 (프리즘 편향 전압 피드백)
            double zlpShiftEv = measuredZlpOffsetCh * _dispersionEvPerChannel;
            _prismOffsetVoltageV -= zlpShiftEv * 1.5;

            // 2. 포아송 통계 두께 공식 t/lambda = ln(I_total / I_ZLP)
            double safeZlp = Math.Clamp(zlpIntensity, 1.0, totalIntensity);
            double tLambda = Math.Log(Math.Max(totalIntensity / safeZlp, 1.0));

            // 3. 알루미늄/실리콘 체적 플라즈몬 피크 위치 모사
            double plasmonEnergy = 16.7 - (tLambda * 0.2); // 두께 다중 산란에 따른 근사

            // 4. 전이금속(Mn/Fe/Co) L3/L2 피크비 및 산화수 역산
            double safeL2 = Math.Max(l2Counts, 1.0);
            double l3l2Ratio = Math.Clamp(l3Counts / safeL2, 0.5, 6.0);

            // Pearson/Garvie 경험 모델 기반 유효 산화수 매핑 (예: Mn2+ ~ 4.5, Mn3+ ~ 3.0, Mn4+ ~ 2.0)
            double oxidationState = Math.Clamp(6.5 - (l3l2Ratio * 0.9), 2.0, 4.0);

            return new EelsSpectrumState(
                zlp: zlpShiftEv,
                plasmon: plasmonEnergy,
                tLambda: tLambda,
                lRatio: l3l2Ratio,
                ox: oxidationState,
                res: 0.15 // 150 meV 에너지 분해능
            );
        }
    }
}