[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 교대자성체(Altermagnet MnTe) 거대 스핀 분할 이방성 자기저항 서보 v1.0

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.Altermagnet
{
    /// 

    /// MnTe 교대자성 단결정 계측 텔레메트리
    /// 
    public readonly record struct AltermagnetMnTeData(
        float MeasuredAmrRatioPercent,   // 계측된 AMR 저항 변화율 (%)
        float NeelVectorAngleDeg,        // XMLD 방사광 측정 네엘 벡터 각도 (도)
        float ProbeCurrentDensityAcm2,   // 인가된 측정 전류 밀도 (A/cm^2)
        float TransverseHallVoltageMicroV,// 횡방향 전압 (uV)
        float CryoTempKelvin             // 헬륨 냉각 온도 (K)
    );

    /// 

    /// 교대자성 네엘 벡터 서보 명령 출력
    /// 
    public readonly record struct AltermagnetServoCommand(
        float PulseTrimCurrentDensity,   // 도메인 정렬 펄스 전류 밀도 (A/cm^2)
        float ExtractedSpinSplittingMev, // 추출된 유효 스핀 분할 에너지 (meV)
        int NeelDomainState,             // 네엘 상태 (+1: 0도 배향, -1: 90도 배향)
        bool IsNeelVectorLocked          // 교대자성 단일 네엘 도메인 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 MnTe 교대자성체 스핀 분할 AMR 능동 서보
    /// 
    public ref struct AltermagnetMnTeAmrServo
    {
        public const float MaxTheoreticalAmrPct = 18.5f; // 최대 AMR 비율 18.5%
        private const float DegToRad = MathF.PI / 180.0f;
        private float _integratedAmrError;
        private float _prevAmr;

        public AltermagnetMnTeAmrServo(float initialAmr)
        {
            _integratedAmrError = 0.0f;
            _prevAmr = initialAmr;
        }

        /// 

        /// 10kHz 고속 루프: AMR 이방성 추적 및 네엘 벡터 피에조/전류 펄스 정렬 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AltermagnetServoCommand UpdateServo(in AltermagnetMnTeData data, int desiredState, float dt)
        {
            // 1. 이론적 AMR 오차 연산 (0도 배향 시 최대, 90도 배향 시 최소)
            float targetAmr = (desiredState >= 0) ? MaxTheoreticalAmrPct : -MaxTheoreticalAmrPct;
            float error = targetAmr - data.MeasuredAmrRatioPercent;

            _integratedAmrError += error * dt;
            float dAmr = (data.MeasuredAmrRatioPercent - _prevAmr) / Math.Max(1e-6f, dt);
            _prevAmr = data.MeasuredAmrRatioPercent;

            // 2. 도메인 정렬 펄스 전류 연산 (Kp = 1500.0, Ki = 200.0)
            float jPulse = (1500.0f * error + 200.0f * _integratedAmrError);
            jPulse = Math.Clamp(jPulse, -1e6f, 1e6f);

            // 3. g-wave 스핀 분할 에너지 산출: delta_E ~ 850 * cos(2 * phi) meV
            float phiRad = data.NeelVectorAngleDeg * DegToRad;
            float extractedSplittingMev = 850.0f * MathF.Cos(2.0f * phiRad);

            int currentState = (data.MeasuredAmrRatioPercent > 5.0f) ? 1 : ((data.MeasuredAmrRatioPercent < -5.0f) ? -1 : 0);
            bool isLocked = (currentState == desiredState) && (MathF.Abs(error) < 2.0f);

            return new AltermagnetServoCommand(
                jPulse,
                extractedSplittingMev,
                currentState,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 브릴루앙 영역 파수 격자에 대한 SIMD g-wave 스핀 분할 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeAltermagneticDispersionSIMD(
            ReadOnlySpan kxArray,
            ReadOnlySpan kyArray,
            float kz,
            Span outSplittingsMev)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var kzVec = Vector256.Create(kz);

            for (; i <= kxArray.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float kx = kxArray[i + k];
                    float ky = kyArray[i + k];
                    // g-wave 모형: kz * (kx^2 - 3*ky^2) * (3*kx^2 - ky^2)
                    float term1 = kx * kx - 3.0f * ky * ky;
                    float term2 = 3.0f * kx * kx - ky * ky;
                    outSplittingsMev[i + k] = 850.0f * kz * term1 * term2;
                }
            }

            for (; i < kxArray.Length; i++)
            {
                float kx = kxArray[i];
                float ky = kyArray[i];
                float t1 = kx * kx - 3.0f * ky * ky;
                float t2 = 3.0f * kx * kx - ky * ky;
                outSplittingsMev[i] = 850.0f * kz * t1 * t2;
            }
        }
    }
}