[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 철계(FeSe) 전자 네마틱 초전도체 탄성저항(Elastoresistance) 텐서 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.FeSe
{
    /// 

    /// FeSe 단결정 탄성저항 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct FeSeElastoresistanceData(
        float SampleTempKelvin,       // 시편 온도 (K, 4.2K ~ 150K)
        float AppliedShearStrainEps,  // 인가된 전단 변형률 epsilon_xy
        float DeltaRNormalized,       // 정규화된 비저항 이방성 변화 (Delta R / R0)
        float PiezoTrimVoltageV,      // 탈쌍정 피에조 인가 전압 (V)
        float BraggPeakSplittingArcSec// 방사광 X선 (220) 브래그 피크 분할 각도 (arcsec)
    );

    /// 

    /// 탄성저항 서보 출력 및 네마틱 특성치
    /// 
    public readonly record struct FeSeNematicServoResult(
        float CalculatedM66Coefficient, // 계산된 탄성저항 계수 m_66
        float CurieWeissFitError,       // 퀴리-바이스 적합 잔차 오차
        float DetwinningBiasVoltageV,   // 단일 도메인 유지를 위한 직류 바이어스 전압 (V)
        bool IsFullyDetwinned           // 완전 탈쌍정 단일 네마틱 도메인 달성 여부
    );

    /// 

    /// FeSe 전자 네마틱 초전도체 탄성저항 서보 컨트롤러
    /// 
    public ref struct FeSeElastoresistanceServo
    {
        private const float TargetTStar = 85.0f; // T* = 85K 가정
        private const float CurieConstant = 1200.0f;
        private float _integratedDetwinError;

        public FeSeElastoresistanceServo(float initialError)
        {
            _integratedDetwinError = initialError;
        }

        /// 

        /// 10kHz 고속 루프: m_66 텐서 추출 및 방사광 X선 피크 분할 기반 탈쌍정 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public FeSeNematicServoResult UpdateServo(in FeSeElastoresistanceData data, float dt)
        {
            // 1. 탄성저항 계수 m_66 계산: m_66 = (Delta R / R0) / (2 * eps_xy)
            float safeEps = MathF.Abs(data.AppliedShearStrainEps) < 1e-6f ? 1e-6f : data.AppliedShearStrainEps;
            float m66 = data.DeltaRNormalized / (2.0f * safeEps);

            // 2. 이론적 퀴리-바이스 값과의 잔차 검사
            float tDiff = Math.Max(1.0f, data.SampleTempKelvin - TargetTStar);
            float theoreticalM66 = (CurieConstant / tDiff) + 15.0f;
            float curieError = MathF.Abs(m66 - theoreticalM66);

            // 3. 탈쌍정(Detwinning) 서보: 브래그 피크 분할이 완전 분리되도록 피에조 바이어스 조정
            // 목표 피크 분할: 35 arcsec
            float splitError = 35.0f - data.BraggPeakSplittingArcSec;
            _integratedDetwinError += splitError * dt;

            // PID 전압 출력 (Kp = 2.0, Ki = 0.5)
            float biasV = data.PiezoTrimVoltageV + (2.0f * splitError + 0.5f * _integratedDetwinError);
            biasV = Math.Clamp(biasV, -100.0f, 100.0f);

            bool isDetwinned = data.BraggPeakSplittingArcSec >= 32.0f && curieError < 50.0f;

            return new FeSeNematicServoResult(
                m66,
                curieError,
                biasV,
                isDetwinned
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 온도 스캔 배열에 대한 SIMD 퀴리-바이스 역자화율 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeInverseSusceptibilitySIMD(
            ReadOnlySpan temperatures,
            ReadOnlySpan m66Values,
            Span outInverseChi)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var oneVec = Vector256.Create(1.0f);
            var m0Vec = Vector256.Create(15.0f);

            for (; i <= temperatures.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var mVec = Vector256.LoadUnsafe(in m66Values[i]);
                var netM = Vector256.Subtract(mVec, m0Vec);
                var invChi = Vector256.Divide(oneVec, netM);
                invChi.StoreUnsafe(ref outInverseChi[i]);
            }

            for (; i < temperatures.Length; i++)
            {
                float net = m66Values[i] - 15.0f;
                outInverseChi[i] = 1.0f / (MathF.Abs(net) < 1e-4f ? 1e-4f : net);
            }
        }
    }
}