[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 카고메 금속(AV3Sb5) 거대 이상 홀 효과(AHE) 키랄 자속 루프 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.Kagome
{
    /// 

    /// AV3Sb5 카고메 홀 바 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct KagomeHallSensorData(
        float MeasuredHallResistanceOhm, // 계측된 횡방향 홀 저항 R_xy (Ohm)
        float AppliedPulseCurrentMa,     // 훈련 펄스 전류 (mA)
        float SampleTempKelvin,          // 극저온 헬륨 온도 (K, 4.2K ~ 100K)
        float XmcdDichroismAsymmetry,    // 방사광 X선 자성 원편광 비대칭비
        float ExternalFieldTesla         // 인가 미세 바이어스 자계 (T)
    );

    /// 

    /// 키랄 자속 루프 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct KagomeChiralServoResult(
        float PulseTrimCurrentMa,        // 보정 펄스 전류 (mA)
        float BerryCurvatureDensity,     // 추정 베리 곡률 밀도 적분치
        int ChiralState,                 // 키랄 루프 방향 (+1: 시계, -1: 반시계)
        bool IsChiralOrderLocked         // 단일 키랄 자속 오더 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 카고메 금속 키랄 자속 루프 서보 컨트롤러
    /// 
    public ref struct KagomeChiralFluxServo
    {
        private const float TargetAheSaturationOhm = 1.25f; // 포화 이상 홀 저항 1.25 Ohm
        private float _integratedHallError;
        private float _prevHallResistance;

        public KagomeChiralFluxServo(float initialResistance)
        {
            _integratedHallError = 0.0f;
            _prevHallResistance = initialResistance;
        }

        /// 

        /// 100kHz 고속 루프: 이상 홀 저항 기반 키랄 궤도 전류 상태 판정 및 펄스 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public KagomeChiralServoResult UpdateServo(in KagomeHallSensorData data, int desiredChirality, float dt)
        {
            float targetRxy = (desiredChirality >= 0) ? TargetAheSaturationOhm : -TargetAheSaturationOhm;
            float error = targetRxy - data.MeasuredHallResistanceOhm;

            _integratedHallError += error * dt;
            float dRxy = (data.MeasuredHallResistanceOhm - _prevHallResistance) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevHallResistance = data.MeasuredHallResistanceOhm;

            // 펄스 전류 PID 제어기 (Kp = 0.5, Ki = 0.08, Kd = 0.01)
            float iPulse = (0.5f * error + 0.08f * _integratedHallError - 0.01f * dRxy * 1e-6f);
            iPulse = Math.Clamp(iPulse, -5.0f, 5.0f); // 최대 ±5mA 클램핑

            // 현재 키랄 상태 판정
            int currentState = (data.MeasuredHallResistanceOhm > 0.3f) ? 1 : ((data.MeasuredHallResistanceOhm < -0.3f) ? -1 : 0);

            // 베리 곡률 상대 밀도 추정
            float berryIntegral = data.MeasuredHallResistanceOhm * 850.0f;

            bool isLocked = (currentState == desiredChirality) && (MathF.Abs(error) < 0.15f);

            return new KagomeChiralServoResult(
                iPulse,
                berryIntegral,
                currentState,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 브릴루앙 영역 파수 격자에 대한 SIMD 베리 곡률 일괄 합산 커널
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchEvaluateBerryCurvatureSIMD(
            ReadOnlySpan kxGrid,
            ReadOnlySpan kyGrid,
            float fluxPhase,
            Span outOmegaZ)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            float sinPhi = MathF.Sin(fluxPhase);
            var sinPhiVec = Vector256.Create(sinPhi);

            for (; i <= kxGrid.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var xVec = Vector256.LoadUnsafe(in kxGrid[i]);
                var yVec = Vector256.LoadUnsafe(in kyGrid[i]);

                // 간이 카고메 베리 곡률 모델: Omega_z ~ sin(flux) * (cos(kx) - cos(ky))
                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float kx = kxGrid[i + k];
                    float ky = kyGrid[i + k];
                    outOmegaZ[i + k] = sinPhi * (MathF.Cos(kx) - MathF.Cos(ky));
                }
            }

            for (; i < kxGrid.Length; i++)
            {
                outOmegaZ[i] = sinPhi * (MathF.Cos(kxGrid[i]) - MathF.Cos(kyGrid[i]));
            }
        }
    }
}