[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 카고메 극성 금속(Kagome Polar Metal) 자발적 반전 대칭성 파괴 궤도 토크 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.KagomePolar
{
    /// 

    /// 카고메 극성 금속 광학 SHG 및 궤도 토크 센서 데이터
    /// 
    public readonly record struct KagomePolarSensorData(
        float ShgIntensityNormalized,   // 제2고조파 발생 정규화 강도 (반전 대칭성 파괴 지표)
        float StFmrLinewidthMhz,        // ST-FMR 공명 흡수 선폭 (MHz)
        float AppliedCurrentDensityAcm2,// 인가 펄스 전류밀도 (A/cm^2)
        float RashbaParameterEvA,       // 추정 라슈바 파라미터 alpha_R (eV·Å)
        float SampleTempKelvin          // 헬륨 냉각 온도 (K)
    );

    /// 

    /// 궤도 토크 자화 반전 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct KagomePolarServoResult(
        float GatePolarTrimVoltageV,    // 극성 변위 조절 게이트 전압 (V)
        float OrbitalTorqueEfficiency,  // 궤도 토크 전하-토크 변환 효율 theta_OT
        float MagnetizationAngleDeg,    // 자화 세차각 (도)
        bool IsDeterministicSwitched    // 궤도 토크 결정론적 스위칭 달성 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 카고메 극성 금속 궤도 토크 능동 서보
    /// 
    public ref struct KagomePolarMetalServo
    {
        private const float TargetShgIntensity = 1.0f; // 완전 극성 배향 상태
        private float _integratedShgError;
        private float _prevLinewidth;

        public KagomePolarMetalServo(float initialShg)
        {
            _integratedShgError = 0.0f;
            _prevLinewidth = 0.0f;
        }

        /// 

        /// 100kHz 고속 루프: SHG 비대칭 오차 기반 게이트 전압 및 궤도 토크 효율 극대화
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public KagomePolarServoResult UpdateServo(in KagomePolarSensorData data, float dt)
        {
            // 1. 반전 대칭성 파괴 SHG 오차 산출
            float shgError = TargetShgIntensity - data.ShgIntensityNormalized;
            _integratedShgError += shgError * dt;
            float dLinewidth = (data.StFmrLinewidthMhz - _prevLinewidth) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevLinewidth = data.StFmrLinewidthMhz;

            // 2. 극성 게이트 전압 제어 (Kp = 4.5, Ki = 0.8)
            float vGate = (4.5f * shgError + 0.8f * _integratedShgError);
            vGate = Math.Clamp(vGate, -10.0f, 10.0f);

            // 3. 궤도 토크 효율 theta_OT 계산 (기본 스핀홀각 0.15 대비 궤도 전류 증폭)
            // theta_OT = 0.15 + (alpha_R * 0.45)
            float thetaOt = 0.15f + (data.RashbaParameterEvA * 0.45f);

            // 자화 세차각 추정
            float magAngle = Math.Clamp(data.AppliedCurrentDensityAcm2 * thetaOt * 0.0001f, 0.0f, 90.0f);

            bool isSwitched = (data.ShgIntensityNormalized > 0.9f) && (thetaOt > 0.45f) && (magAngle > 80.0f);

            return new KagomePolarServoResult(
                vGate,
                thetaOt,
                magAngle,
                isSwitched
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 파수 공간 배열에 대한 SIMD 라슈바 스핀 분할 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeRashbaSplittingSIMD(
            ReadOnlySpan kMagnitudes,
            float alphaR,
            Span outSplittingsEv)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            float factor = 2.0f * alphaR;
            var factorVec = Vector256.Create(factor);

            for (; i <= kMagnitudes.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var kVec = Vector256.LoadUnsafe(in kMagnitudes[i]);
                var splitVec = Vector256.Multiply(kVec, factorVec);
                splitVec.StoreUnsafe(ref outSplittingsEv[i]);
            }

            for (; i < kMagnitudes.Length; i++)
            {
                outSplittingsEv[i] = factor * kMagnitudes[i];
            }
        }
    }
}