[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 위상 곤도 절연체(TKI) 육붕화사마륨(SmB6) 표면 디랙 상태 양자 진동 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.SmB6
{
    /// 

    /// SmB6 극저온 자기 토크 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct SmB6TorqueSensorData(
        float MagneticFieldTesla,     // 인가 자기장 B (T, 2T ~ 14T)
        float CantileverTiltAngleDeg, // 캔틸레버 경사각 theta (도)
        float MeasuredTorqueNanonm,   // 계측된 미세 자기 토크 (nN·m)
        float CryoTempKelvin,         // 시편 온도 (K, 0.3K ~ 4.2K)
        float SurfaceConductanceOhm   // 4단자 표면 저항 (Ohm)
    );

    /// 

    /// TKI 서보 분석 및 피에조 각도 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct SmB6ServoResult(
        float PiezoRotationVoltageV,  // 피에조 로테이터 구동 전압 (V)
        float ExtractedFrequencyTesla,// 추출된 온사거 진동 주파수 F (T)
        float EstimatedBerryPhaseRad, // 추정된 위상 베리 위상 (rad)
        bool IsTopologicalSurfaceConfirmed // 2D 디랙 표면 상태 확인 여부
    );

    /// 

    /// 육붕화사마륨 위상 곤도 절연체 표면 양자 진동 서보
    /// 
    public ref struct SmB6TopologicalKondoServo
    {
        private const float Pi = 3.14159265359f;
        private const float ExpectedBaseFreqTesla = 330.0f; // SmB6 감마 포켓 330T 가정
        private float _prevTorque;

        public SmB6TopologicalKondoServo(float initialTorque)
        {
            _prevTorque = initialTorque;
        }

        /// 

        /// 100kHz 고속 루프: dHvA 진동 주파수 추적 및 캔틸레버 각도 안정화
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SmB6ServoResult UpdateServo(in SmB6TorqueSensorData data, float dt)
        {
            // 1. 각도 라디안 변환 및 2D 1/cos(theta) 주파수 예측
            float rad = data.CantileverTiltAngleDeg * (Pi / 180.0f);
            float cosTheta = Math.Max(0.1f, MathF.Cos(rad));
            float expectedFreq = ExpectedBaseFreqTesla / cosTheta;

            // 2. 토크 미분 진동 성분 분리
            float dTorque = (data.MeasuredTorqueNanonm - _prevTorque) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevTorque = data.MeasuredTorqueNanonm;

            // 3. 베리 위상 간이 위상 분석 (2D 디랙 전자 -> Berry Phase = PI)
            // 저온 4K 이하 표면 포화 저항(10~100 Ohm)과 결합 판정
            float berryPhase = Pi; // 기본적으로 위상 표면 상태는 PI 추정
            if (data.SurfaceConductanceOhm > 200.0f || data.CryoTempKelvin > 4.0f)
            {
                berryPhase = 0.0f; // 벌크 절연 미완료 시 자명한(trivial) 위상
            }

            // 4. 캔틸레버 회전 스테이지 피에조 안정화 전압 (목표 각도 유지)
            float angleError = data.CantileverTiltAngleDeg - 15.0f; // 15도 기준각 유지
            float vRot = -5.0f * angleError;
            vRot = Math.Clamp(vRot, -100.0f, 100.0f);

            bool isConfirmed = (MathF.Abs(berryPhase - Pi) < 0.2f) && 
                               (data.SurfaceConductanceOhm < 50.0f) && 
                               (data.MagneticFieldTesla >= 5.0f);

            return new SmB6ServoResult(
                vRot,
                expectedFreq,
                berryPhase,
                isConfirmed
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 자기장 스캔 배열에 대한 SIMD 역자계(1/B) 일괄 격자 변환 커널
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeInverseFieldSIMD(
            ReadOnlySpan bFields,
            Span outInvB)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var oneVec = Vector256.Create(1.0f);

            for (; i <= bFields.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var bVec = Vector256.LoadUnsafe(in bFields[i]);
                var invVec = Vector256.Divide(oneVec, bVec);
                invVec.StoreUnsafe(ref outInvB[i]);
            }

            for (; i < bFields.Length; i++)
            {
                outInvB[i] = 1.0f / bFields[i];
            }
        }
    }
}