[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 다강체(Multiferroic) BiFeO3 사이클로이드 스핀 스파이럴 피에조 자전 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.BiFeO3
{
    /// 

    /// BiFeO3 방사광 XRMS 및 피에조 응력 계측 파라미터
    /// 
    public readonly record struct BiFeO3SensorData(
        float SatellitePeakIntensityCps, // (0.5+delta, 0.5, 0.5) 사이클로이드 피크 강도
        float AppliedStressMpa,          // 인가 단축 응력 sigma (MPa)
        float SpontaneousPolarizationUCM2,// 측정 자발 분극 (uC/cm^2)
        float NetMagnetizationEmu,       // 추출된 거시 자화 모멘트 (emu/cc)
        float CryoTempKelvin             // 헬륨 냉각 온도 (K, 4.2K ~ 300K)
    );

    /// 

    /// 다강체 피에조 자전 서보 출력 명령
    /// 
    public readonly record struct BiFeO3ServoCommand(
        float PiezoStressVoltageV,       // 피에조 스택 제어 전압 (V)
        float CycloidSuppressionRatio,   // 사이클로이드 억제율 [0.0 ~ 1.0]
        float MagnetoelectricCouplingAlpha,// 산출된 자전 결합 계수 alpha (ps/m)
        bool IsWeakFerromagnetismLocked  // 약자성 단일 도메인 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 BiFeO3 다강체 사이클로이드 피에조 서보
    /// 
    public ref struct BiFeO3MultiferroicServo
    {
        private const float CriticalStressMpa = 120.0f; // 임계 파괴 응력
        private const float BaselineSatelliteCps = 850.0f;
        private float _integratedStressError;

        public BiFeO3MultiferroicServo(float initialError)
        {
            _integratedStressError = initialError;
        }

        /// 

        /// 10kHz 고속 루프: 위성 피크 소멸도 추적 및 약자성 자전 결합 락인 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public BiFeO3ServoCommand UpdateServo(in BiFeO3SensorData data, float dt)
        {
            // 1. 사이클로이드 억제율 산출: 1.0 - (현재 피크 / 기저 피크)
            float suppression = Math.Clamp(1.0f - (data.SatellitePeakIntensityCps / BaselineSatelliteCps), 0.0f, 1.0f);

            // 2. 응력 오차 (목표: 임계 응력 125 MPa 유지로 완전 억제)
            float targetStress = 125.0f;
            float stressError = targetStress - data.AppliedStressMpa;
            _integratedStressError += stressError * dt;

            // 3. 피에조 액추에이터 전압 (Kp = 1.2, Ki = 0.2)
            float vPiezo = (1.2f * stressError + 0.2f * _integratedStressError);
            vPiezo = Math.Clamp(vPiezo, 0.0f, 150.0f);

            // 4. 자전 결합 계수 alpha = dM / dE
            float alphaMe = (data.NetMagnetizationEmu > 0.02f) ? (data.NetMagnetizationEmu * 12.5f) : 0.0f;

            bool isLocked = (suppression > 0.95f) && (data.NetMagnetizationEmu >= 0.04f);

            return new BiFeO3ServoCommand(
                vPiezo,
                suppression,
                alphaMe,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 스핀 사이클로이드 공간 위상 배열에 대한 SIMD 자화 궤적 일괄 산출
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeSpinSpiralTrajectorySIMD(
            ReadOnlySpan xGridNm,
            float wavevectorQ,
            Span outMx,
            Span outMz)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;

            for (; i <= xGridNm.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float x = xGridNm[i + k];
                    float phase = wavevectorQ * x;
                    outMx[i + k] = MathF.Cos(phase);
                    outMz[i + k] = MathF.Sin(phase);
                }
            }

            for (; i < xGridNm.Length; i++)
            {
                float ph = wavevectorQ * xGridNm[i];
                outMx[i] = MathF.Cos(ph);
                outMz[i] = MathF.Sin(ph);
            }
        }
    }
}