基于光学可编程相变材料的离子体是什么？又是如何运用在生活中的？
随着对数据处理的需求不断增长，对新计算技术的研究在过去 10 年中迅速兴起。传统计算基于冯诺依曼体系结构，该体系结构由执行计算的中央处理器 (CPU) 和存储数据和指令的独立存储器组成。
然而它们受到处理和内存分离的影响，这限制了整个计算系统的性能,神经形态计算和内存计算是将处理和内存操作结合在一起并支持并行处理的两种方法，神经形态计算架构试图通过集成电路来模仿人脑的工作原理。因此与人脑类似，神经形态处理器旨在以高度并行的方式工作，并直接在内存中处理数据。
基于电子学和光子学的神经形态硬件开发有两个主要方向，电子产品通过交叉阵列形式的密集导线网提供高度物理互连，忆阻器集成在交叉阵列的连接处，然而它们遭受低带宽和低速度的困扰。
相比之下光子学提供了巨大的带宽和高速，但存在占用空间大和光子集成度低的问题，除此之外电子学和光子学都只能在电子或光子领域运行。因此开发基于等离子体激元学的新硬件将非常有益，因为它可以充当电子和光子学领域之间的桥梁。
此外利用带有存储单元的交叉阵列将非常有益，因为它提供极低的每比特能量，可随特征尺寸缩放。 除此之外为了克服一些限制并在操作方式上更接近人脑，非易失性功能是必不可少的。术语非易失性意味着一旦设置就不需要静态能量或保持力来保持任何状态。非挥发性只能通过材料来实现，因此，非挥发性材料受到了浓厚的兴趣。
相变材料 (PCM) 在其非晶相和晶相之间的电导和复折射率方面呈现出非常明显的对比，这可以通过电加热或光加热引起，从而确保双电-光学功能。此外这些变化是可逆的、快速的，并且可以在多个周期内执行。
在这里根据要求和制造可能性，提出了将 PCM 放置在脊或缓冲层中的等离子体波导。这样的装置能够通过在与光相互作用下控制PCM的相位来控制传输信号的光振幅或相位。在等离子体的情况下，光与 PCM 的相互作用得到了高度增强。
因此可以预期功率和时间的大幅减少具有 PCM 单元的设备的状态可以进行光学控制，“读取”为光的传输取决于 PCM 的相位。此外PCM 单元也可以通过发送适当的“写入”、非晶化和“擦除”、结晶、波导脉冲进行光学控制，此外由于开关过程显示阈值行为，它可以用作光子电路中的非线性元件。
大多数可用的相变光子器件都存在开关能量高和开关时间长（数十纳秒）的问题，相比之下这里提出的相变等离子体器件可以通过更有效地加热 PCM 和增强 PCM 状态对光传输的依赖性来降低开关能量需求并提高开关速度。
此外光传输的变化不仅可以通过控制 PCM 的虚部实现，还可以通过 PCM 实部的变化实现。此外由于 PCM 布置在等离子体波导中，光与 PCM 的相互作用被高度放大。
通过从吸收光的金属条到与金属条直接接触的 PCM 的热传递，可以大大增强所提出的波导中的光开关。因此PCM 的两阶段加热过程可以在所提出的 LR-DLSPP 布置中进行，该布置与 PCM 对光的直接吸收在吸收下从金属条到 PCM 的热传递有关金属条纹的光。
因此即使是宽带隙 PCM，例如在近红外中具有零吸收的 SbSe，可以利用等离子体和作为 LR-DLSPP 波导一部分的内部金属条的存在进行全光切换。金属条吸收的光功率会耗散到与金属条接触的任何材料中，并且耗散到 PCM 中的热量取决于周围材料的热阻和容量。
金属条带的耗散功率取决于表面等离子体激元 (SPP) 衰减系数和有源区的长度。因此衰减系数越高，金属条温度的升高越大。
每个光子系统的一个非常重要的部分是为系统的活动区域提供有效量的光。即使是非常高效的光电探测器或调制器，在光耦合到此类设备的效率较低的情况下，也会受到整体效率的影响。
因此，例如波导集成光电探测器的外部效率低，这会影响光电探测器的响应度。在许多情况下，低耦合效率意味着需要更高的功率来为系统提供有效量的光，然而这会增加系统的整体能量预算。这一点对于等离子体特别重要，通常需要特别注意因为它通常是光子学和等离子体系统之间的低兼容性。
提出了一种用相变材料实现的新型光驱动等离子体非易失性开关，它在巨大的衰减对比下工作并提供相移。这种光开关在零静态功耗下运行，同时非常紧凑，与光子器件相比可以观察到整体性能的巨大改进。
在光开关机制下运行的光子器件中，PCM 位于波导的顶部，即远离传播模式的电场最大值。相比之下，等离子体波导的场增强比光子波导强得多，此外PCM 直接放置在电场最大值处，这极大地增强了光与 PCM 的相互作用。
