Vlnovod složený z disulfidu wolframu byl vyvinut inženýry z Kalifornské univerzity v San Diegu a je tenký pouze tři vrstvy atomů a je nejtenčím optickým zařízením na světě! Vědci zveřejnili svá zjištění 12. srpnaPříroda Nanotechnologie.

Nový vlnovod má asi 6 angstromů (1 angstrom = 10^-10metrů), 10 000krát tenčí než typické vlákno a asi 500krát tenčí než optické zařízení na čipu v integrovaném fotonickém obvodu. Skládá se z jedné vrstvy disulfidu wolframu zavěšeného na křemíkovém rámu (vrstva atomů wolframu je vložena mezi dva atomy síry) a jedna vrstva tvoří fotonický krystal ze série nanopórových vzorů.

Tento jednovrstvý krystal je zvláštní v tom, že podporuje páry elektron-díra zvané excitony, při pokojové teplotě tyto excitony generují silnou optickou odezvu, takže index lomu krystalu je přibližně čtyřnásobek indexu lomu vzduchu kolem jeho povrchu. Naproti tomu jiný materiál se stejnou tloušťkou nemá tak vysoký index lomu. Jak světlo prochází krystalem, je zachyceno uvnitř a vedeno podél roviny úplným vnitřním odrazem.

Další zvláštností je vlnovod, který vede světlo ve viditelném spektru. Vlnovod byl již dříve demonstrován s grafenem, který je rovněž atomově tenký, ale na infračervených vlnových délkách. Tým poprvé předvedl vlnovod ve viditelné oblasti. Nanorozměrné otvory vyleptané do krystalu umožňují rozptylu světla kolmo k rovině, takže jej lze pozorovat a zkoumat. Toto pole děr vytváří periodickou strukturu, díky které se krystal zdvojnásobí také jako rezonátor.

To z něj také dělá nejtenčí optický rezonátor pro viditelné světlo, který byl kdy experimentálně demonstrován. Tento systém nejen rezonančně zvyšuje interakci světlo-hmota, ale také slouží jako mřížkový vazební člen druhého řádu pro spojení světla do optického vlnovodu.

Výzkumníci k vytvoření vlnovodu použili pokročilé techniky mikro- a nanofabrikace. Vytvoření struktury bylo obzvláště náročné. Materiál je atomově tenký, takže vědci vymysleli postup, jak jej zavěsit na silikonový rám a přesně jej vzorovat, aniž by se porušil.

Vlnovod wolframu je důkazem konceptu pro zmenšení optického zařízení na velikosti, které jsou řádově menší než dnešní zařízení. Mohlo by to vést k vývoji fotonických čipů s vyšší hustotou a vyšší kapacitou.