Bølgeleder sammensat af wolframdisulfid er blevet udviklet af ingeniørerne ved University of California San Diego, og den er kun tre lag atomer tynd og er den tyndeste optiske enhed i verden! Forskere offentliggjorde deres resultater den 12. august iNatur nanoteknologi.

Den nye bølgeleder er omkring 6 ångstrøm (1 ångstrøm = 10^-10meter), 10.000 gange tyndere end en typisk fiber og omkring 500 gange tyndere end en on-chip optisk enhed i et integreret fotonisk kredsløb. Det består af et enkelt lag wolframdisulfid suspenderet på en siliciumramme (et lag af wolframatomer er klemt mellem to svovlatomer), og enkeltlaget danner en fotonisk krystal ud fra en række nanoporemønstre.

Denne enkeltlagskrystal er speciel ved, at den understøtter elektron-hul-par kaldet excitoner, ved stuetemperatur genererer disse excitoner en stærk optisk respons, således at krystallens brydningsindeks er cirka fire gange luftbrydningsindekset omkring dens overflade. I modsætning hertil har et andet materiale med samme tykkelse ikke et så højt brydningsindeks. Når lyset bevæger sig gennem krystallen, fanges det internt og ledes langs planet ved total intern refleksion.

Bølgelederkanalernes lys i det synlige spektrum er en anden speciel funktion. Bølgeføring er tidligere blevet demonstreret med grafen, som også er atomart tyndt, men ved infrarøde bølgelængder. Holdet demonstrerede for første gang bølgeføring i det synlige område. Huller i nanostørrelse ætset ind i krystallen tillader noget lys at spredes vinkelret på planet, så det kan observeres og sonderes. Denne række af huller producerer en periodisk struktur, der gør, at krystallen også fungerer som en resonator.

Dette gør den også til den tyndeste optiske resonator for synligt lys, der nogensinde er blevet demonstreret eksperimentelt. Dette system forstærker ikke kun lys-stof-interaktionen, men fungerer også som en anden-ordens gitterkobler til at koble lyset ind i den optiske bølgeleder.

Forskere brugte avancerede mikro- og nanofabrikationsteknikker til at skabe bølgelederen. At skabe strukturen var særligt udfordrende. Materialet er atomisk tyndt, så forskere udtænker en proces til at suspendere det på en siliciumramme og mønstre det præcist uden at bryde det.

Wolframdisulfid-bølgelederen er et proof of concept til at nedskalere den optiske enhed til størrelser, der er størrelsesordener mindre end nutidens enheder. Det kan føre til udvikling af fotoniske chips med højere tæthed og højere kapacitet.