La guía de ondas compuesta por disulfuro de tungsteno ha sido desarrollada por ingenieros de la Universidad de California en San Diego y tiene solo tres capas de átomos de espesor y es el dispositivo óptico más delgado del mundo. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 12 de agosto enNanotecnología de la naturaleza.

La nueva guía de ondas mide aproximadamente 6 angstroms (1 angstrom = 10^-10metros), 10.000 veces más delgada que una fibra típica y aproximadamente 500 veces más delgada que un dispositivo óptico en un chip en un circuito fotónico integrado. Consiste en una sola capa de disulfuro de tungsteno suspendida sobre un marco de silicio (una capa de átomos de tungsteno está intercalada entre dos átomos de azufre), y la capa única forma un cristal fotónico a partir de una serie de patrones de nanoporos.

Este cristal de una sola capa es especial porque soporta pares de huecos de electrones llamados excitones; a temperatura ambiente, estos excitones generan una fuerte respuesta óptica de modo que el índice de refracción del cristal es aproximadamente cuatro veces el índice de refracción del aire alrededor de su superficie. Por el contrario, otro material que tenga el mismo espesor no tiene un índice de refracción tan alto. A medida que la luz viaja a través del cristal, es capturada internamente y conducida a lo largo del plano mediante reflexión interna total.

Otra característica especial es la guía de ondas que canaliza la luz en el espectro visible. La guía de ondas se ha demostrado previamente con grafeno, que también es atómicamente delgado, pero en longitudes de onda infrarrojas. El equipo demostró por primera vez la guía de ondas en la región visible. Los agujeros de tamaño nanométrico grabados en el cristal permiten que algo de luz se disperse perpendicularmente al plano para que pueda observarse y sondearse. Esta serie de agujeros produce una estructura periódica que hace que el cristal también funcione como resonador.

Esto también lo convierte en el resonador óptico para luz visible más delgado jamás demostrado experimentalmente. Este sistema no sólo mejora resonantemente la interacción luz-materia, sino que también sirve como acoplador de rejilla de segundo orden para acoplar la luz a la guía de ondas óptica.

Los investigadores utilizaron técnicas avanzadas de micro y nanofabricación para crear la guía de ondas. Crear la estructura fue particularmente desafiante. El material es atómicamente delgado, por lo que los investigadores idean un proceso para suspenderlo en un marco de silicio y modelarlo con precisión sin romperlo.

La guía de ondas de disulfuro de tungsteno es una prueba de concepto para reducir el dispositivo óptico a tamaños que son órdenes de magnitud más pequeños que los dispositivos actuales. Podría conducir al desarrollo de chips fotónicos de mayor densidad y mayor capacidad.