A volfrám-diszulfidból álló hullámvezetőt a Kaliforniai Egyetem San Diego-i mérnökei fejlesztették ki, és mindössze három atomréteg vékony, és a világ legvékonyabb optikai eszköze! A kutatók augusztus 12-én tették közzé eredményeiketTermészet Nanotechnológia.

Az új hullámvezető körülbelül 6 angström (1 angström = 10^-10méter), 10 000-szer vékonyabb, mint egy tipikus szál, és körülbelül 500-szor vékonyabb, mint egy integrált fotonikus áramkörben lévő chipen lévő optikai eszköz. Egyetlen réteg volfrám-diszulfidból áll, amely egy szilíciumvázra van felfüggesztve (két kénatom közé egy réteg wolframatom van elhelyezve), és az egyrétegű nanopórusmintázatok sorozatából fotonikus kristályt alkot.

Ez az egyrétegű kristály különleges abban, hogy támogatja az excitonoknak nevezett elektron-lyuk párokat, szobahőmérsékleten ezek az excitonok erős optikai választ generálnak, így a kristály törésmutatója körülbelül négyszerese a felülete körüli levegő törésmutatójának. Ezzel szemben egy másik, azonos vastagságú anyagnak nincs ilyen magas törésmutatója. Ahogy a fény áthalad a kristályon, belsőleg felfogja, és a teljes belső visszaverődés a sík mentén vezeti.

A látható spektrumban lévő fény hullámvezető csatornái egy másik különleges tulajdonság. A hullámvezetést korábban grafénnel is kimutatták, amely ugyancsak atomi vékony, de infravörös hullámhosszon. A csapat először mutatott be hullámvezetést a látható területen. A kristályba vésett nanoizált lyukak lehetővé teszik, hogy a fény a síkra merőlegesen szóródjon, így megfigyelhető és szondázható. Ez a lyuksor olyan periodikus szerkezetet hoz létre, amely a kristályt rezonátorként is megduplázza.

Ezzel a látható fény legvékonyabb optikai rezonátora, amelyet valaha kísérletileg demonstráltak. Ez a rendszer nem csak rezonánsan fokozza a fény-anyag kölcsönhatást, hanem másodrendű rácscsatolóként is szolgál, hogy a fényt az optikai hullámvezetőbe kapcsolja.

A kutatók fejlett mikro- és nanogyártási technikákat alkalmaztak a hullámvezető létrehozásához. A szerkezet kialakítása különösen nagy kihívást jelentett. Az anyag atomosan vékony, ezért a kutatók olyan eljárást dolgoznak ki, amellyel szilíciumvázra függesztik fel, és precízen mintázzák anélkül, hogy eltörnék.

A wolfram-diszulfid hullámvezető az optikai eszköz olyan méretre való lecsökkentésének koncepciója, amely nagyságrendekkel kisebb, mint a mai eszközök. Ez nagyobb sűrűségű, nagyobb kapacitású fotonikus chipek kifejlesztéséhez vezethet.