La guida d'onda composta da bisolfuro di tungsteno è stata sviluppata dagli ingegneri dell'Università della California a San Diego ed è sottile solo tre strati di atomi ed è il dispositivo ottico più sottile al mondo! I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il ​​12 agosto aNanotecnologia della natura.

La nuova guida d'onda, è di circa 6 angstrom (1 angstrom = 10^-10metri), 10.000 volte più sottile di una tipica fibra e circa 500 volte più sottile di un dispositivo ottico su chip in un circuito fotonico integrato. È costituito da un singolo strato di disolfuro di tungsteno sospeso su un telaio di silicio (uno strato di atomi di tungsteno è inserito tra due atomi di zolfo) e il singolo strato forma un cristallo fotonico da una serie di modelli di nanopori.

Questo cristallo a strato singolo è speciale in quanto supporta coppie elettrone-lacuna chiamate eccitoni; a temperatura ambiente, questi eccitoni generano una forte risposta ottica tale che l'indice di rifrazione del cristallo è circa quattro volte l'indice di rifrazione dell'aria attorno alla sua superficie. Al contrario, un altro materiale avente lo stesso spessore non ha un indice di rifrazione così elevato. Mentre la luce viaggia attraverso il cristallo, viene catturata internamente e condotta lungo il piano mediante riflessione interna totale.

Un'altra caratteristica speciale è la guida d'onda che canalizza la luce nello spettro visibile. La guida d’onda è stata precedentemente dimostrata con il grafene, anch’esso atomicamente sottile, ma a lunghezze d’onda dell’infrarosso. Il team ha dimostrato per la prima volta la guida d'onda nella regione visibile. I fori nanometrici incisi nel cristallo consentono a parte della luce di disperdersi perpendicolarmente al piano in modo che possa essere osservato e sondato. Questa serie di fori produce una struttura periodica che fa sì che il cristallo svolga anche la funzione di risonatore.

Ciò lo rende anche il più sottile risonatore ottico per la luce visibile mai dimostrato sperimentalmente. Questo sistema non solo migliora in modo risonante l’interazione luce-materia, ma funge anche da accoppiatore a reticolo di secondo ordine per accoppiare la luce nella guida d’onda ottica.

I ricercatori hanno utilizzato tecniche avanzate di micro e nanofabbricazione per creare la guida d'onda. Creare la struttura è stato particolarmente impegnativo. Il materiale è atomicamente sottile, quindi i ricercatori escogitano un processo per sospenderlo su un telaio di silicio e modellarlo con precisione senza romperlo.

La guida d'onda al disolfuro di tungsteno è una prova di concetto per ridurre il dispositivo ottico a dimensioni che sono ordini di grandezza inferiori rispetto ai dispositivi odierni. Potrebbe portare allo sviluppo di chip fotonici con densità e capacità più elevate.