Golfgeleider samengesteld uit wolfraamdisulfide is ontwikkeld door de ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego en is slechts drie lagen atomen dun en is het dunste optische apparaat ter wereld! Onderzoekers publiceerden hun bevindingen op 12 augustusNatuur Nanotechnologie.

De nieuwe golfgeleider is ongeveer 6 angstrom (1 angstrom = 10^-10meter), 10.000 keer dunner dan een typische vezel, en ongeveer 500 keer dunner dan een optisch apparaat op de chip in een geïntegreerd fotonisch circuit. Het bestaat uit een enkele laag wolfraamdisulfide, opgehangen aan een siliciumframe (een laag wolfraamatomen is ingeklemd tussen twee zwavelatomen), en de enkele laag vormt een fotonisch kristal uit een reeks nanoporiënpatronen.

Dit enkellaagse kristal is bijzonder omdat het elektronen-gatparen ondersteunt die excitonen worden genoemd. Bij kamertemperatuur genereren deze excitonen een sterke optische respons, zodat de brekingsindex van het kristal ongeveer vier keer de luchtbrekingsindex rond het oppervlak is. Een ander materiaal met dezelfde dikte heeft daarentegen niet zo'n hoge brekingsindex. Terwijl licht door het kristal reist, wordt het intern opgevangen en langs het vlak geleid door totale interne reflectie.

Een ander bijzonder kenmerk is dat de golfgeleider licht in het zichtbare spectrum kanaliseert. Golfgeleiding is eerder aangetoond met grafeen, dat ook atomair dun is, maar op infrarode golflengten. Het team demonstreerde voor het eerst golfgeleiding in het zichtbare gebied. Gaten van nanogrootte die in het kristal zijn geëtst, zorgen ervoor dat wat licht loodrecht op het vlak wordt verspreid, zodat het kan worden waargenomen en onderzocht. Deze reeks gaten produceert een periodieke structuur waardoor het kristal ook als resonator kan dienen.

Dit maakt het ook de dunste optische resonator voor zichtbaar licht die ooit experimenteel is gedemonstreerd. Dit systeem verbetert niet alleen op resonante wijze de licht-materie-interactie, maar dient ook als een tweede-orde roosterkoppeling om het licht in de optische golfgeleider te koppelen.

Onderzoekers gebruikten geavanceerde micro- en nanofabricagetechnieken om de golfgeleider te maken. Het creëren van de structuur was bijzonder uitdagend. Het materiaal is atomair dun, dus bedenken onderzoekers een proces om het op een siliciumframe te hangen en er een nauwkeurig patroon in te maken zonder het te breken.

De wolfraamdisulfide-golfgeleider is een proof-of-concept voor het verkleinen van het optische apparaat tot afmetingen die ordes van grootte kleiner zijn dan de huidige apparaten. Het zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van fotonische chips met een hogere dichtheid en een grotere capaciteit.