Bølgeleder sammensatt av wolframdisulfid er utviklet av ingeniørene ved University of California San Diego, og den er bare tre lag med atomer tynn og er den tynneste optiske enheten i verden! Forskere publiserte funnene sine 12. august iNatur nanoteknologi.

Den nye bølgelederen er omtrent 6 ångstrøm (1 ångstrøm = 10^-10meter), 10 000 ganger tynnere enn en typisk fiber, og omtrent 500 ganger tynnere enn en optisk enhet på brikken i en integrert fotonisk krets. Den består av et enkelt lag av wolframdisulfid suspendert på en silisiumramme (et lag med wolframatomer er klemt mellom to svovelatomer), og enkeltlaget danner en fotonisk krystall fra en rekke nanoporemønstre.

Denne enkeltlagskrystallen er spesiell ved at den støtter elektron-hullpar kalt eksitoner, ved romtemperatur genererer disse eksitonene en sterk optisk respons slik at brytningsindeksen til krystallen er omtrent fire ganger luftbrytningsindeksen rundt overflaten. I motsetning til dette har ikke et annet materiale med samme tykkelse en så høy brytningsindeks. Når lys beveger seg gjennom krystallen, fanges det internt og ledes langs planet av total intern refleksjon.

Bølgelederkanalene lys i det synlige spekteret er en annen spesiell funksjon. Bølgeføring er tidligere påvist med grafen, som også er atomtynt, men ved infrarøde bølgelengder. Teamet demonstrerte for første gang bølgeføring i den synlige regionen. Hull i nanostørrelse etset inn i krystallen lar litt lys spre seg vinkelrett på planet slik at det kan observeres og sonderes. Dette utvalget av hull produserer en periodisk struktur som gjør at krystallen også fungerer som en resonator.

Dette gjør den også til den tynneste optiske resonatoren for synlig lys som noen gang har blitt demonstrert eksperimentelt. Dette systemet forbedrer ikke bare lys-materie-interaksjonen, men fungerer også som en andre-ordens gitterkobling for å koble lyset inn i den optiske bølgelederen.

Forskere brukte avanserte mikro- og nanofabrikasjonsteknikker for å lage bølgelederen. Å lage strukturen var spesielt utfordrende. Materialet er atomisk tynt, så forskere planlegger en prosess for å suspendere det på en silisiumramme og mønstre den nøyaktig uten å bryte den.

Wolframdisulfidbølgelederen er et proof of concept for å skalere ned den optiske enheten til størrelser som er størrelsesordener mindre enn dagens enheter. Det kan føre til utvikling av fotoniske brikker med høyere tetthet og høyere kapasitet.