Falowód składający się z dwusiarczku wolframu został opracowany przez inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i ma tylko trzy warstwy atomów i jest najcieńszym urządzeniem optycznym na świecie! Naukowcy opublikowali swoje odkrycia 12 sierpnia wNanotechnologia natury.

Nowy falowód ma około 6 angstremów (1 angstrem = 10^-10metrów), 10 000 razy cieńszy niż typowy włókno i około 500 razy cieńszy niż urządzenie optyczne na chipie w zintegrowanym obwodzie fotonicznym. Składa się z pojedynczej warstwy dwusiarczku wolframu zawieszonej na krzemowej ramie (warstwa atomów wolframu jest umieszczona pomiędzy dwoma atomami siarki), a pojedyncza warstwa tworzy kryształ fotoniczny z szeregu wzorów nanoporów.

Ten jednowarstwowy kryształ jest wyjątkowy, ponieważ obsługuje pary elektron-dziura zwane ekscytonami, w temperaturze pokojowej te ekscytony generują silną odpowiedź optyczną, tak że współczynnik załamania światła kryształu jest w przybliżeniu czterokrotnie większy od współczynnika załamania powietrza wokół jego powierzchni. Natomiast inny materiał o tej samej grubości nie ma tak wysokiego współczynnika załamania światła. Gdy światło przechodzi przez kryształ, jest wychwytywane wewnętrznie i prowadzone wzdłuż płaszczyzny w wyniku całkowitego wewnętrznego odbicia.

Kolejną cechą szczególną jest falowód, który kieruje światło w widmie widzialnym. Falowód wykazano już wcześniej w przypadku grafenu, który również jest cienki atomowo, ale w zakresie fal podczerwonych. Zespół po raz pierwszy zademonstrował falowód w obszarze widzialnym. Nanowymiarowe dziury wytrawione w krysztale pozwalają na rozproszenie światła prostopadle do płaszczyzny, dzięki czemu można je obserwować i badać. Ten układ otworów tworzy okresową strukturę, która sprawia, że ​​kryształ pełni również funkcję rezonatora.

Dzięki temu jest to najcieńszy rezonator optyczny światła widzialnego, jaki kiedykolwiek zademonstrowano eksperymentalnie. System ten nie tylko rezonansowo wzmacnia interakcję światła z materią, ale także służy jako sprzęgacz siatkowy drugiego rzędu, łączący światło z falowodem optycznym.

Do stworzenia falowodu badacze wykorzystali zaawansowane techniki mikro- i nanofabrykacji. Tworzenie konstrukcji było szczególnie trudne. Materiał jest atomowo cienki, dlatego badacze opracowują proces zawieszania go na krzemowej ramie i tworzenia precyzyjnego wzoru bez jego łamania.

Falowód z dwusiarczku wolframu stanowi dowód słuszności koncepcji zmniejszania urządzenia optycznego do rozmiarów o rząd wielkości mniejszych niż dzisiejsze urządzenia. Może to doprowadzić do opracowania chipów fotonicznych o większej gęstości i większej pojemności.