O guia de ondas composto por dissulfeto de tungstênio foi desenvolvido pelos engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego e tem apenas três camadas de átomos de espessura e é o dispositivo óptico mais fino do mundo! Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 12 de agosto emNanotecnologia da Natureza.

O novo guia de ondas tem cerca de 6 angstroms (1 angstrom = 10^-10metros), 10.000 vezes mais fina que uma fibra típica e cerca de 500 vezes mais fina que um dispositivo óptico no chip em um circuito fotônico integrado. Consiste em uma única camada de dissulfeto de tungstênio suspensa em uma estrutura de silício (uma camada de átomos de tungstênio é imprensada entre dois átomos de enxofre), e a camada única forma um cristal fotônico a partir de uma série de padrões de nanoporos.

Este cristal de camada única é especial porque suporta pares elétron-buraco chamados excitons. À temperatura ambiente, esses excitons geram uma forte resposta óptica tal que o índice de refração do cristal é aproximadamente quatro vezes o índice de refração do ar em torno de sua superfície. Em contraste, outro material com a mesma espessura não possui um índice de refração tão alto. À medida que a luz viaja através do cristal, ela é capturada internamente e conduzida ao longo do plano por reflexão interna total.

O guia de ondas canaliza a luz no espectro visível é outra característica especial. O guiamento de ondas já foi demonstrado com grafeno, que também é atomicamente fino, mas em comprimentos de onda infravermelhos. A equipe demonstrou pela primeira vez o guiamento de ondas na região visível. Buracos nanométricos gravados no cristal permitem que alguma luz se espalhe perpendicularmente ao plano para que possa ser observada e sondada. Esse conjunto de buracos produz uma estrutura periódica que faz com que o cristal também funcione como ressonador.

Isso também o torna o ressonador óptico mais fino para luz visível já demonstrado experimentalmente. Este sistema não apenas melhora a interação luz-matéria de forma ressonante, mas também serve como um acoplador de rede de segunda ordem para acoplar a luz ao guia de ondas óptico.

Os pesquisadores usaram técnicas avançadas de micro e nanofabricação para criar o guia de ondas. Criar a estrutura foi particularmente desafiador. O material é atomicamente fino, então os pesquisadores desenvolveram um processo para suspendê-lo em uma estrutura de silicone e padronizá-lo com precisão, sem quebrá-lo.

O guia de ondas de dissulfeto de tungstênio é uma prova de conceito para reduzir o dispositivo óptico a tamanhos muito menores do que os dispositivos atuais. Isso poderia levar ao desenvolvimento de chips fotônicos de maior densidade e maior capacidade.