Ghidul de undă compus din disulfură de wolfram a fost dezvoltat de inginerii de la Universitatea din California San Diego și are doar trei straturi de atomi subțiri și este cel mai subțire dispozitiv optic din lume! Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 12 augustNanotehnologia naturii.

Noul ghid de undă este de aproximativ 6 angstrom (1 angstrom = 10^-10metri), de 10.000 de ori mai subțire decât o fibră tipică și de aproximativ 500 de ori mai subțire decât un dispozitiv optic pe cip într-un circuit fotonic integrat. Constă dintr-un singur strat de disulfură de wolfram suspendat pe un cadru de siliciu (un strat de atomi de tungsten este prins între doi atomi de sulf), iar un singur strat formează un cristal fotonic dintr-o serie de modele de nanopori.

Acest cristal cu un singur strat este special prin faptul că suportă perechi electron-gaură numite excitoni, la temperatura camerei, acești excitoni generează un răspuns optic puternic, astfel încât indicele de refracție al cristalului este de aproximativ patru ori mai mare decât indicele de refracție a aerului din jurul suprafeței sale. În schimb, un alt material având aceeași grosime nu are un indice de refracție atât de mare. Pe măsură ce lumina călătorește prin cristal, este captată în interior și condusă de-a lungul planului prin reflexie internă totală.

Ghidul de undă canalizează lumina în spectrul vizibil este o altă caracteristică specială. Ghidarea undelor a fost demonstrată anterior cu grafen, care este, de asemenea, subțire din punct de vedere atomic, dar la lungimi de undă în infraroșu. Echipa a demonstrat pentru prima dată ghidarea de undă în regiunea vizibilă. Găurile nanodimensionate gravate în cristal permit o anumită lumină să se împrăștie perpendicular pe plan, astfel încât să poată fi observată și sondată. Această serie de găuri produce o structură periodică care face ca cristalul să se dubleze și ca rezonator.

Acest lucru îl face, de asemenea, cel mai subțire rezonator optic pentru lumină vizibilă care a fost demonstrat vreodată experimental. Acest sistem nu numai că îmbunătățește în mod rezonant interacțiunea lumină-materie, dar servește și ca un cuplaj al rețelei de ordinul doi pentru a cupla lumina în ghidul de undă optic.

Cercetătorii au folosit tehnici avansate de micro și nanofabricare pentru a crea ghidul de undă. Crearea structurii a fost deosebit de dificilă. Materialul este subțire din punct de vedere atomic, așa că cercetătorii elaborează un proces pentru a-l suspenda pe un cadru de silicon și a-l modela cu precizie, fără a-l rupe.

Ghidul de undă cu disulfură de wolfram este o dovadă a conceptului pentru reducerea la scară a dispozitivului optic la dimensiuni care sunt ordine de mărime mai mici decât dispozitivele de astăzi. Ar putea duce la dezvoltarea de cipuri fotonice cu densitate mai mare și capacitate mai mare.