Волновод, состоящий из дисульфида вольфрама, был разработан инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, его толщина составляет всего три слоя атомов, и это самое тонкое оптическое устройство в мире! Исследователи опубликовали свои выводы 12 августа в журналеПриродные нанотехнологии.

Новый волновод имеет диаметр около 6 ангстрем (1 ангстрем = 10 ангстрем).^-10метров), в 10 000 раз тоньше обычного волокна и примерно в 500 раз тоньше встроенного оптического устройства в интегральной фотонной схеме. Он состоит из одного слоя дисульфида вольфрама, подвешенного на кремниевом каркасе (слой атомов вольфрама зажат между двумя атомами серы), и этот одиночный слой образует фотонный кристалл из серии нанопор.

Этот однослойный кристалл уникален тем, что он поддерживает пары электрон-дырка, называемые экситонами. При комнатной температуре эти экситоны генерируют сильный оптический отклик, так что показатель преломления кристалла примерно в четыре раза превышает показатель преломления воздуха вокруг его поверхности. Напротив, другой материал такой же толщины не имеет такого высокого показателя преломления. Когда свет проходит через кристалл, он улавливается внутри и проводится вдоль плоскости за счет полного внутреннего отражения.

Волноводные каналы излучают свет в видимом спектре – еще одна особенность. Ранее волноводство было продемонстрировано с помощью графена, который также имеет атомарную толщину, но работает в инфракрасном диапазоне. Команда впервые продемонстрировала волноводство в видимой области. Наноразмерные отверстия, выгравированные в кристалле, позволяют свету рассеиваться перпендикулярно плоскости, чтобы его можно было наблюдать и исследовать. Этот массив отверстий создает периодическую структуру, которая делает кристалл одновременно и резонатором.

Это также делает его самым тонким оптическим резонатором видимого света, когда-либо продемонстрированным экспериментально. Эта система не только резонансно усиливает взаимодействие света с веществом, но также служит решетчатым соединителем второго порядка для передачи света в оптический волновод.

Для создания волновода исследователи использовали передовые методы микро- и нанопроизводства. Создание структуры было особенно трудным. Материал атомарно тонкий, поэтому исследователи разработали способ подвешивания его на кремниевом каркасе и формирования точного рисунка, не разрушая его.

Волновод из дисульфида вольфрама является доказательством концепции уменьшения размера оптического устройства до размеров, которые на несколько порядков меньше, чем у современных устройств. Это может привести к разработке фотонных чипов с большей плотностью и емкостью.