Vågledare sammansatt av volframdisulfid har utvecklats av ingenjörerna vid University of California San Diego och det är bara tre lager av atomer tunt och är den tunnaste optiska enheten i världen! Forskare publicerade sina resultat den 12 augustiNaturens nanoteknik.

Den nya vågledaren är cirka 6 ångström (1 ångström = 10^-10meter), 10 000 gånger tunnare än en vanlig fiber och cirka 500 gånger tunnare än en optisk enhet på chip i en integrerad fotonisk krets. Den består av ett enda lager volframdisulfid suspenderat på en kiselram (ett lager av volframatomer är inklämt mellan två svavelatomer), och enkelskiktet bildar en fotonisk kristall från en serie nanopormönster.

Denna enskiktskristall är speciell genom att den stöder elektron-hålspar som kallas excitoner, vid rumstemperatur genererar dessa excitoner ett starkt optiskt svar så att kristallens brytningsindex är ungefär fyra gånger luftbrytningsindexet runt dess yta. Däremot har ett annat material med samma tjocklek inte ett så högt brytningsindex. När ljuset färdas genom kristallen, fångas det internt och leds längs planet av total intern reflektion.

Vågledarkanalernas ljus i det synliga spektrumet är en annan speciell egenskap. Vågledning har tidigare påvisats med grafen, som också är atomärt tunt, men vid infraröda våglängder. Teamet demonstrerade för första gången vågledning i det synliga området. Hål i nanostorlek etsade in i kristallen låter lite ljus spridas vinkelrätt mot planet så att det kan observeras och sonderas. Denna samling av hål producerar en periodisk struktur som gör att kristallen också fungerar som en resonator.

Detta gör den också till den tunnaste optiska resonatorn för synligt ljus som någonsin demonstrerats experimentellt. Detta system förstärker inte bara resonansinteraktionen mellan ljus och materia, utan fungerar också som en andra ordningens gitterkopplare för att koppla ljuset in i den optiska vågledaren.

Forskare använde avancerade mikro- och nanotillverkningstekniker för att skapa vågledaren. Att skapa strukturen var särskilt utmanande. Materialet är atomärt tunt, så forskare utformar en process för att hänga upp det på en silikonram och mönstra det exakt utan att bryta det.

Volframdisulfidvågledaren är ett proof of concept för att skala ner den optiska enheten till storlekar som är storleksordningar mindre än dagens enheter. Det kan leda till utvecklingen av fotonchips med högre densitet och högre kapacitet.