二硫化タングステンで構成される導波路は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の技術者によって開発され、原子層の厚さはわずか 3 層で、世界で最も薄い光学デバイスです。研究者らは8月12日に研究結果を発表した。自然ナノテクノロジー.

新しい導波路は約 6 オングストローム (1 オングストローム = 10^-10メートル）、一般的なファイバーの 10,000 分の 1、集積フォトニック回路のオンチップ光デバイスよりも約 500 分の 1 の薄さです。これは、シリコンフレーム上に懸濁された二硫化タングステンの単層（タングステン原子の層が2つの硫黄原子の間に挟まれている）で構成されており、この単層は一連のナノポアパターンからフォトニック結晶を形成します。

この単層結晶は、励起子と呼ばれる電子と正孔のペアをサポートするという点で特別であり、室温ではこれらの励起子は、結晶の屈折率が表面周囲の空気の屈折率の約 4 倍となるような強い光学応答を生成します。対照的に、同じ厚さを有する別の材料は、それほど高い屈折率を有さない。光が結晶を通過すると、光は内部で捕らえられ、全反射によって面に沿って伝導します。

導波路が可視スペクトルの光を伝送することも特別な特徴です。導波路はグラフェンを使って以前に実証されており、これも原子的に薄いが、赤外波長で使用される。研究チームは可視領域での導波路を初めて実証した。結晶にエッチングされたナノサイズの穴により、一部の光が面に垂直に散乱するため、光を観察したり調べたりすることができます。この穴の配列により、結晶が共振器としても機能する周期構造が形成されます。

これにより、これまで実験的に実証された可視光用の光共振器の中で最も薄いものになります。このシステムは、光と物質の相互作用を共鳴的に強化するだけでなく、光を光導波路に結合するための二次格子カプラーとしても機能します。

研究者らは、高度なマイクロおよびナノ加工技術を使用して導波路を作成しました。構造の作成は特に困難でした。この材料は原子のように薄いため、研究者らはシリコンフレーム上に材料を吊り下げ、破損することなく正確にパターンを形成するプロセスを考案した。

二硫化タングステン導波路は、光学デバイスを今日のデバイスよりも桁違いに小さいサイズに縮小するための概念実証です。それは、より高密度でより大容量のフォトニックチップの開発につながる可能性があります。