Створено найтонший оптичний світловод

Розробники сучасних оптичних пристроїв усіма силами намагаються зробити ці пристрої все меншими і меншими. Їх кінцевою метою є створення інтегрованих фотонних чіпів, розміри яких будуть порівнянні з розмірами звичайних кремнієвих напівпровідникових чіпів, що, в свою чергу, повинно привести до появи обчислювальних систем, що володіють високою швидкодією, і пристроїв зберігання інформації, що забезпечують високий показник щільності запису. Одним з ключових компонентів будь-оптичної системи є оптичний хвилевід, світловод, який виконує таку ж саму функцію, як струмопровідні доріжки і шини в звичайній електроніці. І спроби мініатюризації цього компонента наштовхуються на ряд труднощів, пов'язаних з обмеженнями, що накладаються законами фізики. Наймініатюрніші світлопроводи, які вдавалося зробити до останнього часу, мають товщину 200-300 нанометрів. 

Але дослідникам з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго вдалося підібрати матеріал і виготовити з нього працюючий світловод, що складається з трьох атомарних шарів, іншими словами, його товщина дорівнює близько шести ангстремів (ангстрем - це одна 10-а частина нанометра). Таким чином, новий світловод є більш ніж в 500 разів тоншим, ніж світлопроводи, використовувані в даний час. 

 Ключовим моментом у всій цій справі став матеріал з сімейства перехідних металевих діхалькогенідов - дисульфід вольфраму. До цього сімейства матеріалів відносяться речовини що складаються з одного з 15 перехідних металів і одного з трьох видів сімейства халькогенів - сірки, селену або телуру. Близько п'яти років тому вчені виявили, що використання таких матеріалів дозволяє зробити канал затвора транзисторів тонше, ніж 1 нанометр. Одним з характерних властивостей дисульфіду вольфраму є те, що навіть в монослої цього матеріалу при кімнатній температурі формуються досить стабільні квазічастинки, що складаються з пов'язаних електрона і електронної дірки, так звані екситон. На додаток до цього, моношар дисульфіду вольфраму здатний проводити світло видимого діапазону, і цей матеріал став першим в історії науки, що при такій малій товщині забезпечує роботу зі світлом видимого діапазону. Звичайно, виготовлення світловодів з матеріалу  товщини в три атоми є дуже складним завданням з технологічної точки зору. Будь-які навіть макроскопічні сили призводять до руйнування крихкого матеріалу, але дослідники знайшли спосіб роботи з ним, використовуючи так звані видатковий шаблон, який видаляється на самому кінцевому етапі виробничого процесу. Цей шаблон являє собою тонку мембрану з нітриду кремнію, підтримувану крихітними кремнієвими структурами. Все це служить основою, на якому "зводиться" структура світловода. Після завершення створення структури світловода нітрид кремнію видаляється, залишаючи після себе на кремнієвому підставі структуру з чистого кристалічного дисульфіду вольфраму. 

 Вченим поки вдалося виготовити лише кілька зразків найтонших світловодів на сьогоднішній день. Але після того, як буде розроблена технологія виробництва високоякісних плівок дисульфіду вольфраму в промислових масштабах, світловоди з цього матеріалу швидко знайдуть практичне застосування в комерційних оптоелектронних пристроях.