僅三個原子厚！最薄光學裝置問世

本文來自：科技日報 記者 馮衞東

據最新一期《自然·納米技術》報道，美國研究人員研製出世界上最薄的光學裝置——一種只有三層原子厚的波導。此項研究成果可將光學器件的尺寸比現在的器件縮小几個數量級，或將帶來更高密度、更高容量的光子芯片。

加州大學聖地亞哥分校研製的這款新型波導，厚度約為6埃米（1埃米=10負10次方米），比典型光纖薄1萬倍，比集成光子電路中的片上光波導薄約500倍。波導由懸浮在硅框架上的二硫化鎢單層（由夾在兩層硫原子之間的一層鎢原子組成）組成。單層由一系列納米孔圖案形成光子晶體。

這種單層晶體的特殊之處在於，其在室温下可支持被稱為激子的電子—空穴對。這些激子產生強烈的光學響應，使晶體的折射率大約是圍繞其表面的空氣的折射率的4倍。相比之下，具有相同厚度的另一種材料不具備如此高的折射率。當光線通過晶體傳播時，它會被內部捕獲並通過全內反射沿着平面傳導。該波導的另一個特徵是，可在可見光譜中傳導光。

蝕刻到晶體中的納米孔允許一些光垂直於平面散射，從而得以觀察和探測。這個孔陣列產生的週期性結構，使得晶體也成為諧振器。該系統不僅可以共振地增強光物質相互作用，還可作為二階光柵耦合器將光耦合到光波導中。