Физики научились удерживать и направлять свет в двумерном пространстве

Ученые разработали волноводы толщиной в три атома на основе пластинчатых монослоев дисульфида молибдена (MoS2). С их помощью можно направлять видимый и ближний инфракрасный свет на значительные расстояния с малыми потерями в двумерном пространстве. Исследование опубликовано в журнале Science.

Сейчас повсюду используется оптоволокно для передачи света с одного места к другому. Благодаря этому можно осуществлять банковские переводы и смотреть видеоролики в интернете. Осуществляется это посредством преобразования электрического сигнала в оптический. Далее происходит его передача, а в конечной точке он преобразуется обратно. Такой способ передачи информации обладает множеством преимуществ перед другими: сигнал может быть передан на большое расстояние (200 км); оптоволокно не чувствительно к электромагнитным помехам, работает долго и при разных температурах. Оптические схемы должны ограничивать, контролировать и распространять свет в постоянно уменьшающихся масштабах и между разными компонентами. Из-за этого возникает оптическая неоднородность, снижается производительность устройств. Специалисты говорят, что был достигнут предел в развитии оптоволоконных линий и необходимы кардинальные изменения в подходах к разработке подобных устройств.

Теперь ученые провели ряд экспериментов и обнаружили, что удерживать и направлять свет можно даже не в трехмерном, а в двумерном сверхтонком материале. В качестве такого материала они использовали монослои дисульфида молибдена (MoS2) толщиной менее 1 нанометра и разработали волноводы толщиной в 3 атома. При помощи этих листов ученые улавливали лазерный луч и генерировали двумерную фотонную волну, которая распространялась вдоль пленки на расстояние до сантиметра. Для управления волной они использовали крошечные призмы, линзы и переключатели. «Мы были крайне удивлены тем, насколько мощным является этот сверхтонкий кристалл; он не только может удерживать энергию, но и передавать ее в тысячу раз дальше, чем в аналогичных системах», — рассказал Дживунг Парк из Чикагского университета. Он также подчеркнул, что свет будто перемещался в двумерном пространстве.

Фактически авторы смогли разработать двумерные фотонные схемы с различными оптическими функциональными возможностями, которые обеспечивают общую платформу для 2D-нанофотоники. Исследователи считают перспективным изучение возможности комбинирования множества других мелких систем в одной области чипа.