在當今的光學設備世界中，越薄越小越好。微型器件的目的是製造集成光子晶片，這種晶片可以縮小到計算機晶片中使用的集成電路（IC）的大小。預計光學器件的小型化最終將導致更高密度和更高容量的光子晶片。
在這種向光學器件越來越薄和越來越小的方向發展的過程中，光波導——光數據通信系統中的關鍵部件——仍然是一個難以破解的難題。
現在加州大學聖地牙哥分校的研究人員已經開發出一種光波導，它只由三層原子組成。這意味著新的波導只有6埃厚。一納米等於10埃，而今天的光波導通常在200-300納米左右，這意味著這些新的光波導比現在使用的要薄500倍。
加州大學聖地牙哥分校副教授Ertugrul Cubukcu說：「這可能導致光電晶片上波導或光學元件的密度更高。」「想想一個更小的電晶體如何使電子晶片上的電晶體密度更高。」
為了達到光導纖維厚度的理論極限，研究人員將目光轉向過渡金屬二硫化物（TMD），特別是二硫化鎢。
TMD是將15種過渡金屬中的一種與查爾科根族三種金屬中的一種結合在一起的材料：硫、硒或碲。五年前，模擬表明，這些材料可以使電晶體中的溝道柵極變薄到1納米以下。二硫化鎢晶體的薄度只是材料的特殊性能之一。單層晶體也支持在室溫下形成電子空穴對，也稱為激子。
除在室溫下操作外，二硫化鎢還可以在可見光譜中傳導光。石墨烯被證明是一種波導。然而，它只能在紅外波長下工作。這種裝置是這種薄的材料第一次可以在可見光波長下工作。當然，試圖用只有三個原子厚的材料來製造一個裝置，可能是研究人員最大的障礙。Cubukcu解釋說：「雖然這些材料非常堅固，但宏觀力仍可能損壞它們。」
研究人員們於8月12日將他們的成果發表在《自然·納米技術（Nature Nanotechnology）》期刊上。
論文第一作者、參加該項目的加州大學聖地牙哥分校 Cubukcu 實驗室的博士後研究員 Xingwang Zhang 表示：「這也使之成為迄今為止通過實驗方法演示的、用於可見光的最薄光學諧振器。該系統不僅通過共振的方法增強光與物質的相互作用，也可作為二階光柵耦合器來將光線耦合到光波導中。
研究人員們採用了先進的微納製造技術來創造波導。加州大學聖地牙哥分校納米工程系博士研究所、論文合著者之一的Chawina De-Eknamkul表示，創造這種結構是極具挑戰性的。她說：「這種材料是原子薄度的，所以我們必須設計一種工藝，將它懸掛到矽框架上，並在不打破它的同時精準地刻畫它。」
這項工藝開始於由矽框架支撐的氮化矽薄膜。它是基底，波導在其上構造。納米孔陣列被刻畫到薄膜中，創造出一個模板。接下來，二硫化鎢晶體單層被轉移到薄膜上。然後，通過薄膜的離子在晶體中刻畫出同樣的納米孔圖案。最後一步，氮化矽薄膜被緩緩地腐蝕掉，留下懸掛於矽框架之上的晶體。結果就生成了一個光波導，其核心是由圍繞著一種較低折射率材料（空氣）的二硫化鎢單層光子晶體組成。
晶體中的周期性孔陣列也解決了另一個基本問題：測量波導模式的性能。由於其本身的性質，波導將光引導到材料的平面上。然而，在這個極限下，研究人員發現很難區分引導光和在空間中自由傳播的光。孔陣列將少量的光散射出材料的平面，以便更容易檢測到。
儘管該器件是最薄的光導纖維，但在大面積、高質量地可靠地生產二硫化鎢仍然是一個挑戰，可能會阻礙這些器件快速進入商用光電器件。