זה היה ידוע במשך מאות שנים שאור מפגין התנהגות דמוית גל במצבים מסוימים. חומרים מסוימים מסוגלים לסובב את הקיטוב, כלומר את כיוון התנודה, של גל האור כאשר האור עובר דרך החומר. מאפיין זה מנוצל ברכיב מרכזי של רשתות תקשורת אופטיות המכונה "מבודד אופטי" או "דיודה אופטית". רכיב זה מאפשר לאור להתפשט בכיוון אחד אך חוסם את כל האור בכיוון השני.
במחקר שנערך לאחרונה, הראו פיזיקאים גרמנים והודיים כי חומרים דו-ממדיים דקים במיוחד כמו טונגסטן דיסלןיד יכולים לסובב את הקיטוב של האור הנראה במספר מעלות באורכי גל מסוימים תחת שדות מגנטיים קטנים המתאימים לשימוש על שבבים. המדענים מאוניברסיטת מינסטר, גרמניה, והמכון ההודי לחינוך ומחקר מדעי (IISER) בפונה, הודו, פרסמו את ממצאיהם בכתב העת תקשורת טבע.
אחת הבעיות של מבודדים אופטיים קונבנציונליים היא שהם די גדולים עם גדלים שנעים בין כמה מילימטרים למספר סנטימטרים. כתוצאה מכך, חוקרים עדיין לא הצליחו ליצור מערכות אופטיות משולבות ממוזערות על שבב, אשר ניתן להשוות לטכנולוגיות אלקטרוניות יומיומיות מבוססות סיליקון. שבבים אופטיים משולבים נוכחיים מורכבים מכמה מאות אלמנטים בלבד בשבב.
לשם השוואה, שבב מעבד מחשב מכיל מיליארדים רבים של רכיבי מיתוג. עבודת הצוות הגרמני-הודי היא אפוא צעד קדימה בפיתוח של מבודדים אופטיים ממוזערים. החומרים הדו-ממדיים שבהם השתמשו החוקרים הם רק כמה שכבות אטומיות בעובי ולכן דקים פי מאה אלף משערת אדם.
"בעתיד, חומרים דו-ממדיים יכולים להפוך לליבה של מבודדים אופטיים ולאפשר אינטגרציה על-שבב עבור טכנולוגיות המחשוב האופטי הקוונטי והתקשורת של היום והעתיד", אומר פרופ' רודולף ברטשיטש מאוניברסיטת מינסטר.
פרופ' אשיש ארורה מ-IISER מוסיף, "אפילו את המגנטים המגושמים, הנדרשים גם למבודדים אופטיים, ניתן להחליף במגנטים דו-ממדיים דקים מבחינה אטומית". זה יפחית באופן דרסטי את גודלם של מעגלים משולבים פוטוניים.
הצוות פיענח את המנגנון שאחראי להשפעה שמצאו: צמדי אלקטרונים-חורים קשורים, מה שנקרא אקציטונים, במוליכים למחצה דו-ממדיים מסובבים את הקיטוב של האור חזק מאוד כאשר החומר הדק במיוחד ממוקם בשדה מגנטי קטן.
לדברי ארורה, "ביצוע ניסויים רגישים כל כך על חומרים דו-ממדיים אינו קל מכיוון ששטחי המדגם קטנים מאוד". המדענים נאלצו לפתח טכניקת מדידה חדשה המהירה בערך פי 1,000 משיטות קודמות.