Trong nhiều thế kỷ người ta đã biết rằng ánh sáng thể hiện hành vi giống sóng trong một số tình huống nhất định. Một số vật liệu có khả năng làm quay sự phân cực, tức là hướng dao động của sóng ánh sáng khi ánh sáng truyền qua vật liệu. Thuộc tính này được sử dụng trong thành phần trung tâm của mạng truyền thông quang học được gọi là “bộ cách ly quang học” hoặc “điốt quang học”. Thành phần này cho phép ánh sáng truyền theo một hướng nhưng chặn tất cả ánh sáng theo hướng khác.
Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà vật lý Đức và Ấn Độ đã chỉ ra rằng các vật liệu hai chiều siêu mỏng như vonfram diselenide có thể làm xoay sự phân cực của ánh sáng khả kiến vài độ ở những bước sóng nhất định dưới từ trường nhỏ thích hợp để sử dụng trên chip. Các nhà khoa học từ Đại học Münster, Đức và Viện Nghiên cứu và Giáo dục Khoa học Ấn Độ (IISER) ở Pune, Ấn Độ, đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Truyền thông tự nhiên.
Một trong những vấn đề với các bộ cách ly quang thông thường là chúng khá lớn với kích thước từ vài mm đến vài cm. Kết quả là, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể tạo ra các hệ thống quang học tích hợp thu nhỏ trên một con chip có thể so sánh được với các công nghệ điện tử dựa trên silicon hàng ngày. Các chip quang tích hợp hiện nay chỉ bao gồm vài trăm phần tử trên một chip.
Để so sánh, một con chip xử lý máy tính chứa hàng tỷ phần tử chuyển mạch. Do đó, công việc của nhóm Đức-Ấn Độ là một bước tiến trong việc phát triển các bộ cách ly quang thu nhỏ. Các vật liệu 2D được các nhà nghiên cứu sử dụng chỉ dày vài lớp nguyên tử và do đó mỏng hơn hàng trăm nghìn lần so với sợi tóc người.
Giáo sư Rudolf Bratschisch từ Đại học Münster cho biết: “Trong tương lai, các vật liệu hai chiều có thể trở thành cốt lõi của các bộ cách ly quang học và cho phép tích hợp trên chip cho các công nghệ truyền thông và điện toán quang lượng tử quang học ngày nay cũng như trong tương lai”.
Giáo sư Ashish Arora từ IISER cho biết thêm: “Ngay cả những nam châm cồng kềnh, cũng được yêu cầu cho các bộ cách ly quang, cũng có thể được thay thế bằng nam châm 2D mỏng cấp nguyên tử”. Điều này sẽ làm giảm đáng kể kích thước của mạch tích hợp quang tử.
Nhóm nghiên cứu đã giải mã cơ chế gây ra hiệu ứng mà họ tìm thấy: Các cặp electron-lỗ trống liên kết, còn gọi là exciton, trong chất bán dẫn 2D làm quay sự phân cực của ánh sáng rất mạnh khi vật liệu siêu mỏng được đặt trong một từ trường nhỏ.
Theo Arora, “Tiến hành những thí nghiệm nhạy cảm như vậy trên vật liệu hai chiều không hề dễ dàng vì diện tích mẫu rất nhỏ”. Các nhà khoa học đã phải phát triển một kỹ thuật đo mới nhanh hơn khoảng 1,000 lần so với các phương pháp trước đây.