May 2, 2012

BROADBAND GRAPHENE TERAHERTZ MODULATORS ENABLED BY INTRABAND TRANSITIONS


"Broadband graphene terahertz modulators enabled by intraband transitions". B. Sensale-Rodríguez, R. Yan, M. M. Kelly, T. Fang, K. Tahy, W. S. Hwang, D. Jena, L. Liu, H. G. Xing. NATURE COMMUNICATIONS 3, 780 (2012). DOI: 10.1038/ncomms1787

Terahertz technology promises myriad applications including imaging, spectroscopy and communications. However, one major bottleneck at present for advancing this field is the lack of efficient devices to manipulate the terahertz electromagnetic waves. Here we demonstrate that exceptionally efficient broadband modulation of terahertz waves at room temperature can be realized using graphene with extremely low intrinsic signal attenuation. We experimentally achieved more than 2.5 times superior modulation than prior broadband intensity modulators, which is also the first demonstrated graphene-based device enabled solely by intraband transitions. The unique advantages of graphene in comparison to conventional semiconductors are the ease of integration and the extraordinary transport properties of holes, which are as good as those of electrons owing to the symmetric conical band structure of graphene. Given recent progress in graphene-based terahertz emitters and detectors, graphene may offer some interesting solutions for terahertz technologies.

La tecnología en la región de los terahertz promete una multidud de aplicaciones que incluyen imagenología, espectroscopia y comunicaciones. Sin embargo, uno de los mayores cuellos de botella que actualmente se presentan para el avance de este campo es la falta de dispositivos eficientes que permitan manipular ondas electromagnéticas de terahertz. Aquí se demuestra que utilizando grafeno se puede realizar a temperatura ambiente una modulación excepcionalmente eficiente de banda ancha de ondas en la región de los terahertz, con una señal de atenuación intrínseca extremadamente baja. Se obtuvo experimentalmente una modulación 2.5 veces superior a la de moduladores anteriores de intensidad de banda ancha, y que también es la primera ves que se demuestra en un dispositivo basado en grafeno que funciona solamente a partir de transiciones intrabanda. Las ventajas únicas que ofrece el grafeno en comparación a los semiconductores convencionales quedan representadas por su fácil integración y las extraordinarias propiedades en el transporte de huecos, que son tan buenas como la que los electrones le deben a la estructura de bandas cónica y simétrica del grafeno. Dado el avance reciente en los emisores y detectores basados en grafeno para la región de los terahertz, el grafeno puede ofrecer soluciones interesantes a la tecnología en la región de los terahertz.

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