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La profundidad de la modulación en moduladores de  THz  basados en gas de electrones 2-D (2DEG)  utilizando heteroestructuras de AlGaAs / GaAs con puertas metálicas está de por sí limitada a menos del 30%. La puerta de metal no sólo atenúa la señal de THz (más del 90%), sino que también degrada severamente la profundidad de modulación. Las pérdidas en el metal pueden reducirse significativamente con un material alternativo que tenga una conductividad ajustable. El grafeno presenta una solución única a este problema debido a su estructura de bandas simétricas y movilidad extraordinariamente alta de los huecos, que es comparable a la movilidad de los electrones en semiconductores convencionales. La conductividad de huecos en el grafeno puede ser  sintonizada electrostáticamente en la configuración de condensadores paralelos de grafeno-2DEG, modulando de manera más eficiente la transmisión a frecuencia de THz. En eltrabajo, se demuestra que es posible alcanzar una profundidad de modulación de más del 90%, mientras que al mismo tiempo se minimiza la atenuación de la señal a menos del 5%, mediante la regulación del nivel de Fermi en el punto de Dirac en el grafeno.

A) Principio de funcionamiento de un modulador de THz basado en 2DEG. La transmisión de THz a través de un medio (2DEG) se modula con un voltaje aplicado entre la puerta superior y la 2DEG. La transmisión a THz es alta, con bajas densidades de 2DEG, y baja con altas densidades de 2DEG, debido a la absorción y reflexión. (B) Estructuras de capas tradicionales de metal-puerta/2DEG y grafeno/2DEG y propuestas de  grafeno / grafeno  para moduladores a THz. La muestra en el cuadro son los diagramas esquemáticos de  bandas de energía de un modulador de grafeno / aislante / grafeno que promete cerca de cero atenuación del haz de y  profundidad de modulación unidad. Cuando el nivel de Fermi está en el punto de Dirac de las capas de grafeno, tanto la superior como la  inferior, la transmisión de THz se aproxima a la unidad, cuando las láminas de electrones y de huecos de cargas se forman en las capas de grafeno superior e inferior, la transmisión de THz se acerca a cero.

En conclusión, se ha presentado un estudio analítico sobre los límites actuales de rendimiento moduladores a THz basados en 2DEG, y cómo la incorporación de grafeno como  puerta de ‘metal ajustable’ que promete mejoras significativas en el rendimiento. En las estructuras propuestas anteriormente metal/AlGaAs/2DEG/GaAs, la profundidad de modulación máxima es de por sí limitada a menos del 30% por el efecto adverso de la puerta de metal de alta conductividad, así como la conductividad máxima alcanzable de la lámina 2DEG. Una monocapa de grafeno  puede ser casi transparente, cuando su nivel de Fermi se sintoniza en el punto de Dirac y bloquea casi  todo el haz de  THz cuando se ajusta a su máxima conductividad, lo cual es extraordinario en comparación con cualquier otro sistema 2DEG. Mediante la adopción de grafeno en moduladores 2DEG  a THz, la atenuación del haz es baja y despreciable y profundidad de modulación próxima a la unidad  es alcanzable, proporcionando  ventajas incluyendo RT,  banda ancha, y polarización independiente de la operación.

Fuente:  Next Big Future