Несмотря на то, что изучением графена занимаются многие коллективы учёных по всему миру, до сих пор удавалось изготовить лишь небольшие образцы, сильно ограничивавшие понимание, измерение свойств и наблюдение за графеном. Но время не стоит на месте, и впервые «на руках» у исследователей есть структура достаточного размера, чтобы можно было проводить практическое изучение – например, электрических характеристик. По сути, преодолены два препятствия, являвшиеся помехой для масштабирования технологии.

Несмотря на химическую простоту и минимально возможную толщину, графен исключительно прочен и обладает высокой проводимостью, поэтому идеально подходит для высокопроизводительной электроники, фотоники и многих других областей. В частности, графен рассматривается как кандидат на замену нынешних технологий полупроводниковых чипов.

До настоящего времени размер получаемого в лабораториях графена достаточного качества в форме «хлопьев» составлял доли миллиметра, а методы не отличались удобством и подразумевали снятие слоёв с кристаллов графита с помощью клейкой плёнки. Понятно, что для практического применения и особенно изучения площадь материала должна быть несколько большей. Группе учёных, в том числе из британской Национальной лаборатории физики (National Physical Laboratory, NPL), удалось впервые «вырастить» слои графена площадью около 50 мм² и использовать их в электронных устройствах. Образцы изготовлены эпитаксиальным способом, когда один слой кристаллов формируется на другом. Основой выступил карбид кремния. Достижение доказывает, что масштабирование графена реализуемо на практике.

Второй прорыв заключается в измерении электрических свойств графена с беспрецедентной точностью, что прокладывает путь к установлению стандартов. Для эффективности и коммерческой привлекательности таких устройств, как полупроводниковые элементы в компьютерах, производители должны иметь возможность осуществлять измерения их характеристик в соответствии с международными стандартами. Применительно к сопротивлению одним из них является квантовый эффект Холла – явление, при котором электрические свойства двумерного материала могут быть установлены только на основании фундаментальных постоянных. До сих пор эффект наблюдался лишь в небольшом количестве обычных полупроводников. Более того, измерения требуют условий с близкой к абсолютному нулю температурой и сильным магнитным полем, что могут обеспечить немногие лаборатории.

Квантовый эффект Холла проявляется, когда ток проходит через двумерный материал в перпендикулярном магнитном поле, а напряжение измеряется перпендикулярно и к току, и к полю. В пределах определённых интервалов поля отношение этого напряжения к току, известное как холловское сопротивление, зависит только от комбинации фундаментальных констант – постоянной Планка и заряда электрона. Из-за универсальности квантовый эффект Холла является базисом для стандарта сопротивления, независимого от конкретного изучаемого образца.

Достаточно крупные слои графена с продемонстрированным учёными холловским сопротивлением должны заменить традиционные полупроводники в массовом масштабе. Поскольку квантовый эффект Холла достижим при более высоких температурах, основанный на нём стандарт доступен многим лабораториям, а значит стоимость производства графеновой электроники будет ниже, а объём – больше. На впечатляющих результатах работа не останавливается – учёные надеются на финансовую поддержку со стороны ЕС для дальнейшего продвижения в точности измерений и повышении необходимой для этого температуры.