We present the science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems, targeting an evolution in technology, that might lead to impacts and benefits reaching into most areas of society. This roadmap was developed within the framework of the European Graphene Flagship and outlines the main targets and research areas as best understood at the start of this ambitious project. We provide an overview of the key aspects of graphene and related materials (GRMs), ranging from fundamental research challenges to a variety of applications in a large number of sectors, highlighting the steps necessary to take GRMs from a state of raw potential to a point where they might revolutionize multiple industries. We also define an extensive list of acronyms in an effort to standardize the nomenclature in this emerging field.

Optical data links are the backbone of today's telecommunication infrastructure. The integration of electronic and optic components on one chip is one of the most attractive routes to further increase the system performance. Here, we present the fabrication of photodetectors based on CVD-grown graphene on silicon photonic waveguides. The devices operate bias-free in the C-band at 1550 nm and show an extrinsic −3 dB bandwidth of 41 GHz. We demonstrate that these detectors work at data rates up to 50 GBit/s with excellent signal integrity.

Redox-based oxide resistive random-access memories (ReRAM) are being pursued as adjustable electronic devices for integrated network applications such as neuromorphic computing. Ion migration, which can be divided into cation (electrochemical metallization memory: ECM) and anion (valence change memory: VCM), defines the electrical response of ReRAM. In this study, the coexistence and control of these two ion migrations are explored in a single memory cell composed of zirconia (ZrO2). The oxygen vacancies, which are responsible for VCM in ZrO2, serve as an active layer, while Ag, as an electrochemically active electrode, is responsible for ECM behavior. The two distinct switching modes were steered by changing the electrode (Ag, Au, Gr), zirconia deposition technique or a bilayer stack of zirconia with the GeSe amorphous monochalcogenide layer. The electrical characteristics of the bilayer stack were superior to other approaches as zirconia and GeSe have different ion transport rates. This induces the confined formation of conductive filaments and only facilitates one ionic movement in both layers, resulting in improved endurance and memory window. Overall, this work encompasses the conducting mechanisms in dielectrics and presents advances in the multi-functionalities of ReRAM for brain-enhanced memory computations.