纳米间隙中C60链的电-机械切换
1970年，在理论上预测了碳C60富勒烯，而1985年发现了它作为一种实际存在的物质。富勒烯是一个具有纳米尺寸的笼状结构材料；这种小尺寸使其有望应用于下一代电子器件中的超小单元元素。
与此同时，构成笼架的碳原子通过化学反应在功能基团分子之间形成衍生物，并在富勒烯之间形成连接。已经进行了许多尝试，以利用C60分子的特性用于电子器件。其中，衍生物已经被合成并应用于太阳能电池的电子传输层，以改善其性能。
此外，通过掺杂和聚合，C60晶体的导电性可以增加。通过电子束或紫外光照射，富勒烯之间的聚合/解聚反应被证明可以增加其导电性。使用扫描隧道显微镜研究了可逆的聚合/解聚反应。在基于STM的研究中，聚合/解聚可以通过STM探针的载流子注入进行控制。
此外，通过STM探针的电荷注入在C60薄膜中形成环状C60聚合物区域，表明了由传播的载流子引起的离子反应。通过电子束光刻和电迁移的过程制备了具有纳米间隙的源电极和漏电极。EBL连接了电极，然后通过反馈控制的电迁移进行分离。
AuPd合金电极通过传统的热蒸发沉积。电迁移方法可重复形成纳米间隙的期望分离，典型长度为几纳米到几十纳米，曲率尖端半径为几纳米。通过扫描电子显微镜观察到电极的明显尖端曲率约为7纳米。
狭窄而尖锐的尖端有望在两个金属电极之间高效形成一个C60链。CPTA薄膜从二甲基甲酰胺溶液中涂覆在电极表面和纳米间隙上。包括通过电子束光刻形成的20纳米间隙的微加工电极上沉积的CPTA薄膜。纳米尺度制造的电极的扫描电子显微镜图像。曲率的尖端半径约为7纳米。
在低于5.0×10^-3 Pa的真空条件下，测量了室温下的I-V特性，其中获得了二进制电阻切换。为避免通道中的意外光激发，测量室进行了阴影处理。随着电压的逐渐增加，纳米间隙中的电极之间产生了微小的非线性电流，并且在某个电压下电流急剧增加。
值得注意的是，在C60通道中没有使用预设的电子束和/或光照作为初始富勒烯导电的过程。与此同时，未经电子束或光照照射的微通道上没有观察到电流。由于电极之间的CPTA涂层的初始电阻直接反映了纳米间隙的长度，所以电流步跃随着电极之间的距离增加而减小。
其与纳米间隙电阻成反比。对于13个样品，电流步跃的电压测量值为2.15 ± 0.58 V。这个电压下的快速电流跳跃与STM实验中报道的聚合电压一致，稍后将进行讨论。在初始电压应用期间的I-V特性。
电极间电阻与电流和电压之间的关系以及CTPA涂层后电流突增。图中的虚线表示最小二乘拟合。纳米间隙通道中观察到的低电流可能代表了在强电场下的电流。由于CPTA分子具有化学功能添加剂，它们倾向于在其极性位置处电极化和变形。
这可以将电流路径距离最小化，并产生跳跃电流的增加和局部加热。由于CPTA上的-COOH功能基团表现为电荷捕获，电流传导可能受到捕获效应的严重限制。考虑到电流数据，基于PF-和SCLC类型分析的跳跃传输在应用电场下得到了广泛采用。
通过高电阻非晶态CPTA分子的初始跳跃电流可以通过PF型传导来理解，而不是SCLC传导。进一步的电压应用导致了在2.5 V时的快速电流跳跃。在快速电流跳跃期间，纳米间隙中的电流急剧增加，实现了欧姆型电流流动。低电压区域内第二次电流注入的电阻减小了约1/100。
随后，源极-漏极电压的进一步增加导致电流的非线性增加。与此同时，应用电压的进一步增加表现为急剧的电流下降，被认为是负差电阻。这个NDR是从低电阻态中的高电流到高电阻态中的低电流的切换点。
从低电阻态向高电阻态过渡时，在I-V特性中产生的负差电阻。与这种NDR特性相关的电流下降称为“复位”。在电流的作用下，通道加热可以去除CPTA中的-COOH化学功能添加剂，并将其转变为自由C60，作为来自200-300 °C处移除的C60表面的化学替代元素。
对于PCBM，其化学取代基元素可以在340 °C下去除，返回到原始的C60。 在功能添加剂被去除之后，C60的位置可以在狭窄的纳米间隙中在高电场下重新排列，并允许更密集地堆积C60以增加电流。
结论
载流子从形状电极注入到C60中，这在纳米尺度的C60链中得到了表征。通过相邻C60之间的聚合/解聚反应引起的C60纳米链的电阻变化产生了二进制电阻切换。纳米尺度的C60链在纳米间隙中可用于评估切换周期中的单个结电阻。
该结产生了一个急剧的电流增加，并通过重新聚合和解聚反应导致电流下降。通过切换特性中的切换电压和电流分布，纳米间隙中的C60链显示出解聚通过加热促进了电阻切换，而重新聚合则是由施加的电压引起的。在富勒烯切换中，估计的切换能量成功地评估为几毫瓦。
