El método, descrito en "Nature Communications", ofrece una herramienta accesible para evaluar la calidad de materiales 2D y comparar distintos procesos de fabricación
Cuando la punta de un microscopio de fuerzas atómicas se desplaza sobre un material, la fricción que experimenta proporciona información sobre la superficie que recorre. Esta técnica, conocida como microscopía de fuerza lateral (LFM, por sus siglas en inglés), se utiliza desde hace décadas para explorar materiales con resolución atómica.
Hasta ahora, se consideraba que solo podía detectar irregularidades en la capa más externa y que los defectos situados bajo la superficie permanecían fuera de su alcance. Un equipo internacional liderado por la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) refuta esta idea en un artículo publicado en Nature Communications.
El estudio demuestra que la microscopía de fuerza lateral no solo permite detectar vacantes atómicas —puntos de la red cristalina en los que falta un átomo—, sino también determinar si estas se encuentran en la superficie o en una capa inmediatamente inferior. Para ello, los investigadores utilizaron disulfuro de molibdeno (MoS₂), un material bidimensional con numerosas aplicaciones tecnológicas.
La investigación, dirigida por Cristina Gómez-Navarro y J. G. Vilhena, de la Universidad Autónoma de Madrid, cuenta también con la participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad de Murcia (UM), la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y la Universidad Jagellónica de Cracovia (UJ), en Polonia.
Una huella de fricción revela la profundidad del defecto
Al desplazar la punta del microscopio sobre el MoS₂, los científicos observaron dos respuestas claramente diferenciadas. Cuando la punta atraviesa una vacante de azufre situada en la capa superficial, la fricción experimenta primero una caída brusca y, a continuación, un pico, como si se produjera un pequeño tropiezo seguido de un impulso.
En cambio, cuando la vacante —en este caso, de molibdeno— se encuentra bajo la primera capa, la señal solo presenta el pico final, sin la caída previa. Estas huellas son tan diferentes y reproducibles que funcionan como un código de barras: permiten identificar la presencia de un átomo ausente y determinar a qué profundidad se encuentra.
Para comprobar que las señales correspondían realmente a vacantes atómicas, y no a contaminación u otras imperfecciones del material, el equipo combinó los experimentos con simulaciones de dinámica molecular. Estas reprodujeron con detalle atómico el desplazamiento de la punta sobre distintos tipos de defectos.
Los resultados de las simulaciones coincidieron con las mediciones experimentales y permitieron explicar el origen físico del fenómeno. Una vacante superficial aumenta localmente la separación entre los átomos, lo que permite que la punta se relaje y provoca la caída característica de la fricción. Una vacante subsuperficial, por el contrario, no modifica la periodicidad de la capa superior y, por tanto, no genera esa disminución.
Los investigadores describieron además este mecanismo mediante un modelo mecánico y comprobaron que el efecto no depende exclusivamente de la composición química del MoS₂, sino de la geometría del defecto. Esto indica que el método podría aplicarse a otros materiales bidimensionales formados por capas.
Una herramienta accesible para evaluar materiales 2D
Otras técnicas capaces de resolver defectos atómicos, como la microscopía de efecto túnel o la microscopía electrónica de transmisión, suelen requerir condiciones experimentales complejas, como un vacío ultraalto o temperaturas criogénicas. La microscopía de fuerza lateral, en cambio, puede utilizarse en condiciones más accesibles, lo que facilita su incorporación a los análisis rutinarios de los laboratorios de materiales.
Como demostración de su utilidad práctica, el equipo comparó la densidad y el tipo de defectos presentes en muestras de MoS₂ obtenidas mediante dos métodos habituales de fabricación: la deposición química en fase vapor (CVD) y la exfoliación mecánica de un cristal macroscópico.
Los resultados muestran que las muestras producidas mediante CVD contienen una mayor densidad de defectos superficiales que las obtenidas por exfoliación. Esta información puede ayudar a seleccionar el método de fabricación más adecuado para distintas aplicaciones, desde la electrónica hasta la catálisis.
"Durante mucho tiempo se pensó que la fricción solo nos hablaba de la superficie más externa de un material. Comprobar que también proporciona información sobre lo que ocurre justo debajo, y que puede ayudarnos a evaluar la calidad de una muestra, demuestra que esta técnica es mucho más versátil de lo que se creía", concluye Cristina Gómez-Navarro, investigadora principal del trabajo.
Referencia bibliográfica:
R O. Gutiérrez-Varela, A. Zambudio, P. Ares, J. Gómez-Herrero, E. Gnecco, J. Colchero, J. G. Vilhena, C. Gómez-Navarro. "Unveiling surface and subsurface atomic vacancies in MoS2 with lateral force microscopy". Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75151-0
