横向力显微镜揭示MoS₂次表层原子空位，推翻长期假设
作者：Marie，1ban.news科学记者
数十年来，横向力显微镜（LFM）,,一种测量纳米尺度摩擦力的扫描探针技术,,被认为只对最表层原子层敏感。人们假定，次表层特征对于在表面滑动的探针是不可见的。
由马德里自治大学的Cristina Gómez-Navarro和马德里材料科学研究所（ICMM-CSIC）的J. G. Vilhena领导的一个团队证明这一假设是错误的。在7月9日发表在《自然·通讯》上的一项研究中，他们证明LFM不仅能检测二硫化钼（MoS₂）表面下方的原子空位，还能根据独特的摩擦指纹按深度对其进行分类。
两种特征，两种深度
研究人员在单层和少层MoS₂,,一种因其电子和光学特性而被广泛研究的过渡金属二硫族化物,,上使用接触模式LFM。当尖锐的探针扫描表面时，悬臂的扭转偏转记录每个点的横向（摩擦）力。
当探针遇到表面空位,,最顶层缺失的硫原子,,时，摩擦信号显示出该团队称之为”下落-上升”的特征模式：横向力随着探针落入缺失原子位点而突然下降，然后在探针爬出时急剧上升。
当探针经过次表层空位,,表面下一层缺失的原子,,时，特征完全不同。没有入口下落（表面层完整，因此探针不会掉入孔中），但在出口侧出现一个显著的摩擦峰。团队解释说，这种出口势垒的产生是因为下方的缺失原子造成了局部晶格畸变，当探针移动时会对探针产生不对称的”挤压”。
经模拟验证
实验观察结果通过分子动力学模拟得到确认，并由普朗特-汤姆林森模型,,纳米摩擦的经典框架,,定量描述。重要的是，模拟揭示该机制是几何性的而非化学性的：缺失原子造成的晶格扰动会影响探针的轨迹，与具体材料无关。
这意味着该技术应能推广到整个层状材料家族,,石墨烯、六方氮化硼、其他过渡金属二硫族化物等。
二维材料质量控制的实用工具
这一发现具有直接的实践意义。原子空位是二维材料中最常见的缺陷之一，它们的存在,,以及深度,,直接影响电子、光学和机械性能。迄今为止，识别次表层空位需要透射电子显微镜（可能损坏样品）或扫描隧道显微镜（需要真空和导电样品）。LFM提供了一种非破坏性、高分辨率且相对高通量的替代方案，可在环境条件下工作。
该团队通过比较化学气相沉积（CVD）生长和机械剥离的MoS₂样品之间的缺陷密度和类型，展示了该方法的实用性。CVD生长的薄膜表现出更高的整体空位密度，但表面与次表层的比例不同,,这一信息可反馈到合成优化中。
更广泛的影响
这项工作还重塑了研究人员解释现有LFM数据的方式。如果次表层特征,,而不仅仅是表面形貌,,影响MoS₂上的摩擦，那么对于已经测量过纳米摩擦的其他材料可能也是如此。一些以前归因于表面化学的摩擦信号，回顾起来，可能是由隐藏的次表层缺陷引起的。
对于蓬勃发展的二维材料器件领域，以非破坏性方式大规模绘制次表层空位的能力可能成为标准计量步骤,,这一步骤除纳米科学实验室已经普遍使用的原子力显微镜外，不需要任何专门仪器。
这项工作得到了西班牙科学部、ERC启动基金HeaT2Defects、马德里自治区和波兰国家科学中心等的支持。
来源：
1. Gutiérrez-Varela， O.， Zambudio， A.， Ares， P. 等。”Unveiling surface and subsurface atomic vacancies in MoS₂ with lateral force microscopy.” Nature Communications（2026）。 DOI： 10.1038/s41467-026-75151-0
2. ICMM-CSIC / UAM / IFIMAC 新闻材料，2026年7月
婷 翻译