独立行政机构产业技术综合研究所[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米系统研究部[研究部主任山口智彦]纳米碳材料模拟组Yoshiyuki Miyamoto研究组组长、非平衡材料模拟组研究组组长宫崎武秀是中国四川大学张宏德国马克斯普朗克材料结构与动力学研究所教授安吉尔·卢比奥与教授合作分层材料是六方氮化硼 (hBN)可以通过红外激光照射来缩短第一性原理计算进行模拟从理论上证明
该提案基于hBN，其具有蜂窝状结构，其中硼原子和氮原子交替排列，形成六元环晶格振动共振的波长的红外激光，具有巨大振幅和正负电荷的硼原子和氮原子分别向相反方向位移，引起层间振动库仑力仿真结果表明，层间距离可比原距离减少10%以上。预计这将有助于新材料的开发，例如控制层间距离并引起引入层状材料之间间隙的化学物质的反应。
该技术的详细内容将于2015年3月19日（美国东部时间）在线发表在美国物理学会期刊《Physical Review Letters》上。
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| 六方氮化硼因红外激光照射引起的晶格振动而垂直收缩的概念图 |
近年来低维物质正在引起人们的注意。特别是，它只有一个原子厚石墨烯通过利用其独特的电子特性（例如高载流子迁移率和与波长无关的光吸收）以及层间物质的掺入，预计其将具有广泛的应用，例如低功耗晶体管、高效光/电信号转换器件和高灵敏度传感器，并且对依赖于层间距离的电子特性的研究一直在取得进展。然而，迄今为止还没有能够任意控制层间距离的技术。红外激光可以使用市售设备产生，其应用以将层状材料分解成更小的碎片而闻名，例如一层一层地剥离并同时蒸发多层。相反，这个提议是一项前所未有的技术，可以加强各层之间的联系。
产业技术研究院在石墨烯等低维材料的研究开发中，旨在取代传统材料并进一步提高其性能。为了加速研究和开发，它一直致力于开发使用激光生产和改性层状材料的方法，并利用可实现高精度预测的模拟技术。世界上只有少数研究机构拥有这种模拟技术。
这项研究和开发得到了文部科学省科学研究补助金（新学术领域研究（研究领域提案类型））“原子层科学（2013-2019财年）”的部分支持。
该研究结果从理论上提出了一种通过使用强度控制的红外激光照射来增加原子层中晶格振动的幅度并增加层内偏振来增加六方氮化硼（一种层状材料）层之间偶极子吸引力的方法。该提案使用基于第一原理计算的高精度预测来预测红外激光照射下的电子运动。瞬态薛定谔方程，原子核的运动牛顿方程
hBN是层内含有硼(B)和氮(N)的化合物，如图1所示，其层具有硼原子和氮原子交替排列成蜂窝状晶格的结构。
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| 图 1 六方氮化硼 (hBN) 片中硼和氮原子的蜂窝晶格 |
这种层状材料的层间吸引力为范德华力的弱内聚力，之前的研究表明，惰性气体中的范德华力可以通过紫外激光的电子激发来增强（2014 年 5 月 19 日 AIST 新闻稿）。这项研究旨在通过激发晶格振动而不是电子激发来增强范德华力。
通过用红外激光照射该层并将其波长调整至 14 µm，可以引发晶格振动，其中硼和氮原子在该层上方和下方沿相反方向位移，如图 2 中的绿色箭头所示。由于硼和氮分别具有正电荷和负电荷，因此位移会导致各层中的极化，并且这些极化变得彼此平行。这种平行极化产生了有吸引力的相互作用。
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| 图2 红外激光引起的晶格振动以及由此产生的六方氮化硼片材偏振的概念图 |
12221_12493电源=1×1012瓦/厘米2学位）很重要。这种强度可以通过使用商用固态激光器将光束直径缩小到微米量级来实现。
未来，我们将通过实验研究支持这一理论，并研究利用红外激光压缩层间距离，引发这些原子层材料层间化学物质发生新反应的可能性，旨在开发出传统方法无法获得的新材料。此外，在这项研究中，我们将把传统上主要关注热效应的红外激光的应用范围扩大到开发与晶格振动感应相关的新化学反应。