Финансиран од стране Националне фондације за природне науке Кине (бр. грантова 12225402, 62321004, 92250302) и других грантова, истраживачка група проф. Ренмин Ма на Институту за физику кондензоване материје и физику материјала, Факултет физике Универзитета у Пекингу, предложила је пробијања границе оптичке дифракције у диелектричним системима, припремио оптичку нано-шупљину атомске размере и реализовао најмањи ласер у запремини мода до сада, а проналазак сингуларног диелектричног нано-ласера помера карактеристике скала ласерског светлосног поља све до атомског нивоа. Резултати истраживања објављени су 17. јула 2024. (по пекиншком времену) под насловом „Сингуларни диелектрични наноласер са локализацијом поља атомске скале“.
Од увођења ласера 1960. године, локализација оптичких поља у димензијама фреквенције, времена, момента или простора како би се постигли ласери виших перформанси била је кључна покретачка снага за развој ласерске физике и уређаја, као и нових високих перформанси. тако настали ласери су такође у великој мери допринели напретку савремене науке и технологије. На пример, екстремна локализација у димензији фреквенције може да добије ултра-стабилне ласере за прецизну манипулацију и мерење, чинећи атомско хлађење и детекцију гравитационих таласа могућим (2001, 2017 Нобелова награда за физику); у временској димензији, екстремна локализација оптичког поља може да добије ултрабрзе атосекундне ласере (Нобелова награда за физику 2023.), што пружа могућност посматрања ултрабрзих кретања честица у микрокосмосу. Екстремна локализација у димензији таласног вектора може да добије ултра-колимиране ласере, који се могу применити на оптичку комуникацију велике брзине у међузвезданом свемиру на великим удаљеностима; иу просторној димензији, екстремно локализовано светлосно поље може да добије ласере у наноразмери, што се очекује да донесе нове могућности за нову генерацију информационих технологија и проучавање интеракција светлост-материја под локализацијом јаког светлосног поља.
На основу Максвелових једначина, Ма Ренминова група је предложила теорију за пробијање границе оптичке дифракције у диелектричним системима и открила да сингуларност електричног поља на врху диелектричне наноантене лептира потиче од дисперзије момента: близу темена, угаона импулс сингуларитета је реалан број, а радијални импулс је имагинарни број, а у близини темена, апсолутна вредност два момента гибања се распршује, али укупни импулс који се састоји од два момента остаје коначна мала количина импулса одређена помоћу диелектрична константа материјала одређена коначном малом вредношћу. Овај механизам је сличан механизму ограничавања светлосног поља у режиму еквипартиционог побуђивања (у ефекту равнодељене ексцитације, његов имагинарни попречни импулс изазива повећање стварног уздужног момента), али без омских губитака. Група комбинује диелектричну наноантену у облику лептира са бесконачним сингуларитетом електричног поља са оптичком наношупљином у завојима да би конструисала сингуларну наношупљину са запремином мода која пробија границу оптичке дифракције, и припрема сингуларитет диелектрични наноласер са карактеристиком на атомском нивоу скала у полупроводничком материјалу за појачање са више квантних бунара двостепеном методом јеткања-раста. Систематска карактеризација односа снаге између улазне и излазне снаге ласера, варијације ширине линије побуде са улазном снагом, кохерентност другог реда и својства поларизације ласерског излаза потврђују да диелектрични наноласер сингуларности има својство пробијања границе оптичке дифракције за побуду. Сингуларни диелектрични наноласер има праг побуде од 26 кВ цм{{10}}, фактор ексцитације од 13200, запремину мода од 0,0005 λ3, а његово светлосно поље је изузетно компримовано у центру наноантене са ширином половине висине од само око 1 нм.
Сингуларни диелектрични наноласери су по први пут реализовали ласерско побуђивање у диелектричном систему који пробија границу оптичке дифракције, унапређујући карактеристичну скалу поља ласерске светлости на атомски ниво, упоредив са скалом коју достижу рендгенски зраци. Очекује се да ће овај напредак обезбедити нове алате за истраживање материјала и наука о животу. У међувремену, у поређењу са постојећим ласерима, сингуларни диелектрични наноласер не само да троши мање енергије, већ и остварује већу брзину модулације и јаче интеракције светлости и материје, за које се очекује да ће створити широк спектар примена у области информационих технологија, детекције и детекције. .
