Hiina riikliku loodusteaduste fondi (grantide nr 12225402, 62321004, 92250302) ja muude toetuste rahastatav prof Renmin Ma uurimisrühm Pekingi ülikooli füüsikakooli kondenseeritud ainefüüsika ja materjalide füüsika instituudis pakkus välja teooria. dielektrilistes süsteemides optilise difraktsiooni piiri murdmisest, valmistas ette aatommastaabis optilise nanoõõnsuse ja realiseeris seni väikseima režiimimahu laseri ning singulaarsusega dielektrilise nanolaseri leiutis lükkab karakteristikku laservalguse välja ulatust kuni aatomitasemeni. Uurimistulemused avaldati 17. juulil 2024 (Pekingi aja järgi) pealkirja all "Singular dilectric nanolaser with atomic-scale field localization".
Alates laserite kasutuselevõtust 1960. aastal on optiliste väljade lokaliseerimine sageduse, aja, impulsi või ruumi mõõtmetes, et saavutada suurema jõudlusega laserid, olnud laserfüüsika ja -seadmete ning uute suure jõudlusega laserite arendamise peamine liikumapanev jõud. sel viisil tekkinud laserid on samuti palju kaasa aidanud kaasaegse teaduse ja tehnoloogia arengule. Näiteks äärmuslik lokaliseerimine sagedusmõõtmes võib saada ülistabiilseid lasereid täpseks manipuleerimiseks ja mõõtmiseks, mis teeb võimalikuks aatomi jahutamise ja gravitatsioonilainete tuvastamise (2001, 2017 Nobeli füüsikaauhind); ajamõõtmes võib optilise välja ekstreemse lokaliseerimisega saada ülikiired attosekundilised laserid (2023. aasta Nobeli füüsikaauhind), mis annab võimaluse jälgida osakeste ülikiireid liikumisi mikrokosmoses. Äärmuslik lokaliseerimine lainevektori mõõtmes võib saada ultrakollimeeritud lasereid, mida saab rakendada kaugmaa tähtedevahelise ruumi kiireks optiliseks sideks; ja ruumilises dimensioonis võib äärmuslik lokaliseeritud valgusväli saada nanomõõtmelisi lasereid, mis eeldatavasti toob uusi võimalusi uue põlvkonna infotehnoloogiasse ja valguse ja aine interaktsioonide uurimiseks tugeva valgusvälja lokaliseerimisel.
Maxwelli võrranditele tuginedes pakkus Ma Renmini rühm välja teooria optilise difraktsioonipiiri läbimiseks dielektrilistes süsteemides ja leidis, et elektrivälja singulaarsus dielektrilise liblika nanoantenni tipus tuleneb impulsi hajumisest: tipu lähedal on nurk. singulaarsuse impulss on reaalarv ja radiaalimpulss on kujuteldav arv ning tipu lähedal kahe impulsi absoluutväärtus hajub, kuid kahest impulsist koosnev koguimpulss jääb piiratud väikeseks impulsi hulgaks, mille määrab materjali dielektriline konstant, mis on määratud piiratud väikese väärtusega. See mehhanism sarnaneb tasakaalustatud ergastusrežiimi valgusvälja piiramise mehhanismiga (võrdsustatud ergastusefekti korral põhjustab selle kujuteldav põikimpulss tegeliku pikisuunalise impulsi suurenemise), kuid ilma oomiliste kadudeta. Rühm ühendab lõpmatu elektrivälja singulaarsusega dielektrilise liblikakujulise nanoantenni nurga all oleva optilise nanoõõnsusega, et konstrueerida singulaarsusnanoõõnsus, mille režiimi ruumala ületab optilise difraktsiooni piiri, ja valmistab ette singulaarsuse dielektrilise nanolaseri, millel on aatomitaseme omadus. skaala pooljuhtide mitme kvantsüvendiga materjalis kaheastmelise söövitamise-kasvatamise meetodil. Laseri sisend-väljundvõimsuse suhte süstemaatiline iseloomustus, ergastuse joonelaiuse varieerumine sisendvõimsusega, teist järku koherentsus ja laserväljundi polarisatsiooniomadused kinnitavad, et singulaarsuse dielektrilisel nanolaseril on omadus läbida ergastuse optilise difraktsiooni piiri. Singulaarsuse dielektrilise nanolaseri ergastuslävi on 26 kW cm{{10}}, ergastuskorrutis on 13200, režiimi maht 0,0005 λ3 ja selle valgusväli on nanoantenni keskel äärmiselt kokkusurutud. mille poolkõrguse laius on vaid umbes 1 nm.
Singulaarsuse dielektrilised nanolaserid on esmakordselt realiseerinud laserergastuse dielektrilises süsteemis, mis rikub optilise difraktsiooni piiri, viies laservalgusvälja iseloomuliku skaala aatomitasemele, mis on võrreldav röntgenikiirgusega saavutatava skaalaga. Eeldatakse, et see läbimurre pakub uusi vahendeid materjali- ja bioteaduste valdkonna teadusuuringuteks. Samal ajal, võrreldes olemasolevate laseritega, ei tarbi singulaarsusega dielektriline nanolaser mitte ainult vähem energiat, vaid saavutab ka suurema modulatsioonikiiruse ja tugevama valguse ja aine vastastikmõju, mis eeldatavasti loob laia valikut rakendusi infotehnoloogia, tundlikkuse ja tuvastamise valdkonnas. .
