Dibiayai oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China (No. Geran 12225402, 62321004, 92250302) dan geran lain, kumpulan penyelidikan Prof. Renmin Ma di Institut Fizik Bahan dan Fizik Bahan Terkondensasi, Sekolah Fizik, Universiti Peking, mencadangkan teori memecahkan had pembelauan optik dalam sistem dielektrik, menyediakan rongga nano optik berskala atom, dan merealisasikan laser terkecil dalam volum mod setakat ini, dan ciptaan Penciptaan nano-laser dielektrik singulariti menolak ciri skala medan cahaya laser ke peringkat atom. Hasil penyelidikan telah diterbitkan pada 17 Julai 2024 (waktu Beijing) di bawah tajuk "Nanolaser dielektrik tunggal dengan penyetempatan medan skala atom".
Sejak pengenalan laser pada tahun 1960, penyetempatan medan optik dalam dimensi kekerapan, masa, momentum atau ruang untuk mencapai laser prestasi yang lebih tinggi telah menjadi daya penggerak teras untuk pembangunan fizik dan peranti laser, dan prestasi tinggi yang baharu. laser yang dihasilkan oleh itu juga telah banyak menyumbang kepada kemajuan sains dan teknologi moden. Sebagai contoh, penyetempatan yang melampau dalam dimensi frekuensi boleh mendapatkan laser ultra-stabil untuk manipulasi dan pengukuran ketepatan, menjadikan penyejukan atom dan pengesanan gelombang graviti mungkin (Hadiah Nobel dalam Fizik 2001, 2017); dalam dimensi masa, penyetempatan melampau medan optik boleh mendapatkan laser attosaat ultra-pantas (Hadiah Nobel dalam Fizik 2023), yang memberikan kemungkinan memerhati gerakan ultra-pantas zarah dalam mikrokosmos. Penyetempatan yang melampau dalam dimensi gelombang gelombang boleh mendapatkan laser ultra-kolimat, yang boleh digunakan untuk komunikasi optik berkelajuan tinggi ruang antara bintang jarak jauh; dan dalam dimensi spatial, medan cahaya setempat yang melampau boleh memperoleh laser skala nano, yang dijangka membawa peluang baharu untuk teknologi maklumat generasi baharu dan kajian interaksi jirim cahaya di bawah penyetempatan medan cahaya yang kuat.
Berdasarkan persamaan Maxwell, kumpulan Ma Renmin mencadangkan teori untuk menembusi had pembelauan optik dalam sistem dielektrik, dan mendapati bahawa ketunggalan medan elektrik pada puncak nanoantenna rama-rama dielektrik berasal daripada penyebaran momentum: berhampiran bucu, sudut momentum kesingularan ialah nombor nyata, dan momentum jejari ialah nombor khayalan, dan berhampiran bucu, nilai mutlak kedua-dua momentum itu tersebar, tetapi jumlah momentum yang terdiri daripada dua momentum kekal sebagai jumlah momentum kecil terhingga yang ditentukan oleh pemalar dielektrik bahan ditentukan oleh nilai kecil terhingga. Mekanisme ini adalah serupa dengan mekanisme kurungan medan cahaya bagi mod pengujaan setara (dalam kesan pengujaan setara, momentum melintang khayalannya menyebabkan momentum membujur sebenar meningkat), tetapi tanpa kehilangan ohmik. Kumpulan ini menggabungkan nanoantenna berbentuk rama-rama dielektrik dengan kesingularan medan elektrik yang tidak terhingga dengan nanokaviti optik selekoh untuk membina nanokaviti ketunggalan dengan volum mod yang menembusi had pembelauan optik, dan menyediakan nanolaser dielektrik ketunggalan dengan ciri tahap atom. skala dalam bahan perolehan telaga berbilang kuantum semikonduktor dengan kaedah dua langkah etsa-pertumbuhan. Pencirian sistematik perhubungan kuasa input-output laser, variasi lebar garis pengujaan dengan kuasa input, koheren tertib kedua dan sifat polarisasi output laser mengesahkan bahawa nanolaser dielektrik singulariti mempunyai sifat menembusi had pembelauan optik untuk pengujaan. Nanolaser dielektrik ketunggalan mempunyai ambang pengujaan 26 kW cm{{10}}, faktor produk pengujaan 13200, volum mod 0.0005 λ3, dan medan cahayanya sangat termampat di tengah-tengah nanoantenna dengan lebar separuh ketinggian hanya kira-kira 1 nm.
Nano-laser dielektrik ketunggalan telah buat pertama kalinya merealisasikan pengujaan laser dalam sistem dielektrik yang memecahkan had pembelauan optik, memajukan skala ciri medan cahaya laser ke tahap atom, setanding dengan skala yang dicapai oleh sinar-X. Kejayaan ini dijangka menyediakan alat baharu untuk penyelidikan dalam bahan dan sains hayat. Sementara itu, berbanding dengan laser sedia ada, nanolaser dielektrik singulariti bukan sahaja menggunakan kurang tenaga, tetapi juga merealisasikan kelajuan modulasi yang lebih pantas dan interaksi jirim cahaya yang lebih kuat, yang dijangka menjana pelbagai aplikasi dalam bidang teknologi maklumat, penderiaan dan pengesanan. .
