चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान संख्या 12225402, 62321004, 92250302) और अन्य अनुदानों द्वारा वित्तपोषित, पेकिंग विश्वविद्यालय के भौतिकी विद्यालय के संघनित पदार्थ भौतिकी और पदार्थ भौतिकी संस्थान में प्रोफेसर रेनमिन मा के शोध समूह ने परावैद्युत प्रणालियों में प्रकाशीय विवर्तन की सीमा को तोड़ने का एक सिद्धांत प्रस्तावित किया, एक परमाणु-पैमाने पर ऑप्टिकल नैनो-गुहा तैयार की, और अब तक के मोड वॉल्यूम में सबसे छोटे लेजर का एहसास किया, और विलक्षणता परावैद्युत नैनो-लेजर का आविष्कार लेजर प्रकाश क्षेत्र के विशिष्ट पैमाने को परमाणु स्तर तक नीचे धकेलता है। शोध के परिणाम 17 जुलाई, 2024 (बीजिंग समय) को "परमाणु-पैमाने पर क्षेत्र स्थानीयकरण के साथ विलक्षण परावैद्युत नैनोलेजर" शीर्षक के तहत प्रकाशित किए गए थे।
1960 में लेज़रों की शुरुआत के बाद से, उच्च प्रदर्शन वाले लेज़रों को प्राप्त करने के लिए आवृत्ति, समय, गति या स्थान के आयामों में ऑप्टिकल क्षेत्रों का स्थानीयकरण लेज़र भौतिकी और उपकरणों के विकास के लिए मुख्य प्रेरक शक्ति रहा है, और इस प्रकार उत्पन्न नए उच्च प्रदर्शन वाले लेज़रों ने भी आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की प्रगति में बहुत योगदान दिया है। उदाहरण के लिए, आवृत्ति आयाम में चरम स्थानीयकरण सटीक हेरफेर और माप के लिए अल्ट्रा-स्थिर लेज़र प्राप्त कर सकता है, जिससे परमाणु शीतलन और गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाना संभव हो जाता है (2001, 2017 भौतिकी में नोबेल पुरस्कार); समय आयाम में, ऑप्टिकल क्षेत्र का चरम स्थानीयकरण अल्ट्रा-फास्ट एटोसेकंड लेज़र (2023 भौतिकी में नोबेल पुरस्कार) प्राप्त कर सकता है, और स्थानिक आयाम में, चरम स्थानीयकृत प्रकाश क्षेत्र नैनोस्केल लेजर प्राप्त कर सकता है, जिससे सूचना प्रौद्योगिकी की नई पीढ़ी और मजबूत प्रकाश क्षेत्र के स्थानीयकरण के तहत प्रकाश-पदार्थ इंटरैक्शन के अध्ययन के लिए नए अवसर लाने की उम्मीद है।
मैक्सवेल के समीकरणों के आधार पर, मा रेनमिन के समूह ने परावैद्युत प्रणालियों में प्रकाशीय विवर्तन सीमा को तोड़ने के लिए एक सिद्धांत प्रस्तावित किया, और पाया कि परावैद्युत तितली नैनोएंटेना के शीर्ष पर विद्युत क्षेत्र विलक्षणता गति के फैलाव से उत्पन्न होती है: शीर्ष के पास, विलक्षणता की कोणीय गति एक वास्तविक संख्या है, और रेडियल गति एक काल्पनिक संख्या है, और शीर्ष के पास, दो गतियों का निरपेक्ष मान फैलता है, लेकिन दो गतियों से मिलकर कुल गति एक परिमित छोटी मात्रा में गति बनी रहती है जो एक परिमित छोटे मान द्वारा निर्धारित सामग्री परावैद्युत स्थिरांक द्वारा निर्धारित होती है। यह तंत्र समविभाजित उत्तेजना मोड के प्रकाश-क्षेत्र परिरोध तंत्र के समान है (समविभाजित उत्तेजना प्रभाव में, इसकी काल्पनिक अनुप्रस्थ गति वास्तविक अनुदैर्ध्य गति को बढ़ाने का कारण बनती है), लेकिन ओमिक नुकसान के बिना। समूह एक डाइइलेक्ट्रिक तितली के आकार के नैनोएंटेना को एक अनंत विलक्षण विद्युत क्षेत्र के साथ एक कोने वाले ऑप्टिकल नैनोकैविटी के साथ जोड़ता है ताकि एक मोड वॉल्यूम के साथ एक विलक्षण नैनोकैविटी का निर्माण किया जा सके जो ऑप्टिकल विवर्तन सीमा को तोड़ता है, और दो-चरणीय नक़्काशी-विकास विधि द्वारा अर्धचालक बहु-क्वांटम-वेल लाभ सामग्री में परमाणु-स्तरीय सुविधा पैमाने के साथ एक विलक्षण डाइइलेक्ट्रिक नैनोलेजर तैयार करता है। लेजर इनपुट-आउटपुट पावर संबंध, इनपुट पावर के साथ उत्तेजना लाइनविड्थ भिन्नता, द्वितीय-क्रम सुसंगतता और लेजर आउटपुट ध्रुवीकरण गुणों का व्यवस्थित लक्षण वर्णन इस बात की पुष्टि करता है कि विलक्षण डाइइलेक्ट्रिक नैनोलेजर में उत्तेजना के लिए ऑप्टिकल विवर्तन सीमा को तोड़ने का गुण है। विलक्षणता परावैद्युत नैनोलेजर की उत्तेजन सीमा 26 kW cm{{10}} है, उत्तेजन उत्पाद कारक 13200 है, मोड आयतन 0.0005 λ3 है, तथा इसका प्रकाश क्षेत्र नैनोएंटेना के केंद्र में अत्यंत संकुचित है, जिसकी आधी ऊंचाई चौड़ाई केवल लगभग 1 nm है।
सिंगुलैरिटी डाइइलेक्ट्रिक नैनो-लेजर ने पहली बार डाइइलेक्ट्रिक सिस्टम में लेजर उत्तेजना को साकार किया है जो ऑप्टिकल विवर्तन सीमा को तोड़ता है, लेजर प्रकाश क्षेत्र के विशिष्ट पैमाने को परमाणु स्तर तक आगे बढ़ाता है, जो एक्स-रे द्वारा प्राप्त पैमाने के बराबर है। इस सफलता से सामग्री और जीवन विज्ञान में अनुसंधान के लिए नए उपकरण उपलब्ध होने की उम्मीद है। इस बीच, मौजूदा लेज़रों की तुलना में, सिंगुलैरिटी डाइइलेक्ट्रिक नैनोलेजर न केवल कम ऊर्जा की खपत करता है, बल्कि तेज़ मॉड्यूलेशन गति और मजबूत प्रकाश-पदार्थ इंटरैक्शन को भी साकार करता है, जिससे सूचना प्रौद्योगिकी, संवेदन और पता लगाने के क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला उत्पन्न होने की उम्मीद है।
