במימון הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס' 12225402, 62321004, 92250302) ומענקים אחרים, קבוצת המחקר של פרופ' רנמין מא במכון לפיזיקה של החומר המעובה ופיסיקה של החומרים, בית הספר לפיזיקה, אוניברסיטת פקינג, הציעה תיאוריה של שבירת גבול העקיפה האופטית במערכות דיאלקטריות, הכינו ננו-חלל אופטי בקנה מידה אטומי, והבינו את הלייזר הקטן ביותר בנפח המצב עד כה, והמצאת הננו-לייזר הדיאלקטרי המצאת הייחודיות דוחפת את המאפיין קנה המידה של שדה אור הלייזר עד לרמה האטומית. תוצאות המחקר פורסמו ב-17 ביולי 2024 (שעון בייג'ינג) תחת הכותרת "ננולייזר דיאלקטרי יחיד עם לוקליזציה של שדה בקנה מידה אטומי".
מאז כניסת הלייזרים ב-1960, לוקליזציה של שדות אופטיים בממדים של תדר, זמן, מומנטום או מרחב להשגת לייזרים בעלי ביצועים גבוהים יותר הייתה הכוח המניע העיקרי לפיתוח פיזיקה ומכשירי לייזר, והביצועים הגבוהים החדשים לייזרים שנוצרו כך גם תרמו רבות להתקדמות המדע והטכנולוגיה המודרניים. לדוגמה, לוקליזציה קיצונית בממד התדר יכולה להשיג לייזרים יציבים במיוחד למניפולציה ומדידה מדויקת, מה שמאפשר קירור אטומי וזיהוי גלי כבידה (2001, פרס נובל לפיזיקה לשנת 2017); בממד הזמן, לוקליזציה קיצונית של השדה האופטי יכולה להשיג לייזרים אטו-שניות מהירים במיוחד (פרס נובל לפיזיקה לשנת 2023), המספק את האפשרות לצפות בתנועות מהירות במיוחד של חלקיקים במיקרוקוסמוס. הלוקליזציה הקיצונית בממד הגל יכולה להשיג לייזרים אולטרה-קולימטים, אותם ניתן ליישם בתקשורת אופטית במהירות גבוהה בחלל בין-כוכבי למרחקים ארוכים; ובמימד המרחבי, שדה האור המקומי הקיצוני יכול להשיג לייזרים בקנה מידה ננומטרי, מה שצפוי להביא הזדמנויות חדשות לדור החדש של טכנולוגיית המידע ולמחקר של אינטראקציות אור-חומר תחת לוקליזציה של שדה האור החזק.
בהתבסס על משוואות מקסוול, הקבוצה של מא רנמין הציעה תיאוריה לפרוץ את גבול העקיפה האופטית במערכות דיאלקטריות, ומצאה שסינגולריות השדה החשמלי בקודקוד ננואנטנת הפרפר הדיאלקטרי מקורה בפיזור התנע: ליד הקודקוד, הזוויתי התנע של הסינגולריות הוא מספר ממשי, והתנע הרדיאלי הוא מספר דמיוני, ובסמוך לקודקוד, הערך המוחלט של שני התנעים מתפזר, אך התנע הכולל המורכב משני התנע נשאר כמות קטנה סופית של תנע שנקבע על ידי קבוע דיאלקטרי חומר שנקבע על ידי ערך קטן סופי. מנגנון זה דומה למנגנון הכליאה של שדה האור של מצב עירור מאוזן (באפקט עירור מאוזן, המומנטום הרוחבי הדמיוני שלו גורם להגדלת התנע האורכי האמיתי), אך ללא ההפסדים האוהמיים. הקבוצה משלבת ננו-אנטנה בצורת פרפר דיאלקטרי עם ייחודיות אינסופית של שדה חשמלי עם ננו-חלל אופטי בפינה כדי לבנות ננו-חלל ייחודיות עם נפח מצב שפורץ את גבול העקיפה האופטית, ומכינה ננו-לייזר דיאלקטרי ייחודי עם תכונה ברמה אטומית קנה מידה בחומר רב-קוונטי-באר מוליכים למחצה על ידי השיטה הדו-שלבית של תחריט-צמיחה. האפיון השיטתי של יחסי כוח קלט-פלט לייזר, וריאציה של רוחב קו העירור עם הספק הכניסה, הקוהרנטיות מסדר שני ומאפייני קיטוב פלט הלייזר מאשרים שלננולייזר הדיאלקטרי הייחודיות יש את התכונה לפרוץ את גבול העקיפה האופטית לעירור. לננולייזר הדיאלקטרי הסינגולאריות יש סף עירור של 26 קילוואט ס"מ{{10}}, מקדם תוצר עירור של 13200, נפח מצב של 0.0005 λ3, ושדה האור שלו דחוס מאוד במרכז הננואנטנה עם רוחב חצי גובה של כ-1 ננומטר בלבד.
ננו-לייזרים דיאלקטריים Singularity הבינו לראשונה עירור לייזר במערכת דיאלקטרית הפורצת את גבול העקיפה האופטית, ומקדמת את קנה המידה האופייני של שדה אור הלייזר לרמה האטומית, הדומה לקנה המידה שמגיעים אליו באמצעות קרני רנטגן. פריצת דרך זו צפויה לספק כלים חדשים למחקר במדעי החומר והחיים. בינתיים, בהשוואה ללייזרים קיימים, הננולייזר הדיאלקטרי הסינגולארי לא רק צורך פחות אנרגיה, אלא גם מממש מהירות אפנון מהירה יותר ואינטראקציות קל וחומר חזקות יותר, מה שצפוי לייצר מגוון רחב של יישומים בתחומי טכנולוגיית המידע, חישה וזיהוי. .
