该实验室于2012年1月1日由北京市科委认定，依托于北京工业大学，韩晓东教授担任主任。实验室拥有面积3000平方米，设备总价值超5000万元，科研队伍包括院士、长江学者、国家杰青等10余名教授博导及20余名中青年骨干。主任韩晓东教授为国家杰出青年基金获得者、长江学者，其团队在原子尺度材料行为研究方面取得突破，在《Science》、《Nature Communications》等顶级期刊发表多篇论文，获授权国家发明专利30余项，并培养出多名全国优秀博士学位论文获得者。

实验室以北京工业大学固体微结构与性能研究所、信息光子学实验室及薄膜科学与技术实验室的骨干人员为基础组建，依托光学工程和材料学2个国家重点学科。其定位是以固体微结构科学、纳米信息科学、新型能源科学等为核心，开展物理学、化学、材料科学与电子科学等多学科交叉的基础与应用基础研究。目标是建设成为从事高水平研究、拥有高层次平台、汇聚高素质人才的国内领先、国际先进的实验室，为北京市科技发展与人才培养贡献力量。