غشاء رقيق من نيكلات النيوديم بسماكة خمسة عشر نانومترًا يستقر على ركيزة من غالات النيوديم. عند درجة حرارة دون مئة وثمانين كلفن يتصرف كعازل: الإلكترونات محتجزة داخل خلاياها الذرية ولا تستطيع الحركة بحرية. لكن إذا سُلّطت عليه نبضة ليزر مدتها ثلاثون فيمتوثانية، أي ثلاثين جزءًا من مليون من مليار جزء من الثانية، يبدأ الغشاء بتوصيل التيار كالمعدن. وفي الوقت نفسه، لا تسنح الشبكة البلورية، أي الترتيب الذي تصطف به الذرات في الفضاء، بفرصة إعادة تشكيل نفسها.
عادةً ما يرافق الانتقال من عازل إلى معدن في هذه المواد تغيّر في تماثل البلورة. عند درجة حرارة منخفضة تصطف الذرات في نمط يسمى أحادي الميل (monoclinic): يشبه بناء الطوب حيث تكون الطوبات مائلة قليلًا. وعند التسخين فوق مئة وثمانين كلفن تتخذ الشبكة شكلًا معيّنًا (orthorhombic) أكثر انتظامًا، وكأن الطوبات قد استقامت على زوايا قائمة. كان يُعتقد أن التوصيل والتماثل يتغيران معًا، كعجلتين لعربة واحدة.
لمشاهدة ذلك، قاس العلماء معاملين في الوقت نفسه. الأول هو انعكاس الضوء عن الغشاء: ينخفض عندما يصبح المادة معدنًا. والثاني هو توليد التوافقي الثاني، أي مضاعفة تردد الضوء عند الانعكاس. هذه الإشارة حساسة جدًا لمدى تماثل ترتيب الذرات على السطح. وتبيّن أن الانعكاس يتغير خلال 45 فيمتوثانية، أما التماثل فيتغير ببطء أكبر بكثير. وحتى بعد 225 فيمتوثانية لا تكمل الشبكة إعادة تشكيلها.
عند نبضة ليزر ضعيفة بكثافة طاقة 0.64 ميليجول لكل سنتيمتر مربع، يبلغ الانعكاس مستوى المعدن، بينما تكاد إشارة التوافقي الثاني تعود بالكامل. وهذا يعني أن الغشاء يوصل التيار، لكن شبكته البلورية بقيت أحادية الميل. لم تُرصد هذه الحالة من قبل: معدن بتماثل عازل «خاطئ».
لاستعادة التماثل المعيّني عالي الحرارة بالكامل، تلزم نبضة أقوى بكثير: 2.3 ميليجول لكل سنتيمتر مربع. عندها فقط «تستقيم» الشبكة. ونتيجةً لذلك، يكفي دفعة صغيرة للانتقال إلى المعدن، أما لإعادة ترتيب النمط الذري فيلزم ما يعادل أضعاف ذلك.
هذا الاكتشاف يغيّر تصورنا لكيفية ارتباط التوصيل والتماثل في الأكاسيد المعقدة. كان يُظن أن فقدان التماثل قفل يُغلق على الإلكترونات. والآن اتضح أن القفل يمكن فتحه دون تغيير شكل الباب. فالحالة المعدنية يمكن أن توجد في شبكة أحادية الميل، ما يعني أن التماثل ليس شرطًا إلزاميًا لوجود العازل.
وهناك أيضًا قيمة عملية. فإذا أمكن تبديل المادة إلى حالة موصلة بالضوء دون انتظار إعادة تشكيل الشبكة، فإن هذا التبديل يحدث أسرع ويتطلب طاقة أقل. وقد يفيد ذلك في أجهزة تحتاج إلى تحكم فائق السرعة في التيار، مثل المفاتيح الضوئية في المستقبل.
تبلغ درجة حرارة الانتقال في NdNiO3 نحو 180 K، وهي أعلى قليلاً فقط من درجة غليان النيتروجين السائل (77 K)، لذا يكفي لرصد الأثر مبرّد بردي قياسي.
فكرة مادة تغيّر ناقليتها مع احتفاظها ببنيتها البلورية تذكّر بمفهوم «الانتقالات الطورية دون تغيّر الشكل» في الخيال العلمي، كما في رواية إسحاق أزيموف «الآلهة أنفسهن»، حيث يمكن للمادة أن تنتقل إلى حالة بخصائص مختلفة دون تغيّرات ظاهرة.