En los materiales correlacionados, la transición de metal a aislante suele ir acompañada de un cambio en la simetría cristalina. En el caso del NdNiO3, al enfriarlo por debajo de 180 K se produce una transición desde un metal paramagnético con red ortorrómbica hasta un aislante antiferromagnético con red monoclínica. La pregunta de si el vínculo entre el orden electrónico y la simetría estructural se mantiene bajo excitación óptica ultrarrápida seguía sin respuesta. El trabajo se inscribe en la línea de investigaciones sobre fases fotoinducidas en niquelatos, donde lo habitual es medir las respuestas electrónica y estructural en experimentos separados, lo que dificulta la comparación directa.
Se utilizó una película delgada de NdNiO3 de unos 15 nm de espesor sobre un sustrato de NdGaO3. La muestra se excitó con pulsos láser de 1.55 eV de energía de fotón y una duración de aproximadamente 30 fs. De forma simultánea se registraron la reflectancia lineal del pulso de prueba (0.95 eV) y la intensidad del segundo armónico (1.9 eV), sensible a la ruptura de la simetría de inversión en la superficie. Se midió la dependencia del segundo armónico con la polarización a distintas temperaturas y retardos temporales. Se introdujo un parámetro, la «monoclinicidad», que cuantifica la desviación de la dependencia de polarización respecto de la simetría ortorrómbica.
Con una densidad de energía de excitación alta (2.9 mJ/cm²), la reflectancia cae un 2.3% en un tiempo limitado por la resolución del montaje (45 fs), lo que indica una transición rápida al estado metálico. La monoclinicidad cambia con un retardo de unos 40 fs y lo hace mucho más despacio: incluso a los 225 fs no alcanza el nivel de la fase de alta temperatura. Con una densidad de energía intermedia de 0.64 mJ/cm², la reflectancia alcanza un valor metálico estacionario, mientras que la intensidad del segundo armónico se recupera casi por completo, lo que indica que la simetría monoclínica se conserva. La amplitud del cambio de reflectancia se satura con densidades superiores a 0.6 mJ/cm², pero la amplitud del segundo armónico sigue creciendo de forma lineal, y la recuperación total de la simetría ortorrómbica solo se alcanza a 2.3 mJ/cm².
El trabajo demuestra que el estado metálico puede existir sin que se restablezca la simetría de alta temperatura de la red. Esto significa que la ruptura de simetría por sí sola no es condición suficiente para el estado aislante. La medición simultánea de varios parámetros de orden en un mismo experimento elimina la incertidumbre asociada a las distintas condiciones de ensayos separados y abre el camino hacia una identificación fiable de fases de no equilibrio en materiales correlacionados.
Las investigaciones futuras podrían orientarse a estudiar la estructura magnética del metal monoclínico inducido ópticamente y a buscar estados similares en otros niquelatos y óxidos correlacionados. Es posible recurrir a técnicas con resolución temporal, como la dispersión resonante de rayos X, para observar directamente el orden de los grados de libertad de carga y de espín.
Los resultados son relevantes para la física de los sistemas electrónicos fuertemente correlacionados y para el desarrollo de dispositivos basados en transiciones de metal a aislante, donde el control de la fase mediante la luz puede aprovecharse para conmutaciones ultrarrápidas.
Comprobar la estabilidad del metal monoclínico en escalas de tiempo más largas y a distintas temperaturas. Investigar la influencia de la deformación epitaxial y del dopaje químico en el umbral de desacoplamiento entre simetría y conductividad.
En la física de la materia condensada sigue abierta la cuestión del conjunto mínimo de parámetros de orden necesarios para describir la transición de metal a aislante en óxidos correlacionados. Este trabajo muestra que los subsistemas electrónico y estructural pueden evolucionar de forma independiente, lo que obliga a revisar los modelos simplificados con un acoplamiento rígido entre órdenes.
La temperatura de transición del NdNiO3 ronda los 180 K, solo un poco por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K), así que basta un criostato estándar para observar el efecto.
La idea de un material que cambia su conductividad pero conserva la estructura cristalina recuerda a la noción de «transiciones de fase sin cambio de forma» de la ciencia ficción, por ejemplo en la novela de Isaac Asimov «Los propios dioses», donde una sustancia puede pasar a un estado con propiedades distintas sin cambios visibles.