Un paquet de cartes à jouer repose, immobile. On peut glisser un doigt sous la carte du dessus et la faire glisser — c'est une intervention brutale. On peut aussi souffler de façon que tout le paquet se déforme un instant sans que les cartes s'éparpillent. C'est à peu près ainsi que la lumière, dans la nouvelle expérience, réorganise le cristal de séléniure d'étain (SnSe).
Habituellement, pour modifier la structure d'un solide, on le chauffe ou on le traverse d'un courant électrique. La lumière est alors absorbée, l'énergie se transforme en chaleur et les atomes se mettent à vibrer plus fort — comme si les cartes tremblaient sous l'effet de la chaleur. Ici, on a utilisé une impulsion laser infrarouge si intense que le champ électrique de la lumière a directement tiré sur les atomes, sans avoir le temps de les chauffer. La clé réside dans le fait que la force provient du gradient de permittivité diélectrique — la capacité du matériau à se polariser — à mesure que les atomes se déplacent. C'est comme une pince optique qui maintient une bille microscopique au foyer du faisceau : la lumière ne chauffe pas la bille, elle la pousse vers le centre, là où le champ est plus intense. Seulement ici, la lumière ne pousse pas une bille, mais des couches entières d'atomes, les forçant à adopter une nouvelle position.
Les auteurs ont dirigé sur l'échantillon de séléniure d'étain des impulsions dans le moyen infrarouge et ont suivi la réponse par diffusion Raman résolue en temps. Lorsque la puissance a dépassé un seuil, les vibrations caractéristiques du réseau — les modes dits $A_g$ — ont disparu d'un coup, sans ramollissement préalable. C'est le signe que le cristal est passé dans une nouvelle phase, différente de celle obtenue par chauffage ou par pompage de porteurs de charge. Cette nouvelle phase s'est révélée durable et présentait de fortes modulations de la réponse optique. De plus, grâce à la tomographie par sonde atomique, les scientifiques ont observé qu'un champ électrique constant peut aussi induire une transition structurelle — cette fois vers une phase de symétrie plus élevée.
Cette découverte signifie que l'on peut synthétiser des phases « cachées » de matériaux — celles que l'on n'obtient pas par chauffage ou pression ordinaires — et ce, rapidement et sans dépense d'énergie superflue. L'impulsion laser agit comme un interrupteur sans contact, ouvrant la voie à des dispositifs où la structure du matériau change sur commande lumineuse. Ainsi, le paquet de cartes, docile à un léger souffle, acquiert un nouvel ordre — seulement, ici, le souffle est lumineux et l'ordre est atomique.
La pince optique, inventée par Arthur Ashkin dans les années 1970, était initialement destinée à attraper des particules microscopiques et même des cellules vivantes. Aujourd'hui, le même principe — la pression de la lumière sans absorption — fait changer d'architecture des cristaux entiers.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Lumière des jours lointains », des rayons lumineux contrôlent la matière à distance — une idée similaire est à la base du contrôle optomécanique des phases, sauf qu'ici la lumière ne chauffe pas, mais pousse mécaniquement les atomes.