Une fine couche mince de nickelate de néodyme, épaisse de quinze nanomètres, repose sur un substrat de gallate de néodyme. En dessous de cent quatre-vingts kelvins, elle se comporte comme un isolant : les électrons sont enfermés dans leurs cellules atomiques et ne peuvent pas se déplacer librement. Mais si on la frappe d'une impulsion laser d'une durée de trente femtosecondes, c'est-à-dire trente millionièmes de milliardième de seconde, la couche se met à conduire le courant comme un métal. Et pourtant, le réseau cristallin, autrement dit l'ordre dans lequel les atomes sont disposés dans l'espace, n'a pas le temps de se réorganiser.

D'ordinaire, dans ces matériaux, la transition de l'isolant vers le métal s'accompagne d'un changement de symétrie du cristal. À basse température, les atomes s'arrangent selon un motif dit monoclinique : on dirait un appareil de briques légèrement inclinées. Quand on chauffe au-delà de cent quatre-vingts kelvins, le réseau prend une forme orthorhombique plus régulière, comme si les briques se redressaient à angle droit. On croyait que conductivité et symétrie changeaient ensemble, comme les deux roues d'une même charrette.

Pour le voir, les chercheurs ont mesuré deux paramètres en même temps. Le premier : la réflexion de la lumière sur la couche, qui chute lorsque le matériau devient métallique. Le second : la génération de seconde harmonique, c'est-à-dire le doublement de la fréquence de la lumière réfléchie. Ce signal est très sensible à la façon dont les atomes sont disposés à la surface, selon que cet arrangement est symétrique ou non. Il est apparu que la réflexion change en 45 femtosecondes, alors que la symétrie évolue bien plus lentement. Même après 225 femtosecondes, le réseau n'a pas achevé sa réorganisation.

Avec une impulsion laser faible, d'une densité d'énergie de 0.64 millijoule par centimètre carré, la réflexion atteint le niveau du métal tandis que le signal de seconde harmonique se rétablit presque entièrement. Autrement dit, la couche conduit le courant, mais son réseau cristallin est resté monoclinique. Un tel état n'avait jamais été observé : un métal affichant la « mauvaise » symétrie de l'isolant.

Pour rétablir complètement la symétrie orthorhombique de haute température, il faut une impulsion bien plus puissante : 2.3 millijoules par centimètre carré. C'est seulement à cette condition que le réseau se « redresse ». Il suffit donc d'une petite poussée pour passer à l'état métallique, mais d'une poussée plusieurs fois plus forte pour réorganiser le motif atomique.

Cette découverte change notre vision du lien entre conductivité et symétrie dans les oxydes complexes. On pensait autrefois que la brisure de symétrie était un verrou qui enfermait les électrons. On sait maintenant que l'on peut ouvrir ce verrou sans modifier la forme de la porte. L'état métallique peut exister dans un réseau monoclinique, ce qui signifie que la symétrie n'est pas une condition obligatoire pour l'isolant.

L'intérêt pratique est réel, lui aussi. Si l'on peut faire basculer un matériau vers l'état conducteur par la lumière, sans attendre la réorganisation du réseau, ce basculement est plus rapide et demande moins d'énergie. Cela pourrait servir dans des dispositifs exigeant un contrôle ultrarapide du courant, par exemple dans les commutateurs optiques de demain.