Стопка игральных карт лежит неподвижно. Можно поддеть верхнюю карту пальцем и сдвинуть её — это грубое вмешательство. А можно дунуть так, что вся стопка на мгновение изменит форму, но карты не разлетятся. Примерно так свет в новом эксперименте перестраивает кристалл селенида олова (SnSe).
Обычно, чтобы изменить структуру твёрдого тела, его нагревают или пропускают через него ток. Свет при этом поглощается, энергия переходит в тепло, и атомы начинают колебаться сильнее — как если бы карты затряслись от жара. Здесь же использовали инфракрасный лазерный импульс такой силы, что электрическое поле света напрямую дёргало атомы, не успевая их нагреть. Ключ в том, что сила возникает из-за градиента диэлектрической проницаемости — способности материала поляризоваться — по мере смещения атомов. Это похоже на оптический пинцет, который удерживает микроскопический шарик в фокусе луча: свет не греет шарик, а толкает его к центру, где поле ярче. Только здесь свет толкает не шарик, а целые слои атомов, заставляя их занять новое положение.
Авторы направили на образец селенида олова импульсы среднего инфракрасного диапазона и следили за откликом с помощью время-разрешённого рамановского рассеяния. Когда мощность превысила порог, характерные колебания решётки — так называемые $A_g$ моды — пропали скачком, без предварительного смягчения. Это сигнал, что кристалл перешёл в новую фазу, не похожую на ту, что даёт нагрев или накачка носителей заряда. Новая фаза оказалась долгоживущей и демонстрировала сильные модуляции оптического отклика. Дополнительно, с помощью атомно-зондовой томографии, учёные увидели, что постоянное электрическое поле тоже способно вызвать структурный переход — на этот раз к фазе с более высокой симметрией.
Открытие означает, что можно синтезировать «скрытые» фазы веществ — такие, которые не получить обычным нагревом или давлением, — и делать это быстро, без лишних энергозатрат. Лазерный импульс работает как бесконтактный переключатель, открывая дорогу к устройствам, где структура материала меняется по команде света. Так стопка карт, послушная лёгкому дуновению, обретает новый порядок — только теперь дуновение это световое, а порядок атомный.
Оптический пинцет, придуманный Артуром Ашкиным в 1970-х, изначально предназначался для ловли микроскопических частиц и даже живых клеток. Теперь тот же принцип — давление света без поглощения — заставляет целые кристаллы менять свою архитектуру.
В романе Артура Кларка «Свет иных дней» световые лучи управляют материей на расстоянии — похожая идея лежит в основе оптомеханического контроля фаз, только здесь свет не греет, а механически толкает атомы.