Прозрачная плёнка оксида висмута-вольфрама лежит на подложке и не проводит ток. Три минуты в облаке азотной плазмы, и она чернеет, а сопротивление падает в миллиард раз. Секрет не в новых атомах, а в перестановке старых: пустые места, где раньше сидел кислород, выстраиваются в ровные ряды, как солдаты по команде. Эта шеренга пустот становится дорогой для электронов.
До обработки вакансии прятались поодиночке, и электроны не могли перепрыгивать с одной на другую. После азотной плазмы они встают в дальний порядок, и соседние пустоты начинают перекликаться: электрон перескакивает с места на место, как по кочкам через болото. Расчёты показывают, что в идеально упорядоченной решётке запрещённая зона закрывается, и уровень Ферми попадает в зону проводимости, состоящую в основном из состояний вольфрама 5d.
Кислородная плазма стирает узор: она возвращает атомы кислорода на пустые места, плёнка снова становится прозрачной и изолирующей. Цикл можно повторять десятки раз без деградации. Тот же фокус работает в родственном соединении Bi₂MoO₆, где сопротивление меняется более чем на десять порядков. Это общий механизм для семейства слоистых оксидов Ауривиллиуса.
Раньше, чтобы собрать вакансии в порядок, требовался нагрев или необратимые условия. Теперь шеренгу можно строить и разбирать при комнатной температуре, как конструктор. Такая управляемая перестановка пустот открывает путь к переключаемым элементам памяти, оптическим затворам и газовым сенсорам. Осталось понять, как задавать период и ориентацию узора, и тогда дефекты станут не случайным беспорядком, а рабочим инструментом.
Перепад сопротивления в девять порядков сравним с разницей между изолятором и металлом: если бы провод был толщиной с человеческий волос, его сопротивление изменилось бы от величины, сравнимой с сопротивлением километра медного кабеля, до сопротивления короткого куска провода.
В романе Артура Кларка «Конец детства» инопланетяне управляют материей на атомном уровне, чтобы менять свойства предметов. Здесь похожая идея реализована без фантастики: плазма переставляет кислородные вакансии, и материал меняет цвет и проводимость.