Тонкая плёнка никелата неодима толщиной в пятнадцать нанометров лежит на подложке из галлата неодима. При температуре ниже ста восьмидесяти кельвинов она ведёт себя как изолятор: электроны заперты в своих атомных ячейках и не могут свободно двигаться. Но если ударить по ней лазерным импульсом длительностью тридцать фемтосекунд, то есть за тридцать миллионных долей миллиардной доли секунды, плёнка начинает проводить ток, как металл. При этом кристаллическая решётка, то есть порядок, в котором атомы выстроены в пространстве, не успевает перестроиться.

Обычно переход из изолятора в металл в таких материалах сопровождается изменением симметрии кристалла. При низкой температуре атомы уложены в узор, который называют моноклинным: он похож на кирпичную кладку, где кирпичи слегка скошены. При нагревании выше ста восьмидесяти кельвинов решётка принимает более правильную орторомбическую форму, как если бы кирпичи выровнялись по прямым углам. Считалось, что проводимость и симметрия меняются вместе, как два колеса одной телеги.

Чтобы увидеть это, учёные измеряли два параметра одновременно. Первый — отражение света от плёнки: оно падает, когда материал становится металлом. Второй — генерация второй гармоники, то есть удвоение частоты света при отражении. Этот сигнал очень чувствителен к тому, насколько симметрично уложены атомы на поверхности. Оказалось, что отражение меняется за 45 фемтосекунд, а симметрия — гораздо медленнее. Даже через 225 фемтосекунд решётка не успевает полностью перестроиться.

При слабом лазерном импульсе с плотностью энергии 0.64 миллиджоуля на квадратный сантиметр отражение выходит на уровень металла, а сигнал второй гармоники почти полностью восстанавливается. Это значит, что плёнка проводит ток, но её кристаллическая решётка осталась моноклинной. Такого состояния раньше не наблюдали: металл с «неправильной» симметрией изолятора.

Чтобы полностью восстановить высокотемпературную орторомбическую симметрию, нужен гораздо более мощный импульс — 2.3 миллиджоуля на квадратный сантиметр. Только тогда решётка «выпрямляется». Получается, что для перехода в металл достаточно небольшого толчка, а для перестройки атомного узора — в несколько раз большего.

Это открытие меняет представление о том, как связаны проводимость и симметрия в сложных оксидах. Раньше думали, что нарушение симметрии — это замок, который запирает электроны. Теперь ясно, что замок можно открыть, не меняя форму двери. Металлическое состояние может существовать в моноклинной решётке, а значит, симметрия не является обязательным условием для изолятора.

Практическое значение тоже есть. Если материал можно переключать в проводящее состояние светом, не дожидаясь перестройки решётки, то такое переключение происходит быстрее и требует меньше энергии. Это может пригодиться в устройствах, где нужно сверхбыстрое управление током — например, в оптических переключателях будущего.