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大多数人认为水只存在于三个阶段之一：固态冰、液态水或气态蒸汽。但是物质可以存在于许多不同的阶段——例如，冰有十多个已知的阶段，或者它的原子在空间中的排列方式。压电材料，如麦克风和超声波，可以广泛使用，因为外力(如压力、温度或电)可以引起相变，使材料具有新的特性。

一项新的研究发现，金属氧化物具有“隐藏”相，当它被极快的光脉冲激活时，可以赋予材料新的铁电性能和分离正负电荷的能力。这项研究由麻省理工学院的研究人员基思纳尔逊、李贤和爱德华多巴尔迪尼领导，安德鲁拉普和研究生邱天和张家豪合作。研究结果发表在《科学》杂志上。

他们的工作打开了创造材料的大门，人们可以通过触摸开关在万亿分之一秒内打开和关闭属性，现在可以更好地控制。除了改变电势，这种方法还可以用来改变现有材料的其他方面——例如，将绝缘体变成金属或翻转它们的磁极。

“这为功能材料的快速重新配置开辟了一个新的视角，”Rappe说。

该小组研究了钛酸锶，一种用于光学仪器、电容器和电阻器的顺电材料。钛酸锶具有对称的非极性晶体结构，可以“推动”成极性四方结构的相，一对离子沿其长轴带相反电荷。

纳尔逊和拉普之前的合作为这项新的研究提供了理论基础，这项研究依赖于纳尔逊利用固体材料光诱导相变的经验和拉普开发原子计算机模型的知识。

“纳尔逊是一个实验主义者，我们是理论家，”拉普说。“他可以根据光谱报告他认为发生的事情，但在我们对发生的事情提供强有力的物理理解之前，这种解释是推测性的。”

随着最近技术的进步和利用太赫兹频率获得的额外知识，这两位化学家开始研究他们的理论，这已经有十多年的历史了。Rappe面临的挑战是用精确的计算机生成版本的钛酸锶来补充尼尔森的实验。每个原子都被跟踪和表现出来，它们对光的反应方式与实验室测试材料相同。

他们发现，当钛酸锶被光激发时，离子被拉向不同的方向，带正电的离子向一个方向移动，带负电的离子向另一个方向移动。然后，代替离子立即回落到它们的原始位置和钟摆被推动的方式，在其他原子中引起的振动运动可以防止离子立即弹回。

就像钟摆在达到其振动最大高度的瞬间稍微偏离航向一样，其中一个小缺口使其远离初始位置。

由于他们强大的合作历史，尼尔森和拉普可以从理论模拟到实验来来回回，反之亦然，直到他们找到实验证据证明他们的理论是正确的。

“这真是一次伟大的合作，”尼尔森说。“它展示了想法是如何酝酿，然后在十多年后完全恢复的。”

两位化学家将在未来的应用驱动研究中与工程师合作，例如创造具有隐藏相的新材料，改变光脉冲协议以创造更持久的相，以及了解这种方法如何应用于纳米材料。目前，两位研究人员对他们的结果以及未来这一重大突破的可能结果感到兴奋。

“这是每个科学家的梦想——和朋友一起孵化一个想法，画出这个想法的后果，然后有机会在实验室里把它变成某种东西，这是非常令人满意的。这让我们认为我们在未来的道路上是正确的，”拉普说。