大多数人认为水只存在于三种状态之一：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，冰有十八种已知的阶段（取决于原子在空间上的排列方式）。压电材料(如麦克风和超声波)的广泛应用是可能的，这要归功于对外力(如压力、温度或电)如何导致相变的基本理解，从而赋予材料新的特性。一项新研究发现，金属氧化物有一种“隐藏”的相。

这种相使材料具有新的铁电性质，当它被极快的光脉冲激活时，能够分离正电荷和负电荷。这项研究由麻省理工学院的研究人员KeithA.Nelson、XianLi和EdoardoBaldini领导，他们与AndrewM.Rappe、宾夕法尼亚大学的研究生TianQiu和JiahaoZhang合作，其研究结果发表在《科学》上。该研究打开了创造材料的大门，人们可以在一万亿分之一秒内打开和关闭属性的开关，现在有了更好的控制，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，将绝缘体转变成金属或翻转其磁极，这为快速功能材料重组开辟了一个新的领域。该小组研究了钛酸锶，一种用于光学仪器、电容器和电阻的副电学材料。钛酸锶具有对称的非极性晶体结构，可以被“推入”具有极性的四方结构的相中，这种结构长轴上有一对带相反电荷的离子。Nelson和Rappe之前的合作为这项新研究提供了理论基础，该研究依赖于Nelson利用光诱导固体材料相变的经验，以及Rappe在开发原子级计算机模型方面的知识。

可以根据光谱报告他认为正在发生的事情，但对所发生的事情提供一个强有力的物理理解之前，这种解释只是推测性的。随着技术的进步和从太赫兹频率研究中获得的额外知识，这两位化学家开始研究他们的理论是否成立。Rappe挑战是用精确的计算机生成钛酸锶来补充Nelson的实验，每一个原子都被跟踪和表示，它们对光的响应方式与实验室中测试的材料相同。发现，当钛酸锶被光激发时，离子被拉向不同的方向，带正电荷的离子向一个方向运动，带负电荷的离子向另一个方向运动。

然后，不是离子立即回到原来的位置，而是像钟摆被推后那样，在其他原子中产生的振动运动阻止了离子立即回到原来的位置。这就像钟摆，当它达到振动的最大高度时，会稍稍偏离原来的轨道，一个小缺口把它固定在远离初始位置的地方。由于尼尔森和拉普有很强的合作历史，他们能够在理论模拟和实验之间来回转换，反之亦然，直到他们发现实验证据，证明理论是正确的。这是一次非常棒的合作，这说明，创意可以慢慢酝酿，然后在10多年后全面回归。

这两位化学家将与工程师在未来的应用驱动研究方面展开合作，比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，以及观察这种方法如何应用于纳米材料。目前，两位研究人员都对他们的研究结果感到兴奋，并对这一根本性突破在未来可能带来的结果感到兴奋。这是每个科学家的梦想：和朋友一起构思一个想法，规划出这个想法的结果，然后有机会在实验室里把它转化成某种东西，这是非常令人满意的。

博科园｜研究/来自：宾夕法尼亚大学参考期刊《科学》DOI:10./science.aaw博科园｜科学、科技、科研、科普