只需轻轻一按开关，量子材料就会发生巨大变化。一个显著的例子是绝缘体到金属的转变，这是一种可逆的物理现象，材料从不导电的绝缘状态转变为导电的金属状态。

这种转变可以非常快，这对于新兴应用来说是一个很有吸引力的特性，包括超高速电子和光学设备、受大脑启发的神经形态计算机以及可以根据外部条件的变化调整透明度的节能智能窗户。

虽然许多材料中都记录到了绝缘体到金属的快速转变，但它们随时间如何展开却不太为人所知，因为小尺寸和快速速度的结合使得使用以前的实验技术观察这种转变具有挑战性。

在《物理评论快报》上发表的新研究中，由哥伦比亚大学物理学家领导的团队使用超高速显微镜以以前无法达到的时间和空间分辨率捕捉到二氧化钒(VO2)材料中绝缘体到金属的转变动态。

“尽管涉及的长度尺度非常小、时间尺度非常快，但我们现在能够记录量子材料在真实空间和实时中相变的‘电影’，”第一作者AaronSternbach说道，他曾是哥伦比亚大学物理学博士生和博士后，现在是马里兰大学研究光驱动量子材料的助理教授。

VO2可以在接近室温的温度下在绝缘体和金属之间转变，这使得它成为技术实际应用的有希望的候选材料。光是这种转变的触发因素之一，Sternbach和他的同事们表明这不是一个瞬间的转变。相反，他们发现这种转变是通过形成微小的金属斑块来实现的，这些金属斑块随后在样本中不均匀地生长和融合——尽管这只发生在万亿分之一秒内。

斯特恩巴赫和他的同事利用他们的实验装置记录的影片使他们能够直观地看到绝缘体到金属的转变在选定区域中的发展以及在整个样本中的增长。

“最好用尽可能少的能量来推动相变，”他解释道。“然而，当使用最少的能量时，金属实际上在样品的微小区域中更有效地形成。我们现在可以看到这种情况的发生，这非常令人兴奋。”

论文合著者、哥伦比亚大学理论物理学家安德鲁·米利斯指出，这些结果在很多层面上都令人兴奋。“这种能够看到绝缘体到金属转变如何发生的新能力对于实际设备的设计和原型制作将具有无价的价值，”他说。

“在这种材料上获得的结果对我们关于这种转变的理论理解提出了令人着迷的挑战，此前我们的理论理解都是基于空间均匀材料模型。”

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