相變是物理和化學的基本部分。例如，我們都熟悉水的不同階段，但是這種由粒子組成的系統改變其外觀和行為方式的想法在科學界非常普遍。雖然我們知道水變成冰的結果，但精確的過程會導致產生多種不同的冰：有時冰是透明的，而有時不是透明的，且差異與凍結方式有關。因此，研究相變如何發生將為我們提供許多有關基礎物理學的知識，以及有關雙方最終形成的相的資訊。

在量子物理學層面，同樣的想法適用。當我們在臨界溫度上緩慢改變溫度時，我們可以看到系統從一種狀態轉變為另一種狀態; 例如，我們可以看到材料變硬，就像我們可以看到冰一樣。但是，當這些細節發生時，我們看不到原子級別的細節。在這項工作中，我們能夠克服這一問題，並開啟一個視窗，瞭解原子如何在原子（皮秒）時標上將自己從系統的一個相重新安排到另一個相。

在這項特殊的工作中，我們研究了CeTe 3。它是一大類材料稀土三碲化物的一部分。如果您在高溫下觀察其原子結構，則該材料的構造就像正方形的堆疊網。隨著溫度降低，正方形變成矩形。這可能發生兩個方向（我們將其稱為A和B），但是材料只能選擇一個。哪一個取決於偶然性-由缺陷導致的材料區域性應力和應變。

在實驗中，我們使用了超短的強鐳射脈衝，使系統暫時脫離了“ A”矩形狀態，並觀察了系統如何進行改革。由於沒有朝向任一矩形狀態的特別強的驅動力，因此係統同時形成了A和B矩形。當一個矩形（在皮秒級原子時標上）占主導地位時，將保留“錯誤”狀態的小水坑，這些水坑很難被清除並持續幾納秒（長100倍）。

這些結果告訴我們有關相變如何發生的基本方面，材料的各個部分如何彼此“交談”以對齊其原子以使模式匹配，以及所有這些情況發生在什麼能量景觀上。

當我們知道量子材料正在發生什麼以及它們如何在原子水平上改變其狀態時，我們可以利用該知識來開發新的更好的裝置，例如MRI機器和更好的計算機記憶體。