在许多情况下，这种转变伴随着材料的电子或结构对称性的剧烈变化，这可能会给材料带来其他意想不到的性质变化。因此，希望在不破坏材料对称性的情况下实现这种转变。
何宇教授领导的一项研究发表在《物理评论研究》上，该研究更清楚地关注如何在不破坏这些材料的对称性的情况下发生这些转变。
他和合作者发现，电子和振动原子晶格之间的强耦合可以使金属变成绝缘体，而无需破坏静态晶格图案。这一发现揭示了一种新的转变途径，以前认为这种转变只能由强电子-电子库仑相互作用诱导。
应用物理学助理教授何说：“金属到绝缘体的转变一直是凝聚态物理研究中的一个持久主题，因为它经常涉及电子在两种根本不同的状态之间改变其自身的组织规则。”为了“欺骗”材料进入这样的转变而不对其潜在的对称性造成任何破坏，这里的关键是利用材料准一维时原子位置的巨大波动。
“简单来说，这种材料需要具有链状晶体结构图案。这就是我们发现针状材料Ta2NiSe5的方法。”
电子-电子库仑相互作用和电子-晶格耦合都可以在不存在任何对称性破缺的情况下引起金属到绝缘体的跃迁。但他表示，为了确定主导贡献，确定每个部门的有效互动也至关重要。“定量测定真实材料薛定谔方程中的相互作用参数一直是一项非常困难的任务。”
对于他们的课题，何和他的研究团队从实验和理论两个方面进行了协调进攻。将原位角分辨光电子能谱与X射线衍射相结合，为研究人员提供了材料电子和原子行为的直接微观视图。
研究人员与埃默里大学王耀教授及其团队合作，与先进的模型计算相结合，能够直接生成材料的有效“数字表示”，捕获几乎所有其非常规物理特性，包括对称性保持金属到绝缘体的转变，由电子耦合到大量晶格涨落引起。
在大多数块状材料中，原子非常重且缓慢，当它们振动时，电子(不到原子质量的1/1000)几乎总是可以立即跟随。这就是所谓的玻恩-奥本海默近似(“是的，奥本海默，”他说)。
“然而，当材料是准一维时，原子晶格常常会剧烈波动，有时电子无法跟上原子的每一次扭转和转动，”他说。“然后他们举起双手说‘好吧，我退出’。那就是你得到绝缘体的时候。但原子尚未打破任何对称性——它们只是围绕其原始静态位置振荡。”
他指出，随着先进光谱学和现代计算方法的快速发展，这项工作不仅揭示了低维涨落是设计量子材料新特性的一个很大程度上尚未开发的来源。它还提供了一个更通用的框架，通过直接测量这些材料的最小量子多体模型中的微观相互作用强度来“对材料基因组进行测序”。
他说：“一旦我们掌握了量子DNA，这些复杂材料将更容易用于预测材料工程。”
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