بلورة أكسيد النحاس تبدو كحصاة حمراء داكنة. ولكن بمجرد أن يصطدم بها نبض ليزر قصير، تتولد بداخلها أزواج: إلكترون و"ثقب" — مكان ينقصه إلكترون. مثل هذا الزوج يسمى إكسيتون ويتصرف تقريبًا مثل ذرة هيدروجين: تدور الجسيمات حول بعضها البعض، مرتبطة بتجاذب كهربائي.

وجّه علماء من ألمانيا وروسيا ليزرًا بقدرة قصوى تصل إلى 10 غيغاواط لكل سنتيمتر مربع على البلورة — وكأنك تركز ضوء آلاف المصابيح على رأس إبرة. جعل الليزر الإكسيتونات تبعث ضوءًا بتردد مضاعف — وهذا ما يسمى بتوليد التوافقي الثاني. عند الضخ الضعيف، نما الإشارة متناسبة مع مربع القدرة، كما هو متوقع للجسيمات المستقلة. ولكن عند زيادة الضخ، تباطأ النمو ثم بدأ الإشارة في الانخفاض. انتقلت الخطوط في الطيف نحو الطاقات الأصغر واتسعت.

السبب هو الازدحام. عندما يصبح عدد الإكسيتونات كبيرًا جدًا، تبدأ في الشعور ببعضها البعض. كالضيوف في غرفة مكتظة: كل واحد يريد أن يشغل مكانه، لكن الجيران يعيقونه. بالنسبة للإكسيتونات، هذا يعني أن إثارتين لا يمكن أن تكونا قريبتين جدًا — ينشأ ما يسمى حصار ريدبيرغ. وهو يحد من عدد الإكسيتونات القادرة على المشاركة في توليد الضوء.

أتاحت قياسات الامتصاص ثنائي الفوتون تقدير قوة التفاعل بين الإكسيتونات. وتبين أنها من نفس الرتبة التي تتنبأ بها النظرية للذرات، لكن الاعتماد على عدد الكم الرئيسي (رقم "المدار") مختلف تمامًا. هذا يعني أن الإكسيتونات في البلورة ليست مجرد نسخ مصغرة من الذرات. لها قواعدها الخاصة.

أظهر الفحص أن حاملات الشحنة الزائدة الناتجة عن الامتصاص ثلاثي الفوتون لا تفسر الصورة المرصودة. إذن، الأمر يتعلق بخصائص التفاعل بين الإكسيتونات نفسها. فهم هذه الاختلافات سيساعد في إنشاء مفاتيح بصرية ومصادر ضوء تعمل بالإكسيتونات — صغيرة وسريعة مثل الضوء نفسه.