Le faisceau d'un laser frappe un cristal brillant — et en ressort transformé : légèrement décalé en couleur, avec une polarisation différente. Dans un champ magnétique, cette métamorphose de la lumière devient particulièrement visible. C'est exactement ce qu'ont observé les physiciens en dirigeant un laser sur un cristal de CsPbBr3 (un composé de césium, de plomb et de brome) placé dans un aimant produisant un champ allant jusqu'à 10 teslas — environ 200 000 fois plus intense que celui de la Terre.

Dans le cristal, la lumière crée des paires : un électron négatif et un « trou » positif — l'endroit où il manque un électron. Ensemble, ils forment une particule de lumière-matière : un exciton-polariton. L'électron et le trou possèdent une rotation propre, le spin : comme une toupie qui peut tourner dans un sens ou dans l'autre. Le champ magnétique sépare leurs niveaux d'énergie, et la lumière qu'ils émettent ou diffusent révèle cette séparation par un décalage de fréquence.

Les auteurs ont mesuré à quel point le spin « répond » au champ magnétique — pour l'électron, le trou et l'exciton. Il s'avère que la réponse dépend de la direction du champ : le cristal est anisotrope, comme un morceau de bois qui se fend plus facilement dans le sens des fibres que perpendiculairement. Les données de diffusion de la lumière ont permis de calculer les facteurs g — des nombres qui indiquent la force de l'interaction entre le spin et le champ.

Dans les spectres de la lumière diffusée, on n'a pas seulement observé des retournements simples de spins, mais aussi des retournements doubles : l'exciton interagit avec deux électrons à la fois, forçant les deux spins à se retourner simultanément. Des processus impliquant des trions — des « excitons avec remorque » constitués d'un électron ou d'un trou supplémentaire — ont également été détectés. Ces détails sont importants : ils montrent comment les spins communiquent entre eux dans le cristal.

Pourquoi est-ce important ? Le spin de l'électron est un candidat pour jouer le rôle de « pièce de monnaie » dans les futurs ordinateurs quantiques et les mémoires ultrarapides. Savoir lire et contrôler les spins dans les pérovskites — des matériaux déjà utilisés pour fabriquer des panneaux solaires bon marché — ouvre la voie à des dispositifs où l'information est stockée non pas par la charge, mais par le sens de rotation des particules.