La pointe d'un microscope à effet tunnel s'approche si près de la surface d'un cristal qu'un courant électrique s'établit entre eux. Les électrons de l'aiguille sont injectés dans un semi-conducteur en couches et tombent dans une lacune atomique — un endroit où il manque un atome dans le réseau. Ce vide agit comme un piège minuscule pour la charge.

Lorsqu'un électron et un trou se rencontrent dans ce piège, un photon unique naît. La lumière s'échappe et peut être captée par un détecteur. Le motif d'émission reproduit la forme du nuage électronique de la lacune — comme une empreinte digitale qui révèle avec quel défaut précis on a affaire. La résolution de la méthode est inférieure au nanomètre, soit plus fine qu'une chaîne de dix atomes.

Cette expérience allie le contrôle électrique à la lecture optique à l'échelle d'un atome unique. Une telle interface est nécessaire pour les ordinateurs quantiques et les lignes de communication sécurisées, où l'information est portée par des particules de lumière individuelles. Au lieu d'encombrantes lentilles et lasers — une aiguille ultrafine et une impulsion électrique.