Une fine pellicule de semi-conducteur d'un atome d'épaisseur ressemble à un appartement communautaire : y cohabitent des électrons chargés négativement et des « trous » chargés positivement. Lorsque la lumière frappe une telle pellicule, un électron et un trou peuvent s'associer en une paire — un exciton (un état lié d'un électron et d'un trou, semblable à un atome d'hydrogène). Si un autre électron libre se trouve à proximité, il peut se joindre à cette paire, et l'on obtient alors un trion — un trio composé de deux électrons et d'un trou. Le trion est plus lourd et moins mobile qu'un électron isolé.
Les scientifiques ont examiné la situation où la pellicule contient déjà des porteurs de charge libres, tandis que la lumière génère en permanence de nouveaux excitons. Il s'est avéré que si l'on chauffe le système avec un rayonnement basse fréquence, deux états d'équilibre stables apparaissent dans certaines conditions. Dans le premier, l'état froid, presque tous les électrons libres sont liés en trions. Dans le second, l'état chaud, la plupart des trions se sont dissociés, et la pellicule contient de nombreux électrons et trous libres. La transition entre ces états évoque le clic d'un interrupteur : le système change brusquement de température, de courant électrique et d'intensité de luminescence.
La raison de ce comportement réside dans la différence de conductivité entre les deux états. Les électrons et les trous libres absorbent beaucoup mieux le rayonnement basse fréquence que les trions liés. Par conséquent, l'état chaud, avec un grand nombre de porteurs libres, s'échauffe davantage et s'entretient lui-même. L'état froid, où les porteurs sont liés en trions, absorbe moins et reste froid. Ainsi se crée une boucle de rétroaction positive qui engendre la bistabilité.
Cette transition de phase pilotée par la lumière rappelle le comportement de l'eau lors de la congélation : à une même température, le système peut se trouver dans deux états différents — liquide ou solide. Seulement ici, au lieu de la température, le paramètre de contrôle est l'intensité de la lumière incidente.
Les trions ont été observés pour la première fois en 1993 dans des puits quantiques semi-conducteurs, et leur étude dans les matériaux bidimensionnels est devenue particulièrement active après l'obtention du graphène.
Dans le roman de Greg Egan « La Cité des permutants », on décrit des matériaux qui changent de propriétés sous l'effet de la lumière, ce qui évoque de loin l'effet décrit ici.