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Dans un semi-conducteur ordinaire, il est difficile d'obtenir à la fois deux choses : un fort magnétisme et une paire électron-trou robuste, qui naît lors de l'absorption de la lumière. Les impuretés magnétiques qui rendent le matériau magnétique empêchent en même temps l'électron et le trou de rester ensemble — elles sont comme des voisins bruyants qui ne laissent pas le couple exister tranquillement.

La nouvelle approche assemble le matériau à partir de clusters préfabriqués V4S9X4 (où X est le fluor, le chlore, le brome ou l'iode). À l'intérieur de chaque cluster se trouvent des états localisés qui sont responsables à la fois du moment magnétique et de la forte attraction entre l'électron et le trou. Entre les clusters, une liaison s'établit qui aligne leurs moments magnétiques dans la même direction — c'est ainsi qu'on obtient le ferromagnétisme. En conséquence, la couche bidimensionnelle reste magnétique jusqu'à 507,6 kelvins, c'est-à-dire au-dessus de la température ambiante.

Cette couche possède deux types d'excitons. L'exciton sombre vit longtemps — 1,20 nanoseconde — et stocke l'information de spin. L'exciton brillant émet de la lumière très rapidement, en 86,87 picosecondes. Cette différence permet à la fois de répondre rapidement à la lumière et de se souvenir longtemps de l'état de spin. Et si l'on bascule l'ordre magnétique de ferromagnétique à antiferromagnétique, la durée de vie de l'exciton varie dans de larges proportions, tandis que l'énergie de liaison n'en souffre presque pas.

Cette astuce — l'assemblage à partir de clusters — offre aux ingénieurs une nouvelle façon de concevoir des matériaux où lumière, spin et magnétisme travaillent ensemble à température ambiante. De telles couches pourraient devenir la base de dispositifs d'information quantique et d'électronique optique rapide.