Луч лазера падает на блестящий кристалл — и возвращается уже другим: чуть смещённым по цвету, с иной поляризацией. В магнитном поле такое превращение света становится особенно заметным. Именно это увидели физики, когда направили лазер на кристалл CsPbBr3 (соединение цезия, свинца и брома) внутри магнита с полем до 10 тесла — примерно в 200 тысяч раз сильнее поля Земли.

Свет в кристалле рождает пары: отрицательный электрон и положительную «дырку» — место, где электрона не хватает. Вместе они образуют частицу света-вещества — экситон-поляритон. У электрона и дырки есть собственное вращение, спин: как волчок, который может крутиться в одну или другую сторону. Магнитное поле расщепляет их уровни энергии, и свет, который они испускают или рассеивают, выдаёт это расщепление сдвигом частоты.

Авторы измерили, насколько сильно «откликается» спин на магнитное поле — для электрона, дырки и экситона. Оказалось, отклик зависит от направления поля: кристалл анизотропен, как кусок дерева, который легче расколоть вдоль волокон, чем поперёк. По данным рассеяния света удалось вычислить g-факторы — числа, показывающие силу взаимодействия спина с полем.

В спектрах рассеянного света проявились не только одиночные перевороты спинов, но и двойные: экситон взаимодействует сразу с двумя электронами, заставляя оба спина перевернуться одновременно. Обнаружены и процессы с участием трионов — «экситонов с прицепом» из лишнего электрона или дырки. Эти детали важны: они показывают, как спины общаются друг с другом в кристалле.

Зачем это нужно? Спин электрона — кандидат на роль «монетки» в будущих квантовых компьютерах и сверхбыстрой памяти. Умение читать и контролировать спины в перовскитах — материалах, из которых уже делают дешёвые солнечные батареи — открывает путь к устройствам, где информация хранится не зарядом, а направлением вращения частицы.