Тонкая плёнка полупроводника толщиной в один атом напоминает коммунальную квартиру: в ней живут отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные «дырки». Когда в такую плёнку попадает свет, электрон и дырка могут объединиться в пару — экситон (связанное состояние электрона и дырки, похожее на атом водорода). Если рядом есть ещё один свободный электрон, он может присоединиться к такой паре, и тогда возникает трион — тройка из двух электронов и одной дырки. Трион тяжелее и менее подвижен, чем одиночный электрон.

Учёные рассмотрели ситуацию, когда в плёнке уже есть свободные носители заряда, а свет постоянно рождает новые экситоны. Оказалось, что если нагревать систему низкочастотным излучением, то при определённых условиях возникает два устойчивых состояния равновесия. В первом, холодном, почти все свободные электроны связаны в трионы. Во втором, горячем, большинство трионов распалось, и в плёнке много свободных электронов и дырок. Переход между этими состояниями похож на щелчок выключателя: система скачком меняет свою температуру, электрический ток и яркость свечения.

Причина такого поведения — в разной проводимости двух состояний. Свободные электроны и дырки гораздо лучше поглощают низкочастотное излучение, чем связанные трионы. Поэтому горячее состояние с большим числом свободных носителей разогревается сильнее и поддерживает само себя. Холодное состояние, где носители связаны в трионы, поглощает слабее и остаётся холодным. Так возникает петля положительной обратной связи, которая и порождает бистабильность.

Такой фазовый переход, управляемый светом, напоминает поведение воды при замерзании: при одной и той же температуре система может находиться в двух разных состояниях — жидком или твёрдом. Только здесь вместо температуры управляющим параметром служит интенсивность падающего света.