В обычном полупроводнике трудно получить сразу две вещи: сильный магнетизм и крепкую пару из электрона и дырки, которая рождается при поглощении света. Магнитные примеси, которые делают материал магнитом, одновременно мешают электрону и дырке держаться вместе — они как шумные соседи, которые не дают паре спокойно существовать.

Новый подход собирает материал из готовых кластеров V4S9X4 (где X — фтор, хлор, бром или йод). Внутри каждого кластера есть локализованные состояния, которые отвечают и за магнитный момент, и за сильное притяжение между электроном и дыркой. А между кластерами возникает связь, которая выстраивает их магнитные моменты в одном направлении — так получается ферромагнетизм. В результате двумерный слой остаётся магнитом до 507,6 Кельвина, то есть выше комнатной температуры.

У этого слоя есть два типа экситонов. Тёмный экситон живёт долго — 1,20 наносекунды — и хранит спиновую информацию. Яркий экситон излучает свет очень быстро, за 86,87 пикосекунды. Такая разница позволяет одновременно быстро отвечать на свет и долго помнить состояние спина. А если переключить магнитный порядок с ферромагнитного на антиферромагнитный, время жизни экситона меняется в широких пределах, при этом энергия связи почти не страдает.

Этот приём — сборка из кластеров — даёт инженерам новый способ проектировать материалы, где свет, спин и магнетизм работают вместе при комнатной температуре. Такие слои могут стать основой для устройств квантовой информации и быстрой оптической электроники.