Als Lichtquelle diente den Forschern eine Glasfaser, deren Spitze einen Durchmesser von nur zwanzig Nanometern aufwies. Mittels kurzer Lichtblitze konnten die Elektronen des Quantenpunkts in einen angeregten Energiezustand versetzt werden. Dadurch bildeten sich in dem Quantenpunkt Elektronenfehlstellen oder so genannte Löcher aus, die wie positive Elementarladungen wirken. Diese Löcher können die angeregten Elektronen anziehen und einen gebundenen Zustand mit diesen eingehen ? ganz so wie das Proton und das Elektron eines Wasserstoffatoms.
Die Lebensdauer eines Elektron-Loch-Paares oder Exzitons beträgt im Gegensatz zu einem Wasserstoffatom allerdings nur wenige Sekundenbruchteile. Das Elektron des Paares verliert dann seine Energie durch die Aussendung eines einzelnen Lichtteilchens oder Photons. Matsuda und sein Team fingen in ihrer Arbeit genau dieses von dem Exziton ausgehende Licht mittels der für die Beleuchtung eingesetzten Glasfaser auf.
Durch vorsichtige Bewegung der Faserspitze über den Quantenpunkt konnte so die Ausdehnung eines einzelnen Exzitons direkt optisch abgebildet werden. Exzitonen verhalten sich nämlich wie alle mikroskopischen Teilchen nicht wie ein festes, wohl lokalisierbares Punktteilchen, sondern eher wie eine Welle. Sie sind damit über einen Raumbereich “verschmiert”, und genau dies haben die japanischen Forscher mit ihrer Arbeit in eindrucksvoller Weise gezeigt.
