Закон сохранения энергии новичок не нарушает, поскольку в подсчёте его эффективности имеется одна хитрость. Тем не менее твердотельное устройство продемонстрировало работу в режиме, выходящем далеко за пределы привычной конверсии электрического тока в свет.

Учёные из лаборатории электроники (Research Lab of Electronics) Массачусетского технологического института построили светодиод, показавший так называемую излучательную (или «розеточную») эффективность (wall-plug efficiency) в 230%!

(Под ней подразумевается отношение мощности излучения к мощности подводимого из сети тока.)

В основе новый прибор работает аналогично обычным светодиодам. Упрощённо говоря, внешнее возбуждение (от источника напряжения) порождает в полупроводниковом устройстве пары электрон-дырка, которые время от времени рекомбинируют, генерируя фотоны.

Но если в предыдущих примерах ультраэффективных светодиодов исследователи пытались повысить вероятность такой рекомбинации, то в новом устройстве физики пошли иным путём. Они воспользовались нагревом, чтобы увеличить суммарное количество энергии, обращаемой в свет.

Таким образом,

диод из MIT конвертирует в излучение не только ток из розетки, но ещё и добавочное тепло от кристаллической решётки. И при прямом подсчёте розеточного КПД он оказывается намного выше единицы.

Правда, столь странный комбинированный режим работы оказался достижим только на очень низком уровне излучения, а также при малых значениях тока и напряжения.

По расчётам авторов проекта, поясняет PhysOrg.com, эффективность данного устройства обратно пропорциональна мощности. И важно, что при снижении напряжения на контактах потребляемая мощность у такого диода падает намного быстрее (квадратично), чем мощность излучения (та падает линейно).

Так опытный светодиод, нагреваемый до определённой температуры (а она в опыте варьировалась), потреблял из сети 30 пиковатт, но при этом выдавал в виде света 69 пиковатт.

Одновременно наблюдалось небольшое охлаждение прибора (закон сохранения обмануть нельзя).

Очевидно, в некотором отношении устройство можно сравнить с термоэлектрическим элементом или тепловым насосом, только работающим за счёт движения электронов.

Создатели прибора полагают, что его развитие может привести к появлению светодиодных светильников, не создающих в ходе работы избыточного тепла, или к новым методам охлаждения микросхем.

Детали эксперимента можно найти в статье:

Parthiban Santhanam, Dodd Joseph Gray, Jr., and Rajeev J. Ram Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency. – Physical Review Letters. – 2012. – 108. – 097403[5 pages].