Bombeo termoeléctrico de diodos emisores de luz con electrones

Los físicos han sabido durante décadas que, en principio, un dispositivo semiconductor de potencia puede emitir más luz que la que consume eléctricamente. Los experimentos publicados en Physical Review Letters, finalmente lo demuestran en la práctica, aunque a pequeña escala.

La energía absorbida por un electrón a medida que atraviesa un diodo emisor de luz es igual a sus tiempos de carga del voltaje aplicado. Pero si el electrón produce luz, la energía del fotón emitido, que está determinada por la banda prohibida de semiconductores, puede ser mucho mayor. Normalmente, sin embargo, la mayoría de los electrones no crean ningún fotón, por lo que la potencia media de luz es menor que la potencia eléctrica consumida. Los investigadores destinados a aumentar la eficiencia de energía en general han intentado aumentar el número de fotones por electrón. Pero Parthiban Santhanam y sus colaboradores del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge tomaron un enfoque más suave, logrando mejorar el poder a pesar de que menos de un electrón en un millar produzca un fotón.

Los investigadores eligieron un diodo emisor de luz con un intervalo de banda pequeña, y aplicaron los pequeños voltajes que actuaban como una resistencia normal. Con cada reducción a la mitad de la tensión, se reduce la energía eléctrica por un factor de 4, aunque el número de electrones, y por tanto la potencia de la luz emitida, sólo se redujo en un factor de 2. Disminuyendo la potencia de entrada a 30 picovatios, el equipo detectó cerca de 70 picovatios de la luz emitida. La energía adicional proviene de vibraciones de la red, por lo que el dispositivo debe ser enfriado un poco, como ocurre en los refrigeradores termoeléctricos.

Estos resultados iniciales proporcionan muy poca luz para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, el calentamiento de los emisores de luz aumenta su potencia de salida y la eficiencia, lo que significa que son como los motores de calor termodinámica, excepto porque vienen con el control de velocidad eléctrica de dispositivos semiconductores modernos. - Don Monroe