تعریف مجدد قانون جریان الکتریکی(KCL)

[sheitunak]

گرچه قوانین فیزیکی نقض نمی گردند، اما بعضی وقت ها نیاز به بازنگری دارند. قانون جریان الکتریکی با بکارگیری لیزر ترانزیستورها توسط "میلتون فِنگ" و "نیک هولونیاک" در دانشگاه ایالت ایلینویز ایالات متحده بازنویسی شد.

توضیحی مختصر در مورد لیزر ترانزیستورها:
لیزر ترانزیستور، نوع جدیدی از ترانزیستور است که در سال 2004 توسط دو محققی که قانون جریان را بازنویسی کرده اند، اختراع شد. این نوع ترانزیستورها در بین لایه بیس خود لایه ای با نام "چاه کوانتومی" دارند که در این لایه بسیار بیشتر از آنچه در ناحیه بیس روی میدهد، الکترون ها با حفره ها ترکیب شده و حاصل این ترکیب مجدد تولید نور است. این نور تولید شده توسط آینه های قرار داده شده مرتباً بازتاب شده و از یک روزنه به صورت نور لیزر خارج می گردد. این نوع ترانزیستورها قادر به میلیارد ها بار سوئیچ در ثانیه هستند و خروجی آنها هم از نوع سیگنالهای الکتریکی و هم سیگنالهای اپتیکی خواهد بود. به همین دلیل کاربرد آنها بیشتر در پردازش سیگنال است.

توسط لیزر ترانزیستورها محققان قادر به بررسی رفتار فتون ها، الکترون ها و نیمه هادی ها هستند. لیزر ترانزیستورها آینده مدارات مجتمع، پردازش سیگنال، مخابرات نوری و سوپرکامپیوتینگ را متحول خواهند کرد. برای استفاده از این نوع ترانزیستورها، لازم است تا درک صحیحی از فیزیک آن داشته باشیم و همچنین قوانین جدیدی را برای آنها به کار بگیریم.
دکتر فِنگ میگوید: ما شگفت زده شدیم. این ترانزیستور ها چگونه کار میکنند؟ این طور که ما مشاهده کردیم، لیزر ترانزیستورها از قانون جریان کرشهف پیروی نمی کردند. باید به فکر ایجاد قانونی جدید برای جریان که فوتون ها یا همان خروجی اپتیکی را هم شامل گردد می بودیم.
قانون جریان کرشهف بیان می دارد که بار ورودی به یک نقطه از مدار برابر با بار خروجی از آن نقطه است. به عبارت دیگر میتوان گفت انرژی داده شده به یک نقطه با انرژی خروجی از آن نقطه باید برابر باشد. در مورد ترانزیستورهای دوقطبی این قانون مستحکماً برقرار می باشد. در ترانزیستورهای دوقطبی یک ورودی داریم و یک خروجی اما در لیزر ترانزیستورها پورت دیگری که خروجی لیزر می باشد نیز اضافه می گردد. نکته ای که در اینجا مطرح می شود، چگونگی ورود فاکتور نور لیزر به قانون جریان می باشد.
سیگنالهای اپتیکی وابسته به سیگنال های الکتریکی هستند، اما تا امروز در ترانزیستورهای معمولی از آنها به دلیل کوچک بودن صرف نظر میشد. اما در لیزر ترانزیستورها خروجی لیزر رکن اساسی کار ترانزیستور میباشد و باید آن را در قوانین وارد نمود. قانون جریان کرشهف بقای بار را در نظر می گیرد، اما به بقای انرژی نمی پردازد. ویژگی منحصربفرد لیزر ترانزیستورها، این دو محقق را بر آن داشت تا قانون جریان الکتریکی را به صورت قانون جریان-انرژی بازنویسی کنند.
قانون جدید نوشته شده با داده های جمع آوری شده از شبیه سازی و تست لیزر ترانزیستورها کاملاً مطابقت دارد.