Стоит переменить направление тока через полупроводниковую батарею — и холодильник словно «выворачивается наизнанку». Там, где был недостаток носителей тока, теперь избыток, и наоборот. Тепло и холод меняются местами. Греются уже не внешние, а внутренние концы полупроводниковых брусочков. Из холодильника получается духовой шкаф. Разумеется, и эту возможность, совершенно недоступную обычным холодильным аппаратам, техника охотно использует всюду, где необходимо поддерживать постоянную температуру или попеременно разогревать и охлаждать какую-нибудь деталь. Например, германиевые полупроводниковые триоды плохо переносят изменение температуры, поэтому их полезно помещать в полупроводниковые же термостаты.
Войдя в жилой дом недалекого будущего, вы увидите под подоконниками широкие пластины радиаторов. Но ни парового, ни водяного отопления в этом доме не будет. Такие же пластины — и с наружной стороны стен. А между внутренними и внешними радиаторами будут установлены батареи полупроводниковых термопар. Пропуская через них постоянный ток в определенном направлении, мы заставим комнатный радиатор нагреваться. А летом, в жаркую погоду, ток включат в обратном направлении. Комнатный радиатор вберет теплоту окружающего воздуха и охладит помещение,
Такая система проста, надежна, гигиенична. Но главное ее достоинство — большая экокомичность. Комната станет обогреваться не только за счет энергии электрического тока, пропускаемого через полупроводники. В какой-то мере отоплению поможет охлаждение и без того холодного уличного воздуха. Ведь он будет «работать», отдавая свое тепло наружному радиатору. Правда, при сильном морозе «переброска» тепла в здание извне будет незначительной. Но при температуре воздуха от -5° Ц до +10° Ц полупроводниковый «тепловой насос» может принести большую пользу. Первые отопительно-охладительные полупроводниковые агрегаты уже созданы и испытываются.
Среди наших читателей, несомненно, есть немало фотолюбителей, а из них многие знакомы с удобным прибором, определяющим экспозицию при съемке, — с фотоэлектрическим экспонометром. Вы открываете крышку прибора, направляете его «глаз» на предмет, который хотите сфотографировать, и стрелка на шкале тут же показывает, какую надо сделать выдержку. Прибор не требует никаких источников питания — батареек, аккумуляторов. Он преобразует световую энергию в энергию электрического тока, отклоняющего стрелку. Свет превращается в ток.
Чувствительный элемент экспонометра сделан из полупроводника селена, обладающего дырочной проводимостью. Он лежит на стальной подложке. На внешнюю поверхность селена нанесена тонкая пленка металла, например золота. И эта добавка превращает поверхностную область полупроводника из дырочной в электронную.
В электронной области обстрел световыми частицами (фотонами) освобождает из атомов электроны. Они мечутся, сталкиваются и, «не умещаясь» в тоненьком слое электронного селена, уходят в пленку золота. Иного пути у них нет, так как в дырочную область дорога закрыта запирающим слоем. Поэтому в пленке золота накапливается избыток электронов — отрицательный электрический заряд. Вместе с электронами в электронной области, естественно, образуется и некоторое количество дырок. Для них запирающий слой не преграда. Положительный заряд — как бы «пропуск» для прохода через границу. И благодаря этому на стальной подложке возникает положительный заряд. Таким образом, энергия света создает
разность потенциалов между противоположными поверхностями полупроводниковой пластинки. Если эти поверхности соединить проволочкой, возникнет электрический ток, который будет течь, пока селен освещен. И ток будет тем сильнее, чем сильнее освещение.
Такие вентильные, по терминологии физиков, фотоэлементы известны уже давно. Они широко применяются в различных автоматических устройствах: например, отлично справляются с анализом крови (фиксируют ничтожное различие в количестве красных кровяных телец), непрерывно следят за насыщенностью крови кислородом при хирургических операциях и т. д. Однако до недавних пор у полупроводниковых фотоэлементов был очень низкий коэффициент полезного действия — они преобразовывали в электрическую энергию лишь тысячные доли энергии падающего светового потока.
С брусочками полупроводниковых термопар можно делать странные на первый взгляд превращения. Мы нагреваем их с одной стороны, охлаждаем с другой, и они порождают электроэнергию. А что, если просто пропустить через них постоянный электрический ток? Тогда они с одной стороны нагреются, а с другой охладятся, ибо внешнее электрическое поле перераспределит электроны и дырки, как бы «растянет» их в разные места. Там, где возникнет недостаток носителей тока, они начнут образовываться заново, черпая на это энергию из окружающей среды, и тем самым охладят ее. Там же, где носители тока будут в избытке, электроны станут воссоединяться с дырками, энергия начнет выделяться в виде теплоты. Таким образом, в брусочках возникнет разность температур.
На этой основе в Институте полупроводников Академии наук СССР было разработано несколько систем холодильников. В них нет ни движущихся жидкостей, ни моторов, ни компрессоров. В заднюю стенку холодильного шкафа вмонтирована небольшая плитка, собранная из полупроводниковых термопар. Она соприкасается с двумя радиаторами: один выходит наружу холодильника, другой расположен внутри него. Полупроводниковый выпрямитель преобразует переменный ток электросети и питает холодильник постоянным током. Холодильник действует, совершенно не изнашиваясь. По экономичности же последние модели этих устройств не уступают обычным холодильным установкам. Сейчас полупроводниковые холодильники успешно действуют на борту нескольких самолетов ТУ-104.
Способность полупроводников создавать искусственный холод пригодится, конечно, не только в быту. Для научных исследований созданы холодильники-малютки величиной с наперсток. Никаким другим способом их построить невозможно. Врачи надеются получить от физиков холодильный полупроводниковый пластырь, даже охлаждающее устройство, предназначенное для ввода в человеческое тело. Все это под силу технике наших дней.