雖然物理定律不是隨便就可以推翻的，但是它們有時也需要修正。美國伊利諾斯大學(xué)電子和計算機(jī)工程教授米爾頓?馮和小尼克?侯隆亞克等研究人員通過開發(fā)出的三端口晶體管激光器（three-port transistor laser），對基爾霍夫電流定律進(jìn)行了修正。

　　基爾霍夫電流定律于1845年由古斯塔夫?基爾霍夫所發(fā)現(xiàn)。該定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律，其內(nèi)容是電路中任一個節(jié)點(diǎn)上，在任一時刻，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。換句話說，所有流進(jìn)的電能必須全部流出。在基本的雙極晶體管中，由于只有電流輸入和輸出兩個端口，因此它可以直接適用該定律。

　　伊利諾斯大學(xué)研究人員通過使用量子阱修改基區(qū)和諧振器的外形，把晶體管的工作方式由自發(fā)發(fā)射轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぐl(fā)射。晶體管復(fù)合工藝的改變使器件特性發(fā)生了變化，使其具有一種基本的、潛在的接近激光器閾值的可用的非線性特性。三端口晶體管激光器通過把電輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€輸出信號??一個電信號和一個光信號，從而提供了新的信號混合和開關(guān)能力，把晶體管和激光器的功能結(jié)合了起來。

　　但是，新增加的光輸出第三端口帶來了意想不到的難題，即在兩種能量輸出形式并存的情況下如何運(yùn)用電荷守恒定律和能量守恒定律。馮教授表示：“我們對此感到困惑。它是如何工作的？它是否違背了基爾霍夫定律？定律又如何適用于光子或光信號輸出的？”

　　侯隆亞克教授說：“光信號與電信號相連和相關(guān)，但在晶體管激光器中光信號和電信號的關(guān)系則被解除。基爾霍夫定律照顧到了電荷平衡，卻沒有照顧到能量平衡。由此帶來的問題是，如何將該定律適用于所有情況，并以電路的語言將其表達(dá)出來。”

　　最終，三端口晶體管激光器所表現(xiàn)的特性促使研究人員對基爾霍夫定律進(jìn)行了再檢驗和修正，以使其能適用于解釋電子和光子，從而有效地將電流定律擴(kuò)展為電流?能量定律。在5月10日的《應(yīng)用物理雜志》網(wǎng)絡(luò)版上，研究人員發(fā)表了有關(guān)的模型和支持?jǐn)?shù)據(jù)。

　　馮教授表示，過去的定律僅與從給定節(jié)點(diǎn)流出的電子相關(guān)，從不涉及能量守恒的問題。他說：“這是我們首次看到能量是如何參與到守恒過程中的。”

　　基于修正定律的計算機(jī)模型與從三端口晶體管激光器收集的數(shù)據(jù)相符，可非常精確地預(yù)測出集成電路的頻寬、速度和其他特性。通過研究三端口晶體管激光器中電子、光子和半導(dǎo)體的行為，研究人員將可開發(fā)出該器件在高速信號處理、集成電路、光通信及超級計算中的多種應(yīng)用。