Обычный электрический ток греет провода — это знает каждый, кто трогал зарядку телефона. Но есть ток иного сорта: в нём электроны не бегут толпой в одну сторону, а синхронно вращаются, словно фигуристы в парном катании. Такое согласованное вращение называют спиновым током, и оно почти не выделяет тепла.
Группа физиков решила выяснить, что случится, если пустить чистый спиновый ток по тонкой пластинке — спиновому холловскому мостику — и замкнуть её на внешнюю нагрузку, обычный резистор. Они применили правило наименьшей траты энергии (вариационный принцип) и просчитали, как распределятся токи, заряды и тепло. Результат удивил: когда нагрузку отодвигали на расстояние, заметно превышающее длину спиновой релаксации — путь, на котором вращение электронов затухает, — нагрев в резисторе падал до нуля. Ток тёк, а тепло не выделялось.
Это похоже на воду, которая течёт по шлангу, но не давит на стенки. Вся энергия уходит не в нагрев, а в поддержание самого тока — чистого, без зарядовой примеси. Такой режим — глобальное стационарное состояние — оказался визитной карточкой именно спинового тока. Обычный ток, где электроны ещё и переносят заряд, так себя не ведёт.
Отсутствие тепла — не просто курьёз. Оно означает, что спиновые цепи можно делать гораздо более экономичными, без громоздкого охлаждения. Первое звено такой цепи — пластинка с чистым спиновым током — уже не греет следующий за ней резистор, если тот стоит достаточно далеко.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.23589
The stationary state of a spin Hall bar connected to an external load circuit is investigated through a variational approach based on the principle of minimum power dissipation generalized to the two-spin-channel model. The self-consistent distributions of longitudinal and transverse current densities, alongside the corresponding spin and charge accumulations and dissipation power in the resistance, are derived. Surprisingly, it is shown that the Joule dissipation vanishes when the load resistance is placed at a sufficiently large distance compared with the spin-relaxation length. Such a highly non-trivial global stationary state appears as the most striking characteristic of the injection of pure spin current compared with more usual current injection.
В обычной меди длина спиновой релаксации достигает сотен нанометров — в тысячи раз больше, чем у многих полупроводников, поэтому медь часто используют в экспериментах со спиновыми токами.