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.
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.