角分辨光電子能譜

用足夠強的光照射金屬，它就會「吐」出電子——這正是愛因斯坦一個多世紀前解釋過的效應。現在設想我們把每一個逃出來的電子都接住，仔細記下兩件事：它跑得多快，以及它飛出的精確方向。角分辨光電子能譜正是建立在這個想法之上，把一大群被打出來的電子，變成一幅描繪電子在材料內部如何生活的詳盡畫像。

它的全名是角分辨光電子發射譜。紫外光或 X 射線把電子從晶體表面打出來；根據每個電子的能量和它逃逸的角度，就能反推出它還在材料內部時所具有的能量和動量。把上百萬個這樣的電子收集起來，就直接得到材料的能帶結構——電子可以佔據的允許能量，以及這些能量如何隨運動方向而變。它甚至能描出動量空間中那條分隔「已填滿」與「空著」狀態的精確邊界，也就是費米面。

它之所以重要，是因為能帶結構是決定一種材料究竟是金屬、絕緣體、還是更奇怪東西的隱藏劇本，而角分辨光電子能譜幾乎是唯一能不靠猜測、直接把這份劇本讀出來的工具。誠實的提醒是：逃出來的電子在被吸收之前只能走過幾層原子，所以這種方法主要看到的是表面；樣品必須達到原子級潔淨、超低溫，並在高真空中現場剖開，才能相信它的表面仍然代表內部。