能帶結構

設想你想給某塊特定晶體裡電子的行為畫一張完整的指紋圖——不只是它們被允許哪些能量，還包括這能量會隨著它們朝哪個方向、跑多快而怎樣變化。這張完整的圖表就是能帶結構。在固體物理裡，它是最接近「材料電子總藍圖」的東西。

具體來說，能帶結構是一張圖，把被允許的電子能量畫成晶體動量的函數——晶體動量是在週期性點陣裡扮演動量角色的那個量。對每個運動方向，能量都描出一條條曲線，把這些曲線疊在一起，就得到了能帶、能帶之間的能隙，以及那些決定電子如何加速、如何響應的形狀。物理學家用量子力學把它算出來，也用一些技術直接測它——這些技術把電子從晶體裡敲出來，記錄它的能量和方向。

能帶結構之所以重要，是因為固體幾乎所有的電學和光學性質都能從中讀出：它導不導電、是什麼顏色、電子跑得多快，甚至它能不能做成有用的晶片。誠實的提醒是：標準圖景把每個電子都當成在一個平均背景裡運動，忽略了電子之間彼此直接的推搡；對許多材料來說這個近似妙極了，但對那些相互作用很強的材料，簡單的能帶結構可能會嚴重誤導人。