晶體動量

在空曠的真空裡自由運動的東西，都帶著一份動量——衡量它沿某個方向帶有多少衝勁。一個在晶體裡滑行的電子，也帶著某種很像動量、卻又不完全相同的東西，因為晶體那重複的排布改變了遊戲規則。物理學家把這個替身稱作「晶體動量」：它是個標籤，說明一列電子波正以何種方式行進於這片週期性的格子之中。

確切地說，晶體動量就是給每個布洛赫態貼上的那個波向量——倒易空間裡、布里淵區內的一個點。它支配著電子對推力的響應：一個外加的力會平滑地改變晶體動量，正如真實的力改變普通動量一樣。但有一處玄機：由於格子在重複，晶體動量只能定義到相差一個倒易格向量的程度，所以相差一個這樣的向量的兩個標籤，描述的其實是同一列物理波。它在碰撞中也只是「對格子自身的貢獻取模」後才守恆。

它之所以重要，是因為晶體動量是描述固體中電子與波一切行為的天然語言：它們如何在場中加速、如何碰撞、能量又如何隨著穿過能帶結構的運動而變化。一個誠實的提醒：晶體動量並不是真正的機械動量。格子能悄悄地吸收或供出一整塊動量（每次一個倒易格向量），這恰恰使得諸如倒逆散射這樣的過程成為可能——這也正是我們採用這個更謹慎的名字的原因。