費米能級

設想往一隻形狀不規則的水箱裡灌水：水會安頓成一個平整的水面，那道水位線一眼就告訴你水箱有多滿。固體裡的電子，也以類似的方式從底往上把可用的能量態填起來。費米能級就是這片電子海的水位線——它大致標出了下方被填滿的態與上方空著的態之間的界線，對應的那個能量。

更確切地說，費米能級是這樣一個能量：在該能量處找到一個電子的概率恰好是二分之一。在絕對零度，它銳利地停在被填態的最頂上；把材料加熱，這條界線就略微模糊起來，會有少數電子被熱激發到能級上方一點點，也會有少數空座位出現在能級下方一點點。費米能級究竟落在一條能帶之內、還是落在一道能隙之內，是決定一種材料是金屬還是絕緣體的那唯一一個事實。

費米能級之所以重要，是因為它是幾乎一切量據以測量的那個參考能量，而把兩塊相接觸材料的費米能級對齊，正是驅動電流跨過接面和接觸面的原因。一個常見的混淆是把費米能級和費米能量弄混：費米能量嚴格說就是絕對零度下的那個能級，而費米能級則是更普遍的、把溫度也考慮進來的版本，物理學家也把它叫作化學勢。